海水中での暴露時間と深さがマイクロプラスチックの特性に及ぼすバイオフィルムの形成とその影響

Biofilm formation and its influences on the properties of microplastics as affected by exposure time and depth in the seawater.

• Chen Tu
• Tao Chen
• Qian Zhou
• Ying Liu
• Jing Wei
• Joanna J Waniek
• Yongming Luo

抄録

近年，海洋環境や沿岸環境におけるマイクロプラスチックへの微生物のコロニー化やバイオフィルム形成の影響が世界的に注目されているが，暴露時間や深さがバイオフィルム形成に及ぼす影響についてはあまり研究されていない．しかし、バイオフィルム形成とその後のマイクロプラスチックの特性変化に及ぼす暴露時間と深さの同時影響については、あまり研究されていない。本研究では、中国黄海の沿岸海水中で、ポリエチレン（PE）フィルムを3つの深さ（2m, 6m, 12m）に30日, 75日, 135日の3つの期間暴露した。その結果、バイオフィルムの総量は暴露時間とともに著しく増加したが、水深とともに減少した。その結果、PEマイクロプラスチックの表面には、コッカス菌,棒状菌,円盤状菌,フィラメントなどの典型的なバイオフィルムの形態と組成が観察され、また、細胞外高分子物質の緻密な層が形成されていた。バイオフィルムの形成は、PEマイクロプラスチックの疎水性を低下させ、PE表面の親水性C-O基やCO基を増加させる可能性があることが示唆された。その結果、アルファプロテオバクテリア,ガンマプロテオバクテリア,バクテロイディアがバイオフィルム形成の中心的な微生物群として同定されたが、その支配的な細菌群はバイオフィルム形成の初期から後期まで様々であった。これらの結果は、マイクロプラスチック関連バイオフィルムが海洋・沿岸環境におけるマイクロプラスチックの環境動態や運命に影響を与える可能性を示唆している。

The effects of microbial colonization and biofilm formation on microplastics in the marine and coastal environments have aroused global concern recently. However, the simultaneous influences of exposure time and depth on biofilm formation, and subsequently on the properties variations of microplastics is less studied. In this study, polyethylene (PE) film was exposed at three depths (2 m, 6 m, and 12 m) for three time periods (30 days, 75 days, and 135 days) in the coastal seawater of Yellow Sea, China. The results show that the total amount of biofilms markedly increased with exposure time, but decreased with water depth. Typical morphologies and compositions of biofilms such as coccus-, rod-, disc-shaped bacteria and filaments, as well as a dense layer of extracellular polymeric substances were observed on the surfaces of the PE microplastics. Biofilm formation could decrease the hydrophobicity of PE microplastics, and increase the abundances of hydrophilic C-O and CO groups on the surface of PE. Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria and Bacteroidia were identified as the core microbiome of the PE associated biofilms, while the dominant bacteria families vary from the early to the late phases of the biofilm formation. Our results indicate that microplastics associated biofilms could affect the environmental processes and fates of microplastics in the marine and coastal environment.

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