非典型冬季期间微生物群落动态与生态相互作用 在渤海南部莱州湾，Cerataulina pelagica（硅藻门）出现了大量繁殖现象

《Marine Environmental Research》：Microbial community dynamics and ecological interactions during an atypical winter Cerataulina pelagica (Bacillariophyta) bloom in Laizhou Bay, southern Bohai Sea

在莱州湾冬季首次硅藻赤潮事件中，通过大尺度巡航调查和一年期连续观测，结合16S和18S rRNA高通量测序及共现网络分析，揭示了微生物群落动态与环境因子的关联。研究显示赤潮期间浮游植物优势种从绿藻、甲藻转为硅藻，细菌群落α多样性显著下降，优势菌群包括α-变形菌（红球菌科）、放线菌门（放线菌科、微球菌科）等。环境参数中温度、盐度及营养盐（DIN/DIP）对微生物群落结构有显著影响，赤潮期间代谢功能以光养、化养及氮硫代谢为主，共现网络显示微生物间存在正向关联。揭示了异常冬季赤潮中微生物群落结构与功能的时空演变规律及驱动机制。

　　在海洋生态系统中，浮游植物扮演着至关重要的角色，它们作为初级生产者，对生物地球化学循环具有显著的推动作用。然而，某些浮游植物种类在特定条件下会引发有害藻华（HABs），对海洋生态环境和人类健康造成负面影响。近年来，全球范围内藻华事件的发生频率显著上升，这种现象不仅受到生物因素（如竞争、捕食和共生关系）的影响，还与非生物因素（如营养物质和气候变化）密切相关。随着研究的深入，科学家们逐渐认识到微生物群落，尤其是浮游植物与细菌之间的相互作用，在维持生态平衡和调节藻华动态方面发挥着关键作用。

本研究聚焦于中国渤海湾南部的莱州湾（LZB），该区域由于黄河流域等多条河流的持续淡水输入，其生态系统受到显著影响。莱州湾近年来因水体富营养化而面临严重的生态退化问题，尤其是在营养物质的组成方面，呈现出高氮低磷的特征，并且存在明显的磷限制现象。这种独特的营养结构为藻华的形成提供了条件，同时也影响了微生物群落的组成和功能。此外，莱州湾对河流输入的响应尤为敏感，这使得其在极端天气事件（如台风和强降雨）之后容易发生藻华。2021年11月至2022年2月，莱州湾首次出现了以硅藻 *Cerataulina pelagica* 为优势种的冬季藻华，这一事件对当地水产养殖业造成了显著的经济损失。

为了深入探讨藻华期间微生物群落的变化及其生态影响，本研究通过开展三次大规模的巡航调查（夏季、秋季和冬季）以及为期一年的连续监测（包括控制期、藻华前、藻华期和藻华后），结合16S和18S rRNA基因的高通量测序技术，分析了藻华期间微生物群落的动态变化。研究发现，无论是大规模调查还是长期监测，藻华期间微生物多样性均呈现下降趋势。这种多样性降低可能是由于环境条件的剧烈变化，导致某些微生物种类无法适应而减少，同时藻华期间的特定微生物可能占据主导地位，从而改变了整个群落的结构。

在大规模调查中，藻华发生前后，浮游植物的优势类群发生了显著变化。藻华发生前，绿藻门（Chlorophyta）和甲藻门（Dinoflagellate）占据主导地位，而在冬季藻华发生后，硅藻门（Bacillariophyta）中的 *Cerataulina* 成为主要的浮游植物种类。这一变化反映了环境条件对浮游植物群落结构的深刻影响，特别是在营养物质供应和水温变化的驱动下，某些物种能够迅速占据生态位并形成优势种群。与此同时，研究还发现，在藻华期间，某些细菌类群的丰度显著增加，例如α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）中的红杆菌科（Rhodobacteraceae）和I类菌群（Clade I），以及放线菌门（Actinobacteriota）中的放线菌科（Actinomarinaceae）和微杆菌科（Microbacteriaceae）。这些细菌类群可能在藻华期间通过不同的代谢途径，如光合自养、化能异养以及氮和硫的代谢，参与生态系统的物质循环和能量流动。

在为期一年的连续监测中，研究进一步揭示了藻华期间微生物群落的动态变化。藻华高峰期，红杆菌科和拟杆菌门（Bacteroidota）中的黄杆菌科（Flavobacteriaceae）成为主要的细菌类群，而在藻华衰退阶段，微杆菌科则逐渐增加。这种变化表明，微生物群落的结构并非静态，而是随着藻华的发展阶段和环境条件的波动而不断调整。此外，环境因素（如温度、盐度和营养物质）在藻华期间对微生物群落的影响尤为显著。研究发现，随着季节变化，莱州湾的盐度和温度均发生显著变化，这些因素可能直接影响微生物的生存和繁殖，从而改变群落的组成。

除了微生物群落的结构变化，本研究还通过共现网络分析（co-occurrence network analysis）揭示了藻华期间微生物群落内部的相互作用模式。分析结果表明，藻华期间微生物群落中存在大量的正相关关系，即某些微生物种类倾向于共同出现，这可能反映了它们之间的共生或协同作用。例如，某些细菌可能依赖于特定的浮游植物作为营养来源，而浮游植物也可能通过与某些细菌的相互作用获得额外的营养支持。这种复杂的相互作用网络对于维持生态系统的稳定性至关重要，同时也可能对藻华的形成和持续产生深远影响。

微生物群落的功能变化同样值得关注。研究发现，藻华期间微生物群落的代谢功能表现出明显的阶段性变化。在藻华高峰期，微生物群落主要以光合自养和化能异养为主，而在藻华衰退阶段，某些代谢途径可能变得更加活跃。例如，氮和硫的代谢可能在藻华初期和中期发挥重要作用，而在藻华后期，随着浮游植物的减少，异养微生物可能在分解有机物和循环营养物质方面占据主导地位。这些功能变化不仅影响了藻华期间的物质循环，还可能对整个生态系统的长期健康产生影响。

本研究的结果表明，莱州湾的藻华现象不仅仅是浮游植物种群的快速增长，更是一个涉及多种微生物类群的复杂生态过程。通过高通量测序技术，研究人员能够更全面地了解藻华期间微生物群落的组成和功能变化，这为未来研究藻华的生态机制提供了重要的数据支持。同时，共现网络分析揭示了微生物群落内部的相互作用模式，这有助于理解藻华期间微生物群落的动态变化及其对生态系统的影响。

在生态学和微生物学领域，微生物群落的动态变化一直是研究的热点。微生物群落不仅影响生态系统的物质循环和能量流动，还可能通过其代谢活动对环境变化产生响应。例如，某些微生物可能在环境条件恶化时迅速繁殖，以适应新的生态位。而在环境条件改善后，它们的丰度可能下降，从而为其他微生物类群的生长腾出空间。这种动态变化使得微生物群落成为生态系统稳定性和恢复力的重要组成部分。

莱州湾的藻华现象为研究微生物群落的动态变化提供了独特的案例。由于该区域的特殊地理位置和水文条件，莱州湾的生态系统对环境变化非常敏感。这种敏感性使得研究人员能够更清晰地观察到微生物群落在不同环境条件下的响应模式。例如，在冬季异常洪水和温暖气候的共同作用下， *Cerataulina pelagica* 藻华得以形成，并对当地生态和经济产生了显著影响。通过分析藻华期间微生物群落的变化，研究人员不仅能够理解藻华的形成机制，还能够评估其对生态系统的潜在影响。

此外，研究还发现，微生物群落的稳定性与环境因素密切相关。例如，盐度和温度的变化可能对微生物的生存和繁殖产生直接影响，而营养物质的供应则决定了微生物群落的组成和功能。在莱州湾，由于营养物质的持续输入，尤其是高氮低磷的特征，微生物群落的结构和功能表现出明显的季节性变化。这种变化不仅反映了环境条件的波动，也揭示了微生物群落对环境变化的适应能力。

本研究的意义在于，它为理解藻华期间微生物群落的动态变化提供了新的视角。通过结合大规模调查和长期监测，研究人员能够更全面地分析微生物群落的变化趋势，并揭示其背后的生态机制。此外，共现网络分析的结果表明，微生物群落内部存在复杂的相互作用网络，这种网络的稳定性可能决定了藻华的发生和发展。因此，进一步研究微生物群落的结构和功能变化，对于预测和管理藻华事件具有重要意义。

在实际应用中，微生物群落的动态变化可以作为评估藻华风险的重要指标。例如，某些微生物类群的丰度变化可能预示着藻华的发生，而特定的代谢途径可能与藻华的持续时间和强度有关。因此，通过监测微生物群落的变化，可以为藻华的预警和防控提供科学依据。此外，微生物群落的功能变化还可能影响水体的营养循环和有机物分解，从而对海洋生态系统的健康产生深远影响。

综上所述，莱州湾的冬季藻华事件不仅对当地生态和经济造成了影响，也为研究微生物群落的动态变化提供了重要的机会。通过高通量测序技术和共现网络分析，研究人员能够更深入地了解藻华期间微生物群落的组成、功能和相互作用模式。这些发现不仅有助于揭示藻华的生态机制，还为未来的生态管理和环境保护提供了新的思路和方法。