研究揭示藻际微生物在大藻健康养殖及可持续发展中的重要作用

研究揭示藻际微生物在大藻健康养殖及可持续发展中的重要作用

近年来，全球气候变化导致的海洋升温、酸化等不利环境变化，使得大规模海藻病害频发。中国科学院海洋研究所研究团队基于对桑沟湾养殖区的长期监测，揭示了2022年山东威海海带养殖区大规模病害暴发的关键环境因素，并发现了海带藻际微生物在维持海带健康中的重要作用。

具有重要环境和经济效益的近海大藻养殖是一项关键的海洋碳增汇（或负排放）路径。然而，近年来海洋升温、酸化等不利环境变化下大规模海藻病害频发。除环境影响外，栖息在藻际环境中的微生物群落（包括细菌和病毒等）与大藻构成了紧密的共生体，对大藻健康和生长亦具重要调控作用，但目前对此了解甚少。

2022年山东威海海带养殖区暴发了大规模海带病害。研究团队基于对桑沟湾养殖区的长期监测，结合海带模拟培养实验，揭示海水环境参数的骤变（海水光透过率高出正常条件三倍）导致的高光胁迫所引起海带氧化应激和海带藻际细菌群落失调，是诱发当年海带大规模病害的关键环境因素。藻际微生物中机会性致病肠杆菌目（Enterobacterales）细菌出现大幅增殖，对藻酸盐、甘露醇和海带多糖等海带组织结构的降解和携带毒素的毒性作用，导致大面积海带死亡。基于全球微生物组数据的深入分析发现，未来海洋升温和酸化情景下肠杆菌等病原菌的特异性增殖将出现明显增强趋势，预示将对大藻养殖可持续发展产生严重威胁（图1）。

图1 不利环境下海带藻际细菌群落变化及对海带健康影响

同时发现海带藻际环境栖息着极为多样和新颖的病毒群落，仅在海带叶片上即鉴定了超过5千个不同的病毒物种（以噬菌体为主），高达99.7%为未知病毒。这些噬菌体对海带藻际细菌群落平衡具有重要调控作用，进而间接影响海带健康。一些藻际噬菌体中携带叶酸和维生素B12（海带生长因子）的合成基因，是藻际噬菌体参与调控海带生长的另一证据。伴随着海藻碎屑的掉落，藻际噬菌体向外部释放后，也可侵染周围海水和沉积物中的部分微生物宿主，调节周围环境微生物群落结构，并潜在参与藻源有机碳（多糖）降解和海洋碳循环（图2）。

图2 海带藻际病毒群落（噬菌体为主）生态功能与调控作用

相关成果近期发表于The ISME Journal和Environmental Science & Technology。赵久龙和Shailesh Nair分别为第一作者。该研究得到了科技部重点专项、国家自然科学基金、科技部外国青年专家人才工程项目、国家资助博士后人员计划等的资助。

本文原文来自中国科学院海洋研究所