科技日?qǐng)?bào)訊 (記者王健高 實(shí)習(xí)記者宋迎迎 通訊員劉佳 張?jiān)龌?近日，記者從中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所(以下簡(jiǎn)稱青島能源所)獲悉，該研究所張永雨研究員帶領(lǐng)的海洋碳匯與能源微生物研究組進(jìn)行的新研究，揭示了海洋聚球藻與異養(yǎng)菌群長(zhǎng)期共存下互利共生的內(nèi)在趨勢(shì)與機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于期刊《科學(xué)進(jìn)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(jí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵貢獻(xiàn)者。聚球藻的生長(zhǎng)代謝除受環(huán)境因素影響外，很大程度上受制于異養(yǎng)細(xì)菌的調(diào)控。

以往的研究揭示了聚球藻與異養(yǎng)細(xì)菌存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的互作關(guān)系。聚球藻與異養(yǎng)細(xì)菌在長(zhǎng)期共存條件下呈現(xiàn)出了互利共生的發(fā)展趨勢(shì)，并能最終建立一個(gè)營(yíng)養(yǎng)自給自足的藻菌微生態(tài)系統(tǒng)。即使在長(zhǎng)達(dá)2—3年內(nèi)無(wú)人為補(bǔ)給營(yíng)養(yǎng)，聚球藻始終能保持很高的細(xì)胞濃度和旺盛的光合固碳活性。

然而，海洋中的藻菌關(guān)系會(huì)受到各種動(dòng)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(guān)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(tuán)隊(duì)在聚球藻與異養(yǎng)菌群長(zhǎng)期互作關(guān)系的研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)人為添加外源營(yíng)養(yǎng)會(huì)破壞聚球藻與異養(yǎng)菌群長(zhǎng)期建立的互利共生關(guān)系。

然而，一旦外源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被耗盡，它們又可逐漸恢復(fù)彼此的代謝共生關(guān)系。科研團(tuán)隊(duì)利用宏基因組、宏轉(zhuǎn)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(guān)系得以重建的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)原因。期間，異養(yǎng)菌群表現(xiàn)出了獨(dú)特的行為策略。這種策略具體表現(xiàn)為趨化性、群體感應(yīng)、生物膜的形成和藻多糖降解能力的增強(qiáng)等。

張永雨表示：“該研究表明，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量對(duì)聚球藻和異養(yǎng)細(xì)菌的共生關(guān)系具有重要影響。”

然而，由于聚球藻和異養(yǎng)細(xì)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(guān)系方向發(fā)展的進(jìn)化適應(yīng)或內(nèi)在傾向，以便能在不利的環(huán)境條件下健康生長(zhǎng)。這可能也正是聚球藻在寡營(yíng)養(yǎng)海洋環(huán)境中依然能保持其重要生態(tài)優(yōu)勢(shì)地位的一種進(jìn)化適應(yīng)策略。