海带藻际细菌群落与固氮菌的昼夜节律研究：揭示有氧固氮新机制

本研究首次揭示了海带（Saccharina japonica）藻际微生物群落的昼夜动态规律，通过16S rRNA/nifH基因测序与代谢组学分析，发现细菌群落结构呈现显著时间分异，并突破性地观测到固氮基因（nifH）在午间高氧环境下的表达高峰，由PVC超门类群（如Pontiella）和蓝细菌（Scytonema）主导，挑战了传统固氮酶氧抑制理论，为藻-菌互作机制和可持续海带养殖提供了新见解。

　　

亮点 (Highlights)

藻际细菌群落组成和代谢谱的昼夜变化

通过16S rRNA测序发现，海带表面细菌群落的多样性和组成存在显著的时间波动（图1a, b）。在所有样本中，变形菌门（Proteobacteria）主导了藻际微生物区系（相对丰度96%），其次是拟杆菌门（Bacteroidota，3.5%）和浮霉菌门（Planctomycetota，0.3%）。平均而言，α多样性指数（Chao和Shannon）在三个时间点间表现出差异，在早晨达到峰值（上午8点：Chao指数 = 64.0 ± 18.1；Shannon指数：2.9 ± 0.1），并在中午（中午12点：Chao指数 = 41.1 ± 11.0；Shannon指数：2.3 ± 0.3）急剧下降。

海带藻际的时间生态位分化

我们的研究揭示了海带藻际微生物组中存在一个紧密耦合的昼夜节律，这反映了藻类在光合作用和呼吸作用之间的代谢转换。细菌α多样性的早晨峰值（上午8点：Chao指数 = 64.0 ± 18.1；Shannon指数：2.9 ± 0.1）与光合作用的开始时间重合，此时异质性的渗出物（如脂肪酸）为广谱性类群创造了短暂的生态位（图4）。随后中午多样性的崩溃（Chao指数：41.1 ± 11.0；Shannon指数：2.3 ± 0.3）则与宿主光合作用活性达到顶峰、渗出物组成均一化（以碳水化合物为主）以及氧化应激加剧相一致，这有利于具有特殊适应性的耐受类群。

结论 (Conclusion)

本研究揭示了海带藻际微生物基于日光采样的昼夜节律，这些节律与藻类的代谢周期同步。细菌群落的组装反映了时间生态位分化，代谢多能的变形菌门（Proteobacteria）在波动的渗出物环境下占据主导地位。固氮酶活性在富氧中午时分的悖论性峰值挑战了经典模型，表明海带相关固氮菌存在新的适应机制。我们提出两个关键机制：