种群+群落+生态系统的定义

近年来浮游食性鱼类与微塑料颗粒的相互作用成为了环境科学研究的热点之一，微塑料是指尺寸小于5毫米的塑料颗粒。

它们在水体中广泛分布，对生态系统和生物多样性造成了不可忽视的影响，然而人们对于微塑料与浮游食性鱼类之间的复杂关系还知之甚少。

以往的研究主要集中在微塑料对鱼类的摄食行为和健康状况的影响上，但对于微塑料颗粒对鱼类所栖息的环境中微生物群落的影响了解较少。

微生物群落是水生生态系统中不可或缺的一部分，定植细菌对鱼类的生存和生态功能发挥至关重要，但是目前对于浮游食性鱼类对微塑料颗粒定植细菌群落的影响了解有限。

微塑料颗粒对定植细菌群落分类多样性

微塑料是指尺寸在1微米到5毫米之间、具有规则或不规则形状，其他根据操作定义的尺寸分别为宏塑料和纳米塑料，它们可以是原始制造或二次制造。

聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯是全球范围内最常检测到的微塑料污染物。

微塑料颗粒MPs常见于海洋和淡水等各种环境中，甚至出现在土壤生态系统以及马里亚纳海沟、北极和南极等难以触及的地方的沉积物中。

MPs也存在于食品中，如食用盐和啤酒，并且还被发现存在于动物和人类的组织中，最早在生物体中发现微塑料的痕迹。

追溯到1950年代的博物馆鱼类收藏品中的消化组织中，由于全球塑料制品的不断增加，环境中微塑料的浓度也在增加。

塑料污染因其对环境和人类健康的影响而受到全球关注，微塑料污染的影响已在生物组织的所有层次上得到确认，基因水平，细胞水平，生理水平，个体水平，种群水平和群落水平。

微塑料的影响可能会因颗粒的可降解性，颗粒的大小和形状，化学性质，颜色和浓度而有所不同。

在微塑料研究中报告的效应范围从没有观察到毒性到观察到各种毒理学终点不等，此外通常情况下，这些研究中使用的浓度远远超过自然环境中的浓度。

已经证明了各种生物体可以影响微塑料的定性和定量特性，生物体的存在可以影响微塑料在环境中的循环。

通过沉积在沉积物中从水柱中去除微塑料，以及在食物链中的传输，塑料的生物降解可以直接发生：物理上或化学上。

在这个背景下研究的生命形式中，微生物受到了最多的关注，尽管塑料具有疏水性、稳定的共价键和高分子量，但由于进化选择压力的影响。

有人认为环境对塑料污染的暴露越多，塑料降解潜力越高，从开放海洋到昆虫和合体动物的消化道，已经在各种生境中发现了能够降解塑料的细菌。

微生物对塑料的降解可以分为两类：直接降解或间接降解，通过接触微生物代谢产物导致聚合物的退化或降解，间接的生物降解也可能发生在与生物体关联的微生物活性中。

间接类型的生物降解是最少研究的，关于自由生活和与动物有关的细菌降解塑料的研究很少，只有一项研究证实了珊瑚相关细菌的影响。

改变微塑料颗粒的水体化学和细菌组成

微塑料由于其低生物降解性、高表面积与体积比和疏水性成为微生物定居的良好基质，正因如此它们在水生环境中提供了新的微生物生境。

除了外部因素，如温度或水流速度，微塑料的特性，例如表面粗糙度和聚合物类型，会影响生物污损过程以及细菌群落的组成和结构，已经得到证实，

生长在生物膜中的细菌通常在生理和分类上与游离细菌有所不同，生物膜通常以致密的细菌细胞簇为特征，这些细菌细胞会分泌胞外聚合物物质，将细胞团聚在生物膜基质中。

迄今为止，在生物降解研究中使用的细菌主要来自受塑料污染的环境或动物肠道，没有考虑与动物相关的自由生活细菌的降解潜力。

水生生物的存在会改变水体化学性质和微生物的分类组成，这可能会影响微塑料的降解速率，这些假设尚未经过实验证实。

第一个假设是鱼类的存在通过改变水体化学参数和引入新的细菌菌株，影响自由生活细菌和定植在微塑料表面的细菌群落的数量和质量特征。

第二个假设不同类型微塑料表面上的细菌群落产生明显的影响差异，第三个假设是鱼类的存在间接影响微塑料表面的质量特征，通过改变微塑料颗粒上的水体化学和细菌组成。

材料和方法

波兰马祖里湖区的罗什湖，一个已确认存在微塑料淡水污染的地区，研究人员用拉网捕捞到了青年欧洲鲈鱼，富营养化程度高，有很多食浮游生物的鱼类。

在白天以食浮游生物为主的幼鲈会迁移到湖岸带，在那里以桡足类为食，所有被捕获的鱼的长度都不超过7厘米。

在实验开始前，这些动物在一个装有预处理自来水的水族箱中饲养了6天，还配备有空气泵和水族箱加热器，以使它们适应实验室环境，然后随机选择进入相应的实验组。

在实验中，研究人员使用了两种不可生物降解的合成聚合物，其密度与自然水体相似，以微球的形式存在，导致其较快沉降，平均直径为258.3 微米。

第二种塑料是高密度聚乙烯Pe，稍轻于水，导致其靠近水表面漂浮，平均直径为275 微米，这两种聚合物是被广泛认定为微塑料污染物的材料之一。

任何剩余的食物残渣都会立即清除，经过10天后，研究人员收集了水样和微塑料样品，并检测了带鱼和有或无两种微塑料存在的变量。

实验包括以下几个变量：带鱼和聚苯乙烯微塑料F-Ps、带鱼和聚乙烯微塑料F-Pe、仅聚乙烯微塑料Pe、仅聚苯乙烯微塑料Ps、仅带鱼F以及仅水C作为对照组。

为了计算细菌的丰度，研究人员将微塑料和水样品用2%的福尔马林保存，并按照Porter和Feig的方法进行处理，自由生活的细菌和附着在微塑料上的细菌使用DAPI染色。

通过过滤，悬浮在0.2微米的黑色聚碳酸酯膜过滤器的表面上，然后在显微荧光显微镜下检查。

在水样品中，随机选择10个视野计数自由生活的细菌，在微塑料样品中，计数附着在随机选择的10个微塑料颗粒表面的生物膜细菌，并以每平方微米的细菌数表示。

为了对微塑料上的细菌进行分类鉴定，研究人员通过一个无菌的过滤器收集了将近2000个微塑料颗粒，并立即冷冻以进行进一步的DNA提取。

为了对自由生活细菌进行分类鉴定，从实验水箱中过滤了200毫升的水样，使用0.2微米聚碳酸酯滤膜，在进行DNA提取之前，将滤膜切割成小块。

正磷酸盐和铵离子

在实验结束时，鱼类的存在并没有影响微塑料的直径和周长，然而周长取决于微塑料的类型，聚乙烯的直径和周长，在有无鱼类存在的情况下都较大。

鱼类的存在影响了氧气浓度，这种影响在没有微塑料和存在聚乙烯的情况下都很明显，温度和氧气浓度并不受微塑料存在的影响。

鱼类的存在对正磷酸盐和铵离子的浓度有显著影响，但对总氮浓度没有显著影响，微塑料的存在并不影响水体的任何化学参数，有鱼类时正磷酸盐的浓度比没有鱼类时更高。

在存在鱼类和聚乙烯的情况下，正磷酸盐的浓度也显著高于没有聚乙烯的情况，在存在鱼类的情况下，正磷酸盐的浓度在有聚乙烯处理中显著高于有聚苯乙烯处理的情况。

氨的浓度在存在鱼类的情况下较对照组更高，并且在两种微塑料类型中，存在鱼类时氨的浓度较没有鱼类时更高。

存在鱼类和聚苯乙烯的情况下，氨的浓度显著高于没有聚苯乙烯时存在鱼类的情况，总氮的浓度在存在鱼类和聚苯乙烯，处理中显著高于没有鱼类的聚苯乙烯处理的情况。

自由生活细菌的数量受到鱼类的存在和微塑料类型的影响，在所有存在鱼类的变种中，细菌的数量都比对照组更多，在聚乙烯的处理中，细菌的数量在存在鱼类时比没有鱼类时更多。

在微塑料表面细菌数量的情况下，研究人员观察到了鱼类存在和微塑料类型的影响，在鱼类存在和聚苯乙烯Ps微塑料表面上，微塑料表面的细菌数量比鱼类缺失时更多。

计划对比分析显示，鱼类的影响在每种塑料类型中都是显著的，并且在有无鱼类存在的情况下，不同微塑料类型之间的差异也是显著的。

结果与讨论

菌门水平上最丰富的细菌分类群是变形菌门，其次是拟杆菌门和多毛菌门，在自由生活的细菌群落中，与无鱼介质相比，多毛菌门和放线菌门在存在鱼类时的贡献更大。

自由生活细菌和附着在微塑料颗粒上的细菌之间，最明显的区别是后者中拟杆菌门和变形菌门的贡献较低，而波谷杆菌门的贡献较高，而前者则相反。

在鱼类处理的水样中存在放线菌门，但在微粒表面上没有，无论是在鱼类处理还是无鱼处理中，蓝藻菌门只存在于自由生活的细菌部分，而不在微塑料的表面上。

研究的结果验证了第一个假设，这些影响伴随着正磷酸盐和铵离子浓度的大幅增加，而氮浓度在存在鱼类和聚苯乙烯的处理中更高。

鱼类对溶解矿物磷和氮浓度，提高效应与许多理论研究和实验研究的结果一致，研究探讨了鱼类排泄物对水体化学性质的影响，并揭示其在水生生态系统中可能是重要的营养来源。

关于鱼类通过排泄对淡水系统中磷循环的重要贡献的潜力，他们得出结论，在磷素供应不足的时期，蓝鳍太阳鱼在一个小湖中排出的磷素可能支持藻类群落的生长。

其他研究也表明，鱼类的养分释放在磷素循环和藻类生产中可能起着重要作用，并且鱼类的磷排泄量可与或甚至超过浮游动物的磷排泄量。

鱼类的存在通过改变微塑料表面的水化学和细菌组成间接影响微塑料表面的质量特征，然而，经过10天，任何类型的微塑料颗粒的周长和直径都没有显著变化。

研究中观察到的水的物理化学参数以及鱼类排泄物中细菌数量和质量的定量和定性变化暗示，较长时间接触鱼类排泄物可能会加速微塑料的破坏或分解过程。

研究结果显示鱼类的存在影响了水体的化学参数，以及自由生活细菌和附着在微塑料表面的细菌群落的数量和质量。

尽管这些变化并未明显改变微塑料表面的特征，但它们表明在我们的研究中所施加的时间之外，与鱼类的接触可能对微塑料的分解产生影响。

这些结果首次提供了水生动物对塑料圈层的直接影响的证据，进而揭示了它们对水体自净塑料的重要性。

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