《Science》海草降低海洋病原微生物感染风险

研究背景

人类活动不可避免地残剩各种废水，植物由于具有生物膜相互作用，消耗营养物质，改变生物地化循环等作用，以及某些植物本身是天然杀菌剂的特性，被广泛用于各种污水处理系统中。

海草草甸生态系统作为地球上分布最广的沿海生态系统同样有着污水处理的潜力。

已有研究表明：在体外，从海草组织中分离的植物化学物质可以杀死或抑制许多影响人类、鱼类和无脊椎动物的细菌病原体。但尚未将海草草甸生态系统作为一个整体去评估其去除病原体或减轻疾病的能力。

本文作者基于此进行一系列研究。

实验地点

作者选择了四个位于印度尼西亚Spermonde群岛中部的岛屿。

群岛特点：充足的珊瑚礁滩，表层土壤极薄，保水性低，因此附近的海洋环境特别容易受到固体废物、污水和废水的污染。

为符合对照原则，所选择的岛屿都有着存在海草草甸的区域和不存在海草草甸的区域。

图1四个岛屿的海草覆盖。海菖蒲（Enhalus acoroides）泰来藻（Thalassia hemprichii）丝粉藻（Cymodocea rotundata）

作者对四个岛屿周围的海草覆盖率，物种组成进行了调查：四个岛屿的海草组合相似，由 6 个物种组成，覆盖率在 80% 至 93% 之间。

此外，作者还对四个岛屿周围的PH，TDS，溶解氧等环境因素进行了调查。确保四个岛屿拥有类似的潮间带至浅潮下礁石滩和混合物种海草草甸。

研究问题1：海草草甸的存在是否会影响单一细菌病原体的水平

作者选择了肠球菌作为研究对象。

一方面是因为肠球菌能附着在水生植被和碎屑上，是人类和海洋生物多重感染的来源。

另一方面四因为肠球菌是目前国际公认的海水浴场水质监测最科学的粪便污染指示细菌。

试验方法

研究人员分别从四个岛屿的对应站点采集海岸海水样本，有海草草甸与无海草草甸各 33 个样本。

在四个研究岛屿之间的开放水域采集海水样本 40 个。

分别从四个岛屿的潮间带、珊瑚礁采集海水样本。潮间带有海草草甸处82个，无海草草甸处72个。在海草草甸处珊瑚礁86个，不在海草草甸处珊瑚礁82个。

图2海草草甸影响肠球菌的出现

实验结果：

（1）海岸海水样本，超过了美国环境保护署 (EPA) 建议娱乐用水中肠球菌的人体健康风险暴露水平的10倍， 开放水域中肠球菌含量较低，从岸边至开放水域，肠球菌含量逐渐降低。说明废水污染是扩散性的，很可能来自各个岛屿。

（2）在潮间带滩涂，有海草草甸的地点的海水中的肠球菌含量比没有海草草甸的地点低三倍。靠近海草草甸的珊瑚礁上方采集的海水中的肠球菌含量比配对地点低两倍。因此证明与没有海草草甸的对照地点相比，有海草草甸的地点海水中的肠球菌含量较低。

结论一：海草草甸的存在能降低肠球菌的含量

肠球菌水平通常与废水中发现的其他人类细菌病原体相关，这表明海草草甸也可能影响其他生物体的病原体浓度。所以作者又对海草草甸的存在对海洋鱼类、无脊椎动物的病原体的影响进行了探究。

研究问题2：海草草甸的存在是否会影响其他细菌病原体的水平

试验方法：

从文献综述中可以了解到，根据最低常见分类水平，现有海洋鱼类、无脊椎动物和哺乳动物的潜在致病性细菌共42属。

然后作者将在该岛各采样地点采集到的海水样品进行了过滤和DNA分离，并进行了测序。测序得到的序列与文献中描述的致病菌属共有27个是对齐的，再从这27个中剔除了9个只在岸边检测到的属。

然后使用qPCR对剩下的18个属的细菌相对丰度进行标准化，获得每个海水样本的细菌总数。

图3不同地点潜在细菌病原体的总相对丰度（黑色柱为无海草草甸地点采集的样品数据，白色为有海草草甸）

实验结果：

• 与无海草草甸相比，有海草草甸的潮间带的海水中细菌病原体的相对丰度低 50%，在海草草甸附近珊瑚礁海水中细菌病原体的相对丰度低 50%。即与无海草草甸相比，有海草的地点海水中多种海洋鱼类和无脊椎动物潜在细菌病原体的总相对丰度较低。
• 与无海草草甸的地点相比，有海草草甸区黄杆菌（Flavobacterium）、棒状杆菌（Corynebacterium）、弧菌（Vibrio）、立克次体（Rickettsia）、希瓦氏菌（Shewanella）的相对丰度较低。
• 根据组成和相对丰度评估，在潮间带与珊瑚礁潜在细菌病原体的组合中，形成了两个明显的组，也就是图中黑色、白色点分别形成的红色虚线圈，这个组合二者间的差异最高，占所有组合差异的94.8%，其组内的重复相似度达到了79%，这表明有无海草草甸是重要影响因素。即有无海草草甸与上述五种细菌病原体的相对丰度有关。

结论二：海草草甸的存在可以降低人类、海洋鱼类和无脊椎动物的多种潜在细菌病原体的相对丰度

研究问题3：海草草甸对影响海洋生物的疾病的效果评估——以珊瑚礁为例

研究人员目视检查了8034个造礁珊瑚，即观察了四个岛屿上有相邻海草草甸和没有相邻海草草甸的珊瑚礁的活动性病变的组织损失特征。

大体就是，在每个地点，沿着珊瑚礁轮廓，在深度3-4 m，每相距约20 m就对三个15 x 2 m珊瑚进行健康状况调查，并进一步将每个珊瑚分类为健康或某珊瑚疾病。

实验结果：

与没有相邻海草草甸的珊瑚礁相比，有相邻海草草甸的珊瑚礁总体患病率低50%。白化病和黑带病的发病率显著降低。即海草草甸的存在可降低珊瑚白化病和黑带病的发生。

分析：

白化病、黑带病都与沉积物有关，沉积物暴露染病机率增加，而靠近海草草甸，沉积物被滞留，因此，染病机率降低。

结论三：海草草甸的存在可降低珊瑚白化病和黑带病的发生。

总结与讨论

海草草甸能显著减少细菌负荷，对人类和环境中的其他生物都有好处。造礁珊瑚的疾病爆发成为全球珊瑚礁退化的一个重要驱动因素，加勒比海和印度洋-太平洋地区的造礁珊瑚损失率约为 50%至 80%。例如，从污水中分离出的一种细菌病原体粘质沙雷氏菌与目前美国濒危物种名单上的两种主要造礁珊瑚的减少，以及随后从以珊瑚为主的珊瑚礁向藻类为主的珊瑚礁的生态阶段转变有关。

海草草甸对降低珊瑚礁疾病发生涉及的确切机制需要进一步研究，海草草甸的沉积物滞留作用可能在改善疾病方面发挥不可或缺的作用。但无论所涉及的具体机制如何，减轻珊瑚疾病对于生活在珊瑚礁 30 公里范围内的 2.75 亿人的福祉和生计至关重要，并且对在珊瑚礁栖息的物种也有直接好处。

来源：science、海洋与生命-李继瑶、钟雨洁