Orginal Article

Spatial and temporal variation in heterotrophic bacteria and their regulators in the Pearl River Estuary

  • LI Xiangfu , 1, 2 ,
  • XU Jie , 1, 2 ,
  • SHI Zhen 1 ,
  • LI Ruihuan 1
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  • 1. State Key Laboratory of Tropical Oceanography (South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences), Guangzhou 510301, China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
Corresponding author: XU Jie. E-mail:

Received date: 2017-04-11

  Request revised date: 2017-05-02

  Online published: 2018-02-02

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热带海洋学报编辑部

Abstract

Estuaries are important land-sea interaction zones with unique biogeochemical processes and are important places to study the carbon cycle. Little is known on bacterial regulation in carbon cycling in the Pearl River Estuary. To examine the relative contribution of different groups of heterotrophic bacteria (particle-attached bacteria vs free-living bacteria, and high nucleic acid bacteria vs low nucleic acid bacteria), spatial and temporal variation in heterotrophic bacterial abundance was investigated during three contrasting periods (May 2015, August 2015 and January 2016) in the Pearl River Estuary. The total bacterial abundance was the highest in spring (an average of 2.94±1.30×109 cells •L-1 at the surface and 2.81±1.50×109 cells •L-1 at the bottom), moderate in summer (2.32±0.43×109 cells •L-1 at the surface and 1.85±0.50×109 cells •L-1 at the bottom), and the lowest in winter (1.06±0.33×109 cells •L-1 at the surface and 9.76±3.44×108 cells •L-1 at the bottom). Bacterial abundance at the surface was slightly higher than that at the bottom. Bacterial abundance decreased spatially from the upstream to the downstream of the estuary, suggesting that sewage input contributed to high bacterial abundance in the upstream, and that the downstream decrease resulted from the mixing of river discharge and seawater. The peaks of bacterial abundance and Chl a were observed at the frontal zone in the wet season, since a front increased the residence time of nutrients and plankton, and favored plankton growth. According to the spatial variation trend of bacterial abundance, it could be inferred that the heterotrophic bacteria of the estuary mainly came from upstream inputs. Heterotrophic bacterial communities were dominated by particle-attached bacteria, which accounted for 78.65%, 70.32% and 68.17% of the total bacterial abundance in spring, summer and winter, respectively. The metabolically active bacteria with high nucleic acid dominated in the particle-attached bacteria, while the low nucleic acid group was the dominant component of the free-living bacteria.

Cite this article

LI Xiangfu , XU Jie , SHI Zhen , LI Ruihuan . Spatial and temporal variation in heterotrophic bacteria and their regulators in the Pearl River Estuary[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2018 , 37(1) : 27 -36 . DOI: 10.11978/2017042

异养细菌作为微食物环重要组分, 在全球碳循环中发挥着至关重要的作用(Azam et al, 1983)。一方面异养细菌能够吸收转化溶解有机碳为颗粒有机碳(自身生物量), 并通过原生动物的摄食作用向更高营养级传递; 另一方面, 异养细菌代谢降解有机质, 以此获取能量, 并释放二氧化碳和营养盐(Pomeroy et al, 1991; Fuhrman, 1992)。海洋初级生产固定的碳大约有10%~50%会被细菌利用(Fuhrman et al, 1982; Ducklow, 2000), 某些富营养海域群落呼吸释放的CO2高达90%以上是来自异养细菌(Robinson et al, 2005)。
海洋水体环境中异养细菌按其存在形式不同, 通常可以被分为附生细菌(particle-attached bacteria, PB)和游离细菌(free-living bacteria, FB)两大类(Zhang et al, 2007)。附生细菌能够从附着物中持续获取高活性营养物质, 因此, 与游离细菌相比, 附生细菌一般个体更大、单体代谢活性更高(Caron et al, 1982; Acinas et al, 1999)。附生细菌数量和代谢活性的高低主要取决于环境中颗粒物的浓度与质量, 在离岸寡营养和半寡营养海域, 附生细菌丰度与生产力在异养细菌群落的贡献率通常<20% (Simon et al, 2002), 而在富营养环境, 尤其是在一些浑浊度较高的河口及近岸海域, 其贡献率可能超过60% (Crump et al, 1996; Garneau et al, 2009)。在哥伦比亚河口, Crump等(1998)发现附生细菌生产力甚至占细菌总生产力的90%以上, 是游离细菌生产力的10~100倍。此外, 许多研究者已证实在大部分近岸河口海域, 附生细菌和游离细菌的群落结构间往往存在不同程度差异(Crump et al, 1999; LaMontagne et al, 2003), 两者分布及代谢的调控机制通常也有所不同(Crump et al, 1998)。
当前流式细胞技术被广泛用于定量分析异养细菌丰度, 不仅能够迅速且精准地给出水样中细菌的数量, 而且根据流式细胞图像可以将细菌群落大体区分为低核酸(low nucleic acid, LNA)细菌和高核酸(high nucleic acid, HNA)细菌(Marie et al, 1997; Gasol et al, 1999)。与低核酸细菌相比, 高核酸细菌生长更快, 代谢活性更高(Lebaron et al, 2002; Xu et al, 2013)。高、低核酸细菌数量及其在细菌群落中所占比例的差异, 可以指示细菌群落代谢水平的高低, 有助于探究不同海域细菌群落代谢水平的时空差异。
由于高温以及地表径流量大、陆源有机碳通量高等特点, 低纬度河口区通常是二氧化碳的源(Cai, 2011), 细菌是降解河口有机碳的主要贡献者, 因此, 探究河口海域细菌丰度、细菌代谢活性以及群落组成结构对认知碳循环过程至关重要(Fuhrman et al, 2008)。珠江流域地处中低纬度, 全年温度较高, 受季风影响, 降雨量季节变化明显, 年降雨量的80%发生在4月至9月(Yin et al, 2001)。同时, 径流量的季节性变化会对珠江口水体的营养物质水平和结构、浮游生物分布产生直接的影响。近年来由于人类活动排放过多的营养物质进入珠江流域, 造成珠江口水体富营养化(Harrison et al, 2008)。目前, 对异养细菌在珠江口碳循环过程中的作用认识不多, 已有的研究主要集中于珠江口水体异养细菌总丰度时空分布特征的研究(Zhou et al, 2011; Zhang et al, 2013; Ni et al, 2015)。珠江口上游悬浮颗粒物含量高, 从上游至下游, 悬浮颗粒物含量呈下降趋势。这些悬浮颗粒物有一部分是有机颗粒物, 可以为细菌提供载体和营养, 有利于附生细菌的生长。珠江河口悬浮颗粒物含量的空间变化如何影响不同类群异养细菌的丰度目前尚不清楚。
我们于2015年5月和8月以及2016年1月, 对珠江口海域附生细菌与游离细菌分布变化进行了调查研究。比较分析了不同类型异养细菌(附生、游离细菌与HNA细菌、LNA细菌)丰度变化与环境因素的关系, 对不同季节条件下珠江口异养细菌分布变化的调控机制有了初步认识。

1 材料与方法

1.1 样品采集

于2015年5月(春季)、8月(夏季)和2016年1月(冬季)对珠江口海域进行了3个航次的调查, 在河口中轴从上游至下游布设了8个采样点(图1)。水体温度和盐度采用YSI 556MPS型水质检测仪(Yellow Springs)现场测定。
Fig. 1 Map of sampling locations

图1 采样站位图

水样取自表层水(水表以下0.5m)和底层水(离水底1m), 叶绿素a (Chl a)样品用Whatman GF/F玻璃纤维滤膜收集, 过滤水样300~1000mL, 将滤膜在-20℃下冷冻避光保存, 以待后续测定。采用经450℃高温灼烧后称量过的Whatman GF/F玻璃纤维滤膜过滤300~1000mL水样, 滤膜用于测定悬浮颗粒物浓度, 滤液用于营养盐与溶解有机碳浓度的测定, 滤膜与滤液均于-20℃下冷冻保存。
水样依次用20μm筛绢与1μm滤膜过滤, 分别获取异养细菌(包括游离细菌和附生细菌)和游离异养细菌样品, 然后各取1mL滤液存放于已灭菌的冻存管中, 用戊二醛(终浓度0.5%)固定, 在黑暗处放置15min后储存于液氮中, 带回实验室测定, 所有细菌样品均采集2个平行样。

1.2 样品测定与分析

1.2.1 悬浮颗粒物质量浓度、营养盐浓度、溶解有机碳浓度和叶绿素a质量浓度
样品测定主要参照Knap等(1996)及第三版《Methods of Seawater Analysis》(Grasshoff et al, 1999)所述方法: 悬浮颗粒物质量浓度依据重量法测定; 硝酸盐采用锌-镉还原法、亚硝酸盐采用重氮-偶氮法、氨盐采用次溴酸钠氧化法、磷酸盐采用磷钼蓝法、硅酸盐采用硅钼蓝法, 进行分光光度测定(Metash, V-5000分光光度仪); 溶解有机碳(DOC)的浓度采用高温燃烧催化氧化法测定(岛津TOC总有机碳分析仪); 叶绿素a滤膜用90% (体积比)丙酮避光4℃下萃取24h后, 采用荧光法(Turner Designs, Trilogy®荧光仪)测定Chl a的质量浓度。
1.2.2 异养细菌丰度
采用流式细胞仪(Becton-Dickinson AccuriTM C6)进行异养细菌丰度计数, 具体操作参照Marie等(1997)提出的方法, 直接借助Becton-Dickinson AccuriTM C6系统自带软件来分析异养细菌的流式细胞图像, 主要是根据侧散射角(SSC)与绿色荧光(FL1-A)组合图像以及红色荧光(FL2-A)与绿色荧光(FL1-A)组合图像来统计各个类型异养细菌的数量(Xu et al, 2013)。其中, 附生细菌丰度采用总细菌丰度与游离细菌丰度差值来获得, 并根据绿色荧光(FL1-A)强度来划分高核酸(HNA)和低核酸(LNA)亚群的细菌数量(Gasol et al, 1999)。

1.3 数据处理

应用ANOVA (方差分析)来检验环境因子及异养细菌的时空变化差异是否显著, p<0.05表示显著性差异。采用Pearson相关性系数分析异养细菌与环境因子的相关性关系, 选用逐步法筛选自变量以建立多元线性回归方程, 以p<0.05来判断方程是否可用。所有数据统计分析借助SPSS 18.0软件进行。

2 结果

2.1 水文因素(温度、盐度、悬浮颗粒物质量浓度)

夏季水温最高(26.9~30.4℃, 平均29.1℃), 春季次之(26.0~28.3℃, 平均27.0℃), 冬季最低(18.0~ 19.7℃, 平均18.9℃)。春冬季节水温从上游到下游波动递增, 表底层间差异不明显; 夏季则是自上游至下游递减, 表层水温高于底层(图2)。
Fig. 2 Spatial and temporal distributions of temperature, salinity and the concentrations of suspended particulate matter, inorganic nutrients (dissolved inorganic nitrogen, phosphate and silicate), dissolved organic carbon and Chl a in the Pearl River Estuary

图2 珠江口水体温度、盐度、悬浮颗粒物质量浓度、营养盐(溶解无机氮、磷酸盐、硅酸盐)浓度、溶解有机碳浓度和叶绿素a质量浓度的时空分布

珠江径流自春季(5月)至夏季(8月)随降雨量增加而逐渐增强, 河口表层水体逐渐被淡水控制。春季河口表底层盐度差异不明显(表层变化范围为0.19‰~30.3‰, 平均9.97‰; 底层0.36‰~32.4‰, 平均11.2‰), 夏季水体层化现象日渐显著, 调查期间表层盐度(范围为1.27‰~20.6‰, 平均8.17‰)明显低于底层(范围为2.72‰~29.9‰, 平均14.9‰)。至冬季(1月)进入枯水期, 径流减弱, 海水入侵明显, 河口盐度升高(3.50‰~32.6‰, 平均18.7‰), 表底未见明显差异。3个航次水体盐度水平方向上变化趋势基本一致, 从河口至外海持续升高(图2)。
悬浮颗粒物(suspended particulate matter, SPM)质量浓度以冬季最高(平均为35.2mg•L-1), 春季次之(平均为23.5mg•L-1), 夏季受淡水冲淡作用而浓度最低(均值为11.7mg •L-1)。3个航次悬浮颗粒物质量浓度峰值主要集中在河口上游或中下游盐度锋面区域(图2)。

2.2 营养盐与溶解有机碳浓度

3个航次溶解无机氮(DIN, 包括NO- 3、NO- 2和NH+ 4)、磷酸盐(PO3- 4)和硅酸盐(SiO2- 4)的浓度表底间差异不显著(p>0.05)。水平方向上变化趋势基本一致(除夏季表层硅酸盐从上游至下游出现波动, 无明显下降外), 沿盐度梯度升高而逐渐降低(图2)。
河口营养盐浓度存在一定的季节变化: DIN浓度春季最高(8.54~284μM, 平均143μM), 夏季次之(19.5~161μM, 平均101μM), 冬季最低(8.54~182μM, 平均93.8μM)。3个季节磷酸盐浓度均值均在1μM左右, 相对而言, 冬季略高(0.26~2.02μM, 平均1.29μM), 春季居次(0.10~2.59μM, 平均0.97μM), 夏季最低(0.26~1.50μM, 平均0.91μM)。夏季河口硅酸盐浓度较高, 所有站位(除S8站底层较低, 32.5μM)基本在100μM左右, 春季(5.36~137μM, 平均61.6μM)略高于冬季(12.3~90.2μM, 平均54.7μM)(图2)。
珠江口溶解有机碳(DOC)浓度基本是表层高于底层, 水平方向上, 从上游至下游逐渐下降(除冬季蕉门附近S3站表层, 浓度为253μM)。时间尺度上, 春季DOC浓度均值最高, 变化范围为114~241μM, 平均157μM (图2); 夏冬季节DOC的浓度低于春季, 夏季范围85.2~131μM, 均值109μM; 冬季范围为77.0~128μM, 均值111μM (除S3站外)。

2.3 叶绿素a质量浓度

春季珠江口叶绿素a质量浓度均值最高, 表层均值为6.45μg•L-1 (范围0.68~13.6μg•L-1), 底层均值为6.14μg•L-1 (范围0.84~12.5μg•L-1); 夏季次之, 表层均值为4.67μg•L-1 (范围2.90~8.91μg•L-1), 底层均值为3.21μg•L-1 (范围1.65~5.61μg•L-1); 冬季, 叶绿素a质量浓度最低, 表层平均3.06μg•L-1 (范围0.86~5.47μg•L-1), 底层平均2.41μg•L-1 (范围0.88~4.58μg•L-1)。春季, 叶绿素a质量浓度高值出现在河口上游(S1、S2站)和盐度锋面(S6站)附近海域; 夏季, 叶绿素a质量浓度最大值出现在下游(S8站, 8.91μg•L-1); 冬季, 在S3和S7站出现高值(图2)。

2.4 异养细菌丰度及其组成时空变化

珠江口异养细菌丰度(TBA)春季最高, 表层均值为2.94±1.30×109个•L-1, 底层为2.81±1.50×109个•L-1); 夏季次之, 表层平均为2.32±0.43×109个•L-1, 底层为1.85±0.50×109个•L-1; 冬季最低, 表层均值是1.06±0.33×109个•L-1, 底层为9.76±3.44×108个•L-1; 3个季节异养细菌丰度表底间差异不显著(p>0.05)。春季异养细菌丰度在盐度锋面S6站出现最大值, 除S6站外从上游到下游递减; 夏季高值区出现在河口上游(S1站)及盐度锋面区域(S5和S6站); 冬季随盐度升高而逐渐减小(图3)。
Fig. 3 Spatio-temporal distributions of total heterotrophic bacterial abundance (TBA), particle-attached bacterial abundance (PBA) and its proportion to the total heterotrophic bacterial abundance (PBA%) in the Pearl River Estuary. Bacterial samples were lost at the surface of Station S1 and at the bottom of Stations S1 & S7 in May 2015

图3 珠江口异养细菌丰度(TBA)、附生细菌丰度(PBA)及附生细菌所占比率(PBA%)的时空分布
2015年5月S1站表底层与S7站底层细菌样品缺失

水平方向上, 除夏季蕉门附近海域的S3站因受强径流影响, 附生细菌丰度(PBA)明显下降外, 珠江口3个航次的附生细菌丰度变化趋势基本与异养细菌丰度的变化趋势一致。垂直方向上, 附生细菌丰度在表底间的分布无显著差异(p>0.05)(图3)。
珠江口附生细菌占异养细菌丰度的比例(PBA%)在16.6%~96.2%之间, 表底差异不显著(p>0.05)。冬季最高(平均78.7%), 夏季次之(平均70.3%), 春季最低(平均68.2%), 季节间差异不显著(p>0.05)。各季节附生细菌丰度和PBA%高值区基本出现在上游浑浊区或盐度锋面区(图3)。
珠江口游离细菌以LNA类细菌为主, 春夏冬3个季节LNA细菌丰度分别占游离细菌丰度(FBA)的83.6%、74.6%、85.9%, 表底无显著差异(p>0.05)。春夏季节附生细菌以HNA细菌为主, 其占附生细菌比例均高于50%, 表底间无显著差异(p>0.05); 冬季附生细菌中HNA类群占32.5%, 上游(S1—S3站)基本以HNA类细菌为主(比例均值为61.4%), 下游(S4—S8站HNA类群所占比例平均为9.15%, S7站表层为68.5%)则是以LNA细菌为主(图4)。
Fig. 4 Spatio-temporal distributions of two subgroups (LNA and HNA bacteria) of free-living bacteria and particle-attached bacteria in the Pearl River Estuary.

图4 珠江口游离细菌和附生细菌的高、低核酸类群的时空分布
S: 表层; B: 底层

2.5 影响异养细菌分布及组成的环境因子相关分析

春季, 异养细菌丰度和附生细菌丰度主要与悬浮颗粒物质量浓度、营养盐浓度呈正相关, 与盐度呈负相关; 游离细菌丰度则主要与温度呈正相关。异养细菌中HNA类群比例与营养盐、DOC浓度呈正相关, 与盐度呈负相关; 附生细菌HNA类群比例与DOC浓度呈正相关, 与盐度呈负相关, 游离细菌HNA类群比例与环境因子无明显相关性(表1)。
Tab. 1 Pearson correlation coefficients between heterotrophic bacterial abundance and environmental factors in the Pearl River Estuary

表1 珠江口异养细菌丰度与环境因子相关性分析结果

温度 盐度 SPM NO- 3 NO-2 NH+ 4 PO3- 4 SiO2- 4 DOC Chl a
201505 TBA# -0.67* 0.71* 0.76** 0.78* 0.76* 0.73* 0.69*
THNA% -0.94** 0.94** 0.84** 0.94** 0.93** 0.59*
FBA 0.56*
FHNA%
PBA# -0.70* 0.78** 0.71* 0.72** 0.64* 0.75** 0.66*
PHNA% -0.82** 0.60*
PBA% -0.84** 0.65* 0.68* 0.656* 0.69** 0.76**
201508 TBA 0.68** -0.50* 0.52*
THNA% 0.56*
FBA 0.54* -0.50* 0.51* 0.57*
FHNA%
PBA
PHNA% 0.72** -0.72** 0.67* 0.67*
PBA%
201601 TBA -0.63** -0.56* 0.54* 0.66** 0.54*
THNA% -0.83** -0.86** 0.84** 0.58* 0.64* 0.77** 0.82**
FBA -0.83** -0.76** 0.75* 0.57* 0.56* 0.52* 0.56*
FHNA%
PBA -0.53* -0.52* 0.51* 0.68**
PHNA% -0.75** -0.76** 0.76** 0.58* 0.73** 0.69*
PBA% -0.68** -0.63** 0.59* 0.53*

注: THNA%: 异养细菌中HNA类细菌所占百分比; FHNA%: 游离细菌中HNA类细菌所占百分比; PHNA%: 游离细菌中HNA类细菌所占百分比; #: 除去S6站位数据后的相关性(S6站异养细菌高丰度可能主要是由物理聚集作用造成的); 空格: 无显著相关性; *: p<0.05; **: p<0.01

夏季, 影响异养细菌空间分布及组成的环境因子相对较少。总体而言, 异养细菌丰度、游离细菌丰度主要与水温、营养盐(硝酸盐和硅酸盐)浓度呈正相关, 与盐度呈负相关。异养细菌HNA类群比例与叶绿素浓度呈正相关; 附生细菌HNA类群比例与水温、硝酸盐和硅酸盐浓度呈正相关, 与盐度呈负相关(表1)。
冬季, 影响异养细菌分布及组成的环境因子众多, 但总体而言, 异养细菌丰度及HNA类群比例主要与水温和盐度呈负相关, 与营养盐浓度呈正相关(表1)。
以异养细菌丰度(TBA)、附生细菌丰度(PBA)、游离细菌丰度(FBA)为因变量, 以包括水温(T)、盐度(S)、悬浮颗粒物、营养盐(NO- 3、NO- 2、NH+ 4、PO3- 4和SiO2- 4)、溶解有机碳(DOC)、叶绿素a等在内的环境因素为潜在自变量, 运用逐步多元线性回归法, 分析异养细菌丰度与环境因子关系, 结果见表2
Tab. 2 Stepwise multiple linear regression analysis between heterotrophic bacterial abundance and environmental factors in the Pearl River Estuary

表2 珠江口异养细菌丰度与环境因子间逐步多元线性回归分析结果

航次时间 线性回归方程
201505 TBA=1.50[±0.18]×109 + 1.52[±0.29]×108 Chl a r2=0.800, p<0.01
PBA=8.88[±2.14]×108 + 1.33[±0.33]×108 Chl a r2=0.693, p<0.01
201508 PBA=1.04[±0.11]×109 + 1.02[±0.28]×108 Chl a r2=0.821, p<0.05
201601 TBA=7.46[±1.97]×107 + 9.20[±3.15]×107 Chl a + 7.25[±1.32]×107 NO- 2 r2=0.732, p<0.01
FBA=3.55[±0.60]×109 - 1.79[±0.32]×108 T r2=0.739, p<0.01
PBA=3.85[±1.29]×108 - 4.49[±1.21]×107 NO- 2 r2=0.534, p<0.01

注: T: 水体温度

综上可见, 不同季节异养细菌分布与组成受不同环境因素控制。

3 讨论

3.1 珠江口异养细菌的空间变化

珠江河口存在较明显水体层化现象, 淡水在水体表层自河口上游至下游扩散, 海水从底层侵入河口, 淡水和海水虽有混合, 但在大部分区域表、底层依然分别由淡、海水主控(Harrison et al, 2008)。此现象在8月雨季期间最为明显(表底间盐度均值相差6.77), 即使在1月枯水期表层盐度依然小于底层(表底间盐度均值相差1.00)。异养细菌丰度也表现一定表底差异, 但不显著(p>0.05), 在珠江河口大部分区域表层异养细菌丰度要高于底层, 尤其在夏季(8月)最为明显。
3个航次异养细菌丰度变化趋势与营养盐浓度变化大体一致, 在河口上游较高, 随盐度升高而逐渐降低, 异养细菌丰度与水体盐度间存在显著的负相关(p<0.05), 同时与多种营养盐浓度呈现显著正相关(p<0.05)。由此推测, 珠江口异养细菌主要来源于上游输入, 可能与上游大量污水排放有关, 珠江径流与海水在河口内的混合稀释了异养细菌, 导致其丰度逐渐下降, 该变化特征与其他调查研究结果一致(Zhou et al, 2011; 张霞 等, 2012)。叶绿素a质量浓度与异养细菌丰度呈现正相关(表2), 在其他海域也发现类似的相关性(Liu et al, 2004; Yuan et al, 2011; Zhou et al, 2011)。珠江口DOC的浓度较高(>77.0μM), 然而, 3个航次DOC浓度与异养细菌丰度间未见明显相关性(p>0.05)。这是因为细菌代谢活动不仅与DOC总量有关, 而且与DOC性质有关, DOC性质甚至比DOC浓度更重要。一般认为, 与陆源DOC相比, 浮游植物新释放的DOC生物可利用性更高(郑天凌 等, 1994), 浮游植物释放的DOC是易被细菌降解的有机质, 细菌通常会优先利用这类有机碳。因此, 浮游植物生物量往往是细菌生长繁殖的决定因素(Cherrier et al, 1996)。珠江口水文状况变化会影响浮游植物生长, 进而可能对异养细菌丰度分布造成一定影响。
不同河口附生细菌丰度占异养细菌丰度的比例存在巨大差异(从<1%到98%)(Iriberri et al, 1987)。珠江河口该比例变化范围为16.6%~96.2%, 高值主要出现在上游区域, 在外河口该比例数值较低。在3个航次调查中附生细菌丰度及其占异养细菌丰度比例的高值区基本与浑浊带(春冬季)重叠。而且, 春季航次中发现附生细菌丰度与悬浮颗粒物浓度之间存在显著正相关(p<0.01), 其他研究也发现类似现象(Crump et al, 1996、1998、2000), 可见浑浊带的高悬浮物为细菌提供了载体和营养, 提高了附生细菌在异养细菌群落中的比例。
HNA类细菌是细菌群落生产力的主要贡献者(Moràn et al, 2011), 比LNA类细菌生长更快, 代谢更活跃(Xu et al, 2013), 所以细菌群落中HNA类群所占比例的高低往往能够表征细菌整体生长效率的高低(Jellett et al, 1996)。珠江口海域游离细菌以低活性LNA类群为主, 附生细菌则是以高活性HNA类群为主(除冬季个别区域外), HNA细菌在附生细菌中的比例平均是其在游离细菌中比例的2~3倍。附生细菌中HNA细菌所占比例高, 与其附着物(悬浮颗粒物)可提供充足营养供应有关(Simon et al, 2002), 与以往报道的附生细菌高活性、高核酸含量特性相印证(Lapoussière et al, 2011)。

3.2 珠江口异养细菌的季节变化

珠江口异养细菌丰度呈明显季节性变化, 春季略高于夏季, 冬季最低, 这主要与珠江口水文状况的季节性变化有关。春夏季(属雨季)富营养的珠江径流输入带来营养物质, 促进异养细菌生长; 夏季异养细菌丰度较春季低, 说明一部分异养细菌来源于上游污水输入, 夏季珠江径流量的增加在一定程度上稀释了异养细菌丰度; 而冬季(属旱季)相对寡营养的外海水侵入珠江口, 稀释了河口内的营养物质和异养细菌丰度。不同季节附生细菌占异养细菌丰度的比例均值大致都在70%左右(冬季78.7%, 夏季70.3%, 春季68.2%)。冬季平均比例相对较高, 主要与强烈的垂直混合有关, 垂直混合提高了水体中悬浮颗粒物水平, 增加了附生细菌在异养细菌丰度的比例。整体而言, 珠江口海域异养细菌群落以附生细菌为主。
春季和夏季细菌丰度最大值不是出现在淡水端S1站, 而是出现在河口盐度锋面区的S6站, 同时在锋面区也发现叶绿素质量浓度高值。已有研究表明, 锋面会阻碍水体营养物质和生物的输送, 使其在锋面区域积聚滞留, 形成生物高值区(Pakulski et al, 2000; Yin et al, 2000; Dagg et al, 2004)。另外, 锋面区聚集的浮游植物释放的DOC可以促进细菌生长。
夏季和冬季异养细菌丰度分别与水温呈显著正、负相关性(p<0.01), 这主要是淡水和入侵海水混合所致。一般认为, 当温度低至20℃以下时, 异养细菌的生长才会受温度控制(Shiah et al, 19942003; Vrede, 2005)。珠江口地处中低纬度, 水温较高, 春夏水温>26℃, 即使在冬季水温也高于18℃, 因此, 珠江口异养细菌丰度的变化更可能归因于淡水和海水的混合, 温度应该不是主要控制因素。以往的研究也证实水温并非珠江河口异养细菌分布及代谢活动的主要调控因素(Zhou et al, 2011; 张霞 等, 2012)。

4 结论

珠江口异养细菌丰度具有明显的季节变化, 整体上春季最高、夏季次之、冬季最低。异养细菌丰度从河口上游至下游逐渐降低, 这主要是珠江径流和入侵海水混合的结果。此外, 在雨季, 河口盐度锋面区存在异养细菌丰度高值。珠江口异养细菌群落以附生细菌为主, 附生细菌又以代谢活性较高的HNA类群为主, 这可能与悬浮颗粒物为细菌提供营养有关, 游离细菌则是以LNA类群为主。

The authors have declared that no competing interests exist.

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