【摘 要】
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海洋污损生物的附着带来了严重的负面影响,不仅加速了人工设施在海水中的腐蚀进程,而且带来极大的附加能量消耗,威胁着海洋经济的有序发展。不同污损生物在表面沉降附着时的附着器官、机理各不相同,形成了十分复杂的作用机制,但值得肯定的是污损生物会与表面生物膜某些特定菌群产生互动。目前已有少量微生物与污损生物作用相关的研究,但在属、种层面所能提供的微生物信息十分有限,仍需更多的实验及研究工作来填补空白。本研究
【基金项目】
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哈尔滨工业大学（威海）BIO-X实验室国家自然科学基金（No.31071170）; 山东省自然基金（纳米材料防污涂层表面生物膜中真核生物群落多样性降低与涂层防污性能之间关联性的初步研究,ZR2018MC002）
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海洋污损生物的附着带来了严重的负面影响,不仅加速了人工设施在海水中的腐蚀进程,而且带来极大的附加能量消耗,威胁着海洋经济的有序发展。不同污损生物在表面沉降附着时的附着器官、机理各不相同,形成了十分复杂的作用机制,但值得肯定的是污损生物会与表面生物膜某些特定菌群产生互动。目前已有少量微生物与污损生物作用相关的研究,但在属、种层面所能提供的微生物信息十分有限,仍需更多的实验及研究工作来填补空白。本研究选用实验室已筛选出的具有良好防污效果的3种碳纳米管材料和1种纳米铂金属材料作为实验对象,以0.1wt%的浓度添加到环氧铁红防锈漆、M133丙烯酸树脂成膜物两种常见的商用防锈漆基质中制备微纳米复合防污涂层,进行海洋实地挂板实验。每7天对各涂层表面生物膜取样一次,提取第28天时生物膜宏基因组进行16S r RNA基因全长高通量测定,分析两种底漆基质主要原核菌群结构及差异性。依据高通量测试结果,针对生物膜中丰度排名前30的原核菌属,利用SAP（Simple Allele-discriminating PCR）引物设计原理设计并成功得到了Neptuniibacter、Marinicella、Fluviicola、Tenacibaculum四种菌的优良原核特异性引物。研究表明,变形菌门是涂层表面生物膜中的最优势门,平均占比高达86%,Rhodovulum、Neptuniibacter、Neptunomonas、Sulfitobacter四种菌在两种基质中丰度差异十分明显,尤其是Neptuniibacter菌其铁红基质OTU（Operational Taxonomic Units）数目高于丙烯酸树脂基质超过100倍。16S r RNA基因全长高通量测定的使用获得了大量种层面的结构信息,发现主要是Neptuniibacter＿sp.＿CAR-SF菌种带来的差异。通过主成分分析,引起原核菌群结构差异的主要因素是底漆基质的不同,差异性可达92.7%,而纳米材料的引入只对菌群结构产生了很小的影响。扫描电镜及静态接触角测试表征结果与之类似,未发现引入纳米材料后对涂层表面带来明显差异,或为沉积于基质中通过改变涂层的物理化学性质进而发挥了防污作用。通过对7种污损生物的实时观察统计发现,藤壶和玻璃海鞘是本次实验的主要污损生物;丙烯酸基质涂层的防污性能整体优于铁红基质涂层,整个实验周期内未发现玻璃海鞘幼虫的附着,差异十分明显,这与高通量测试结果Neptuniibacter菌分布规律一致。为了验证这一规律,使用了特异性良好的Neptuniibacter菌特异性引物对各涂层该菌含量进行实时荧光定量PCR（QPCR）定量实验,结果表明铁红基质涂层该菌含量远高于丙烯酸树脂基质涂层;铁红/铂2涂层该菌总含量高达345202.6 copies/μl,是Neptuniibacter菌含量最高的涂层,同时也是玻璃海鞘附着面积最多的涂层。通过相关性分析发现二者存在着显著的正相关作用关系（P<<0.01,r=0.967）,进一步验证了Neptuniibacter菌对海鞘的附着具有潜在诱导作用。本研究初步建立并验证了原核菌属与污损生物的作用关系,相关作用机理及深入的海洋验证实验值得进一步探索,或为从源头上解决污损的发生提供了新依据。
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