铜绿微囊藻与斜生栅藻竞争机制及共生微生物群落动态研究

《Algal Research》：Photosynthetic advantage promotes Microcystis competitiveness against Scenedesmus: Synchronized dynamics and structure shifts in symbiotic microbiomes

来自中国的研究人员研究铜绿微囊藻（M. aeruginosa）与斜生栅藻（S. obliquus）竞争，发现其相互抑制生长，且共生微生物群落同步变化，为水华预测等提供依据。

　　微囊藻（Microcystis）因营养价值低且产生蓝藻毒素，威胁着水生生态系统。尽管人们知道在营养限制下，微囊藻的光合作用会增强，但种间竞争在驱动其光生理适应方面的作用仍不明确。实地观察显示，与微囊藻相关的共生微生物群落会随着藻类优势地位的转变而同步重构，然而在实验室竞争系统中其动态变化却鲜为人知。研究人员调查了受控竞争条件下铜绿微囊藻（M. aeruginosa）与斜生栅藻（S. obliquus）的相互作用，结果发现：（1）斜生栅藻的存在引发铜绿微囊藻的光合作用上调；（2）两种藻类的比生长速率和承载能力相互抑制，且铜绿微囊藻对斜生栅藻的抑制作用更强；（3）共生微生物群落的结构和组成随着铜绿微囊藻优势地位的增强而同步变化；（4）与铜绿微囊藻相关的细菌，包括红杆菌属（Rhodobacter）、卟啉杆菌属（Porphyrobacter）和甲基 ophilus 属，其相对丰度随着铜绿微囊藻优势地位的增强而逐渐增加。这些结果表明，增强的光合作用有助于铜绿微囊藻在与斜生栅藻的竞争中占据优势，同时也强调了共生微生物群落的同步动态变化，这与在自然水体中观察到的模式相似。该研究为蓝藻演替提供了新的见解，为水华预测和微生物管理策略提供了参考。

藻类及其培养：铜绿微囊藻M. aeruginosa WZU - 52 和绿藻斜生栅藻S. obliquus WZU - 26 最初从太湖（120.128 E，30.949 N）分离得到，太湖每年都会发生微囊藻水华。这两种藻类在光学显微镜下通过毛细管法纯化得到单克隆菌株。为防止外源微生物污染，每种藻类都在高压灭菌的 BG - 11 培养基中培养，并置于光照培养箱中，荧光光照强度为 50 μmol 光子?m^?2·s。

斜生栅藻和铜绿微囊藻的丰度动态、比生长速率和承载能力：将具有不同初始丰度的绿藻斜生栅藻和铜绿微囊藻共培养，以研究它们的竞争相互作用。结果显示，与铜绿微囊藻共培养的斜生栅藻最终丰度不超过 2×10⁷个细胞?mL^?1，而单独培养的斜生栅藻最终丰度约为 3×10⁷个细胞?mL^?1。同样，竞争组中铜绿微囊藻的最终丰度显著低于单独培养时。

讨论：在本研究中，研究结果表明斜生栅藻的竞争压力刺激了铜绿微囊藻的光合活性，在竞争系统中铜绿微囊藻逐渐胜过斜生栅藻。同时，共生微生物群落的结构和组成随着铜绿微囊藻优势地位的变化而同步改变。具体来说，斜生栅藻和铜绿微囊藻的生长和承载能力相互抑制，且铜绿微囊藻对斜生栅藻的抑制作用更强。

结论：该研究揭示了斜生栅藻和铜绿微囊藻的生长和承载能力相互抑制，铜绿微囊藻对斜生栅藻的抑制作用更强。斜生栅藻的竞争压力刺激铜绿微囊藻的光合活性，使铜绿微囊藻在竞争系统中逐渐占据优势。同时，随着铜绿微囊藻优势地位的变化，共生微生物群落的结构和组成同步改变。

作者贡献声明：Zeshuang Wang：撰写 - 评审与编辑、撰写 - 初稿、形式分析、数据整理、概念构思。Zhaowen Hu：验证、数据整理。Zengling Ma：撰写 - 评审与编辑。He Zhang：验证、形式分析。Peng Xiao：形式分析、概念构思。Siyu Yang：形式分析、数据整理。Jun Zuo：撰写 - 评审与编辑、形式分析。Renhui Li：撰写 - 评审与编辑、监督、资金获取、形式分析、概念构思。

利益冲突声明：作者声明他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢：研究人员非常感谢匿名评审人员提出的建设性意见。本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：32371634）、中国博士后科学基金（项目编号：2024M763482）以及中国国家自然科学基金重点研发计划（项目编号：2021YFE0112000）的支持。