塑料因具有价格低廉、良好的可塑性及坚固耐用等优势特质而在多种领域中获得了广泛的应用^[1]。研究表明，每年约有1 000万t塑料进入海洋，预计至2050年全球的海洋塑料垃圾质量将首次超过海洋鱼类的总质量^[2]。自然条件下塑料不易被降解而是在环境中不断积累^[3]，在长期的物理、化学、生物作用下降解为更小的塑料颗粒^[4]，其中粒径 < 5 mm的被称为微塑料(microplastics, MPs)^[5]。微塑料作为一种新型污染物^[6]，分布范围广，而且相对表面积比较大、疏水性强，具有较强的吸附能力^[7]，会吸附周围环境中的有害物质^[8-9]。微塑料独特的性质促使其表面形成生物膜^[10]，成为有害微生物的独特栖息地^[11]，可能对环境造成严重危害^[12-13]。近年来微塑料带来的不利影响受到广泛关注^[14]，在沉积物、土壤和水体等介质中，甚至是人类器官^[15]中都检测出微塑料，其对生态系统和人类健康具有潜在风险^[16]。

鄱阳湖位于江西省北部，是中国最大的淡水湖^[17]，其生物多样性十分丰富，为多种稀缺物种提供栖息地^[18]。鄱阳湖属于过水吞吐型湖泊^[19]，其水文特征较为特别，丰枯季节水位差可达15 m^[20]。近年来，鄱阳湖的微塑料污染问题受到广泛关注，鄱阳湖湿地环境中以及生物体内均发现存在微塑料颗粒^[21]。然而，针对不同水期条件下鄱阳湖湿地环境以及微塑料表面微生物群落组成结构及其多样性变化的研究相对薄弱^[22-24]。因此，深入探究鄱阳湖湿地不同水期微生物群落结构与功能，对维持鄱阳湖区域生态环境的健康和可持续发展有着重要意义。

本研究选取鄱阳湖湿地三泥湾区域作为研究区，分别在丰水期的8月份和枯水期的12月份对湿地的水体、沉积物以及沉积物中的微塑料样品进行采集。通过测序手段测定样品中细菌群落多样性和群落组成，剖析不同水期鄱阳湖湿地环境中与微塑料表面细菌群落的结构差异，探讨丰水期和枯水期微塑料对其表面细菌群落结构的影响及其变化驱动机制，进一步揭示鄱阳湖微塑料污染的潜在生态隐患，为鄱阳湖湿地的生态系统管理提供基础数据以及科学决策依据。

1 材料与方法 1.1 研究区域

鄱阳湖(115°49′−116°46′E，28°24′−29°46′N)，是我国面积最大的淡水湖泊，为多种生物提供了重要栖息地，也是重要的候鸟迁徙地，同时发挥着重要的生态系统服务功能。鄱阳湖属过水吞吐型湖泊，洪枯季的湖面面积和蓄水量差异较大，5−9月为丰水期，10月至次年2月为枯水期，湿地水位随着季节性洪枯水位的变化而变化^[25]。本研究的研究区设置在南矶山湿地三泥湾区域，如图 1所示。

1.2 样品采集

采样时间为2023年8月29日丰水期以及12月13日枯水期。使用消毒过的不锈钢铲收集50 cm×50 cm的沉积物(深度为0−10 cm)，将其放置于经乙醇消毒处理的白盘中。使用经过灭菌处理的镊子把疑似的微塑料拣出，并用超纯水清洗，随后放入10 mL离心管中。收集2 L (深度为10 cm)的未经过滤的湖水并存放于已灭菌的玻璃瓶中。采集1 kg表层沉积物，充分混合后取一部分放入10 mL离心管中。水体和沉积物各采集3个重复。所有样品均置于冷藏箱保存，立即运至实验室，样品在−20 ℃冰箱中储存。

1.3 样品预处理

野外采集样品，主要通过视觉判断是否为微塑料样品，在实验室内将处理好的微塑料样品置于密闭无菌培养皿内，利用傅里叶变换红外光谱(PerkinElmer公司)鉴定微塑料的聚合物类型后进行分类，并将其存放于−20 ℃冰箱，以便后续DNA的提取。

1.4 DNA提取

使用MOBIO PowerSoil DNA试剂盒(QIAGEN公司)对采集的样品进行DNA提取。沉积物样品用量0.5 g，水体样品用0.22 μm滤膜抽滤，然后将滤膜用无菌刀切好后放入PowerBead Tube中，将采集的微塑料于超纯水中恒温振荡后超声清洗，然后4 ℃、8 000 r/min离心10 min，取沉淀放入到PowerBead Tube中。后续按照试剂盒中的指示，提取样品总DNA。最后利用1%琼脂糖凝胶电泳技术和NanoDrop仪器(上海美谱达仪器有限公司)对其纯度和浓度进行精确检测。提取的DNA放置于−80 ℃冰箱中保存，以减少其降解损失。

1.5 PCR扩增

以鉴定好的DNA作为模板，使用带有Barcode的通用引物对338F (5′-ACTCCTACG GGAGGCAGCA-3′)和806R (5′-GGACTACHV GGGTWTCTAAT-3′)对细菌16S rRNA基因的V3−V4区域进行PCR扩增。PCR反应体系：10×Buffer 2 µL，dNTPs (2.5 mmol/L) 2 μL，上、下游引物(10 µmol/L)各0.8 µL，rTaq DNA polymerase (10 µmol/L) 0.2 µL，BSA 0.2 µL，模板DNA 10 ng，加水至20 µL。PCR反应条件：95 ℃预变性3 min；95 ℃变性30 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸45 s，28个循环；72 ℃终延伸10 min。收集PCR产物3 μL，用1%琼脂糖凝胶电泳检测，使用DNA凝胶回收试剂盒(Axygen Biosciences公司)纯化回收DNA。使用Illumina NovaSeq测序平台对其开展高通量测序。

1.6 序列处理及数据处理

使用Trimmomatic v0.33软件，对测序得到的Raw Reads进行过滤；然后使用cutadapt 1.9.1软件进行引物序列的识别去除，得到不包含引物序列的Clean Reads；其次使用USEARCH v10.0软件，通过overlap对每个样品的Clean Reads进行拼接，然后依据不同区域的长度范围，对拼接后的数据进行长度过滤操作；最后使用QIIME 2 2020.6软件中的dada2方法进行去噪，设置序列相似性为97%，得到操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)代表序列。以Silva作为参考数据库进行分类学注释，据物种注释结果，选取每个样品中门、属分类丰度位居前10的物种，生成物种分布图，从中可以得到各物种所占比例，进而判断相对丰度大小。通过α多样性分析可以得出各样品的物种丰度及其多样性。主成分分析可以对环境和微塑料表面细菌群落结构进行比较。根据相关性网络分析中几个参数的比较可以分析得出微塑料表面细菌群落的关键种。

2 结果与分析 2.1 微塑料聚合物类型分析

傅里叶变换红外光谱分析结果表明，本研究中所采集的微塑料聚合物类型主要包括聚乙烯(polyethylene, PE)、聚丙烯(polypropylene, PP)和聚苯乙烯(polystyrene, PS) (图 2)。

2.2 鄱阳湖湿地不同水期环境及微塑料中细菌群落丰富度和多样性

对丰水期环境以及微塑料测序数据进行去噪，得到OTU代表序列为942条，枯水期细菌原始数据处理后共得到1 036条OTUs。利用软件USEARCH v10.0对多样性数值进行评估，覆盖率均为1.00。稀释性曲线条数增加且曲线趋向平缓，表明实验样品测序完整、序列充分(图 3)。

如图 4所示，丰水期环境与微塑料表面细菌共有OTUs数目313个，枯水期环境与微塑料表面细菌共有OTUs数目273个，3种基质中共有的OTUs表明这些细菌在各基质都能生存。环境与微塑料表面均存在独特的OTUs，其中微塑料表面独特的OTUs最多且显著高于环境，水体中的OTUs最少。

基于α多样性中Chao1指数的大小与物种丰度有关，数值越大，物种丰度也越高。在不同水期，沉积物中细菌的物种丰度均比水体以及微塑料中高，同时微塑料表面的细菌的物种丰度略低于水体，并且枯水期的沉积物、水体和微塑料表面细菌的Chao1值均大于丰水期。通过香农(Shannon)指数和辛普森(Simpson)指数来判断物种多样性，数值越小多样性越小。在不同时期，微塑料表面细菌的丰富度、多样性和均匀度均低于环境样品，呈现为沉积物 > 水体 > 微塑料(表 1)。

基于样品细菌群落的OTUs均一化后分类水平分析，主坐标分析法(principal co-ordinates analysis, PCoA)可以用来对样品进行分类，同时可以区分各样品的物种多样性差异。基于β多样性分析进行主坐标分析，图中距离相距越近，其相似性越高。如图 5A所示，在丰水期PC1和PC2的解释度为41.46%，同时丰水期中微塑料样品主要分布在PCoA图的右边区域，而水体、沉积物交错分布在左边，表明丰水期水体和沉积物的细菌群落结构相似，但是与微塑料中的细菌群落结构相差较大。枯水期PC1与PC2的解释度为35.33%，而微塑料和沉积物样品相较于丰水期距离缩短，与水体距离增加(图 5B)。

如图 6所示，置换多元方差分析(permutational multivariate analysis of variance, PERMANOVA)得到的R²越大代表分组对差异的解释度越高，分组差异越显著。该结果也说明枯水期水体，沉积物与微塑料细菌群落差异较大，而丰水期的环境细菌群落差异较小，与上述研究结果一致。

2.3 鄱阳湖湿地不同水期环境及微塑料中细菌群落结构组成

根据不同水期环境中和微塑料表面细菌门水平分布上分类组成，筛选其中相对丰度前10的物种，并将其他物种合并为Others (下同)。如图 7所示，微塑料表面细菌群落结构与环境存在明显差异。在丰水期环境样品中变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)以及放线菌门(Actinobacteria)相对丰度较高，而微塑料样品中变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度较高。枯水期的变形菌门、拟杆菌门、放线菌门相对丰度较高，相较于丰水期拟杆菌门的相对丰度有所增加，微塑料样品与沉积物的细菌组成变得更为接近，其表面变形菌门相对丰度有所降低而拟杆菌门占比增高。蓝细菌门(Cyanobacteria)在水体样品中的占比显著上升且成为优势菌门之一。

根据不同水期环境中和微塑料表面细菌属水平上分类组成，其中只显示相对丰度前10的物种，未分类的属以unclassified作为标记。如图 8所示，丰水期微塑料表面细菌群落中马赛菌属(Massilia)、假单胞菌属(Pseudomonas)相对丰度较高，在环境中相对丰度小，而环境中的黄杆菌属(Flavobacterium)相对丰度较高。枯水期马赛菌属在沉积物以及沉积物微塑料表面相对丰度相较于丰水期有明显升高，而水体中相对丰度却降低。同时微塑料表面黄杆菌属的相对丰度较于丰水期也升高，并且微塑料表面假单胞菌属的相对丰度也较环境中要更高。

2.4 相关性网络分析

根据各样品中的相对丰度及变化情况，使用斯皮尔曼(Spearman)秩相关性分析，筛选出相关性 > 0.1且ρ值< 0.05的数据，建立细菌属水平相关网络图。相关网络分析被用来识别微生物群落中的关键种，网络通常由边和节点构成，一条边由两个节点连接而成。圆圈表示细菌物种，其大小表示物种平均丰度大小；线条表示两者间相互作用关系，黄色为正相关，蓝色为负相关，同时线条粗细程度表示相关性强弱。如图 9所示，丰水期节点数量为80，枯水期为79，此处丰水期展示相关性最高的前48个属，枯水期展示前50个属。通过网络节点重要性衡量指标“中介中心性” “紧密中心性”和“点度中心性” 3个参数来说明节点的重要性。这3个参数的数值越大，其重要性越高^[26]，并由此筛选出丰水期和枯水期微塑料表面细菌群落中的关键种^[27]。如图 9A所示，丰水期关键种分别为未分类的细菌(unclassified_Bacteria)、未分类根瘤菌科(unclassified_Pedosphaeraceae)、未分类鞘氨醇单胞菌科(unclassified_Sphingomonadaceae)、甲基娇养杆菌属(Methylotenera)、未分类噬几丁质菌科(unclassified_Chitinophagaceae)等；图 9B中枯水期关键种为紫色杆菌属(Janthinobacterium)、unclassified_Mitochondria、未分类丛毛单胞菌科(unclassified_Comamonadaceae)、鞘氨醇单胞属(Sphingomonas)、土地杆菌属(Pedobacter)等。

3 讨论 3.1 环境与微塑料表面细菌群落物种多样性特征

一般情况，微生物群落的丰富度和多样性指数越高，其群落稳定性就越高^[28]，本研究中不同水期的微塑料表面细菌群落物种多样性同周围水体和沉积物存在显著差异。微塑料表面细菌群落丰富度和多样性皆低于周围水体和沉积物，表明微塑料表面细菌群落结构仍处于非稳定阶段，这与Liu等^[29]的研究结论一致。沉积物的细菌群落丰富度和多样性最高且与微塑料表面共存OTUs数量多，表明沉积物是细菌群落重要的“源”^[30]，为微塑料提供丰富细菌微生物群落^[31]，Hoellein等^[32]和刘淑丽等^[26]的研究中也有相似结论。

本研究中微塑料表面细菌结构与环境存在显著差异，即微塑料可以为细菌提供独特的生态位，选择性地富集一些细菌^[33]，如假单胞菌属^[34]等。丰水期水体和沉积物表面细菌群落结构相似可能是由于丰水期大量河水进入湖中导致沉积物的再悬浮^[26]的结果。相较于水体，枯水期微塑料表面的细菌群落结构和沉积物更为相似，水体和沉积物之间也存在显著差异。这代表微塑料表面细菌结构逐渐趋向稳定^[35]。相较于丰水期，枯水期水体中悬浮的沉积物沉降，使水体和沉积物中微生物群落趋向稳定，与周围水体的细菌相似性降低。Sun等^[36]在中国桑沟湾海水养殖区研究中也有相似的结论，研究发现周围海水给予微塑料丰富的菌群来源，随时间流逝，其与周围海水的菌群结构差异越发显著。

3.2 环境与微塑料表面细菌群落结构特征

门水平上，微塑料表面细菌群落中常被检测到的主要为变形菌门、拟杆菌门以及厚壁菌门^[37]，Yang等^[38]在珠江三角洲河流的研究结果与此相似。本研究发现无论丰枯水期，变形菌门在微塑料表面相对丰度显著高于周围环境样品，呈现为丰水期高于枯水期。微塑料表面细菌主要来源于周围环境^[39]，不同水期细菌群落结构的差异可能与微塑料在环境中存在的时间有关^[40]，如Zhai等^[41]所述变形菌门为微塑料表面的初级定殖者，拟杆菌门为次级定殖者^[42]。本研究中与丰水期相比，枯水期微塑料表面变形菌门相对丰度下降，拟杆菌门相对丰度增加，而拟杆菌门的相对丰度高于丰水期，因此枯水期微塑料可能处于次级定殖阶段^[43]。属水平上，假单胞菌属、马赛菌属是本研究中微塑料表面的优势菌属。杨恩东等^[44]研究中发现马赛菌属广泛存在于环境中，其具有溶磷、降解多环芳烃菲等功能。李肸等^[45]在青岛近海对PP塑料研究中发现，PP附着细菌在富集过程中假单胞菌属占绝对优势；McCormick等^[39]的研究表明假单胞菌属在MPs表面有富集现象，假单胞菌序列在塑料上的含量是非塑料的15倍，相对丰度占优。本研究中假单胞菌属相对丰度较高却非最高，不同研究的结果存在差异可能与地理环境、季节等因素^[46]以及测定样本的细菌定殖阶段不同^[43]等有关。上述马赛菌属和假单胞菌属常在微塑料上检测到^{[30, 47]}，可能是目前微塑料细菌群落研究重点。

微塑料会富集与塑料降解有关的细菌组合^[48]。本研究中微塑料表面高丰度的假单胞菌是海洋中人工表面的早期定殖菌属之一^[49]，不少研究证明假单胞菌属可以一定程度上降解微塑料。Yoon等^[50]分离出假单胞菌属菌具有降解低密度聚乙烯的能力，Wilkes等^[51]研究表明不同生存环境中提取的假单胞菌属菌能够降解PE、PP等多种微塑料，Xie等^[52]从塑料处理厂筛选假单胞菌菌株经历30 d的孵育后，可使塑料减重15%。Tischler等^[53]阐述了变形杆菌属、假单胞菌属和黄杆菌属降解苯乙烯的过程。丰水期中的鞘氨醇单胞菌具有非常丰富的降解相关基因，能够将多种降解途径相协调共同发挥作用^[54]；枯水期中的丛毛单胞菌科属于β-变形菌纲，具有氧化分解有机物以及吸附污染物的作用^[55]。微生物降解微塑料是一种安全、经济的方式^[23]，需要人们更多的关注。

3.3 鄱阳湖微塑料污染及水位变化对环境微生物的影响

自2000年以来，鄱阳湖干旱事件频发，尤其以2022年干旱情况最为严重^[20]。众多学者在湖区水位变化及来水径流变化等方面对鄱阳湖的枯水情势进行了研究分析^[56-57]；李世勤等^[58]认为五河来水和长江水量的减小导致了鄱阳湖的枯水情况；王丹等^[59]对鄱阳湖水位情况进行了分析，得出鄱阳湖比以往更早进入枯水期。湖泊更早进入枯水期且枯水期的时间延长可能会对微塑料表面微生物的群落结构产生影响，因此本研究对鄱阳湖湿地丰、枯水期微塑料表面微生物群落进行研究，进而预测微塑料污染及水位变化对环境微生物的可能影响。本研究中枯水期微生物丰富度和多样性均高于丰水期。可能是由于鄱阳湖枯水期延长、水位大幅降落，使浅滩湿地大面积长时间的裸露^[25]，导致鱼、虾、蚌等水生动物失去生存空间后死亡产生残体，提供大量的碳氮源^[60]，促使微生物大量繁殖，这些微生物进入自然环境，选择性定殖在微塑料表面^[43]，并利用微塑料圈作为其栖息和庇护的场所^[11]，使环境中微生物丰度增大。Liu等^[61]通过对干旱条件下微塑料的微生物多样性分析，得出相似的结论，即干旱会增加微塑料中微生物的多样性，这可能是干旱会缓解微塑料所引起的微生物之间竞争的结果^[62]；同时Lozano等^[63]研究得出，在水分充足的条件下，微塑料中微生物的功能降低了约34%，而在干旱情况微塑料污染对土壤中微食物网的复杂性和稳定性具有积极影响的结论。本研究中枯水期微塑料表面的微生物更容易形成丰富且有别于周围环境的独特的细菌群落结构，从而可能造成一定的生态风险^[64-65]。

4 结论

(1) 不同水期微塑料表面细菌的丰富度、多样性、均匀度均低于环境，微塑料表面细菌群落与环境显著不同。丰水期环境中细菌群落结构与微塑料相差较大，水体与沉积物结构相差较小，枯水期微塑料与沉积物表面细菌群落结构相差较小，与水体差异显著。

(2) 不同水期微塑料表面细菌群落结构与环境存在明显差异。枯水期微塑料样品与沉积物的细菌组成变得更为接近，枯水期拟杆菌门的相对丰度高于丰水期。微塑料表面塑料降解菌相对丰度较环境明显增加，微塑料作为独特生态位可能会对环境产生影响。

(3) 通过相关性分析确定不同水期微塑料表面细菌关键种，丰水期和枯水期中的关键种大部分为变形菌门，这些关键种将是我们进一步研究的重点。