科技日報訊 (記者王健高 實習記者宋迎迎 通訊員劉佳 張增虎)近日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所(以下簡稱青島能源所)獲悉，該研究所張永雨研究員帶領的海洋碳匯與能源微生物研究組進行的新研究，揭示了海洋聚球藻與異養(yǎng)菌群長期共存下互利共生的內在趨勢與機制。相關研究結果發(fā)表于期刊《科學進展》。

聚球藻作為一種數(shù)量眾多、遍布全球海洋的原核藻類，是海洋初級生產力的關鍵貢獻者。聚球藻的生長代謝除受環(huán)境因素影響外，很大程度上受制于異養(yǎng)細菌的調控。

以往的研究揭示了聚球藻與異養(yǎng)細菌存在著錯綜復雜的互作關系。聚球藻與異養(yǎng)細菌在長期共存條件下呈現(xiàn)出了互利共生的發(fā)展趨勢，并能最終建立一個營養(yǎng)自給自足的藻菌微生態(tài)系統(tǒng)。即使在長達2—3年內無人為補給營養(yǎng)，聚球藻始終能保持很高的細胞濃度和旺盛的光合固碳活性。

然而，海洋中的藻菌關系會受到各種動態(tài)變化的環(huán)境因素干擾。聚球藻與異養(yǎng)菌群的這種互利共生關系在各種環(huán)境因素干擾中能否保持穩(wěn)定、能否重現(xiàn)尚不清楚。

張永雨團隊在聚球藻與異養(yǎng)菌群長期互作關系的研究基礎上，發(fā)現(xiàn)人為添加外源營養(yǎng)會破壞聚球藻與異養(yǎng)菌群長期建立的互利共生關系。

然而，一旦外源性營養(yǎng)物質被耗盡，它們又可逐漸恢復彼此的代謝共生關系?？蒲袌F隊利用宏基因組、宏轉錄組和^15N同位素示蹤等方法揭示了異養(yǎng)菌固氮是藻菌共生關系得以重建的關鍵驅動原因。期間，異養(yǎng)菌群表現(xiàn)出了獨特的行為策略。這種策略具體表現(xiàn)為趨化性、群體感應、生物膜的形成和藻多糖降解能力的增強等。

張永雨表示：“該研究表明，營養(yǎng)物質的化學計量對聚球藻和異養(yǎng)細菌的共生關系具有重要影響?！?/p>

然而，由于聚球藻和異養(yǎng)細菌已共存數(shù)十億年之久，它們可能已經(jīng)建立了朝著互利共生關系方向發(fā)展的進化適應或內在傾向，以便能在不利的環(huán)境條件下健康生長。這可能也正是聚球藻在寡營養(yǎng)海洋環(huán)境中依然能保持其重要生態(tài)優(yōu)勢地位的一種進化適應策略。