亚热带贻贝养殖系统中浮游生物群落稳定性的多组学解析:季节性动态与互作网络的生态机制

【字体: 时间:2025年07月03日 来源:Water Research 11.5

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  针对贻贝养殖系统浮游生物群落稳定性机制不清的问题,研究人员通过1.5年时间序列整合扩增子和宏转录组测序,揭示原核生物与浮游植物的季节性动态规律,发现α-多样性(α-diversity)与群落稳定性关联,并首次阐明5-7月黄杆菌目(Flavobacteriales)、红杆菌目(Rhodobacterales)与甲藻(Dinophyta)的代谢互作高峰,为水产养殖生态调控提供理论框架。

  

在亚热带海域的贻贝养殖系统中,浮游生物群落如同海洋生态系统的"隐形引擎",驱动着碳循环和能量流动。然而,随着长江径流输入加剧富营养化和有害藻华(HABs)频发,加之贻贝滤食活动显著改变有机碳动态,这个特殊生态系统的稳定性机制始终成谜。更棘手的是,气候变化与人类活动双重压力下,浮游微生物的响应规律变得愈发难以预测。为此,自然资源部第二海洋研究所的研究团队在舟山枸杞岛展开了一项历时1.5年的探索,通过多组学手段首次揭示了贻贝养殖系统中微生物群落的生存密码,相关成果发表在《Water Research》上。

研究团队采用扩增子测序解析群落结构,结合宏转录组(metatranscriptomic)技术捕捉功能基因表达动态,对2021-2023年采集的样本进行系统分析。环境参数监测涵盖温度、盐度、溶解氧(DO)等关键指标,网络分析则揭示了微生物间的共现模式。

环境变量的时序变化
数据显示,表层水温在2022年7月达峰值28.4°C,与溶解氧呈显著负相关。盐度受长江冲淡水影响,5-11月持续升高,而总有机碳(TOC)在贻贝收获季(秋季)出现激增,凸显养殖活动对碳循环的调控作用。

群落结构与多样性特征
原核生物群落比浮游植物对环境波动更敏感,其α-多样性夏季显著降低,与群落失稳同步。值得注意的是,蓝菌门(Cyanobacteria)在低温季占优,而变形菌门(Proteobacteria)随温度升高而扩张,暗示温度是群落演替的关键驱动因子。

微生物互作网络
网络分析发现5-7月原核生物-浮游植物互作强度骤增,特别是黄杆菌目与甲藻的共生关联。宏转录组数据进一步显示,夏季代谢相关基因表达达峰,涉及植源性分子降解、植物激素(phytohormones)合成及鞭毛组装等通路,揭示了两者间的"代谢同盟"关系。

讨论与意义
该研究首次构建了贻贝养殖系统浮游生物的动态响应模型,提出α-多样性可作为生态稳定性的预警指标。发现原核生物对浮游植物的功能依赖解释了其低多样性现象,而温度驱动的代谢协作机制为理解气候变化下养殖生态韧性提供了新视角。这些发现不仅为可持续养殖管理提供了科学依据,其创新的多组学框架更为预测自然-人为干扰下的生态响应提供了方法论范式。

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