在急性缺氧和硫化氢污染条件下，黑海双壳类软体动物Anadara kagoshimensis（Tokunaga, 1906）呼吸表面的微生物群落及其组织能量代谢特征

《Aquatic Ecology》：Microbial community of respiratory surfaces and features of tissue energy metabolism in the Black Sea bivalve mollusk Anadara kagoshimensis (Tokunaga, 1906) under conditions of acute hypoxia and hydrogen sulfide contamination

贝类呼吸表面微生物群落受溶解氧和硫化氢影响显著，高throughput测序揭示normox条件下以Stenotrophomonas为主（85%），代谢显示Anaerobic特征；急性缺氧时Vibrio/Listonella占优，发酵途径增强，抑制宿主糖乳酸代谢；硫化氢暴露下Arcobacteraceae增殖，维持宿主呼吸链功能。

　　

摘要

本研究首次利用16S rRNA基因的高通量测序技术，分析了双壳类软体动物Anadara kagoshimensis（Tokunaga 1906）呼吸表面的微生物组系统发育组成。研究发现，微生物群落的质和量在短时间内（两天内）发生了显著且快速的变化。这些变化受到环境中溶解氧含量和硫化氢存在的影响。此外，观察到的变化还影响了A. kagoshimensis组织内的代谢途径。在常氧条件下（6.9–8.2 mg O₂ l^?1），该软体动物呼吸表面的微生物组主要由属于Stenotrophomonas属（Xanthomonadaceae科）的微生物组成，这类微生物为需氧、过氧化氢酶阳性、具有运动能力的水解细菌，能够积极消耗氧气。然而，在常氧条件下，其鳃部的代谢方式为厌氧代谢，这一现象通过该组织中乳酸脱氢酶（LDH）活性高于其他组织（足部、肝胰腺）以及乳酸含量高而葡萄糖含量低得到证实。在急性缺氧条件下（0.22–0.50 mg O₂ l^?1），A. kagoshimensis呼吸表面的微生物组以兼性厌氧微生物为主，主要包括Vibrio和Listonella属细菌。这些细菌在厌氧条件下的主要代谢方式为发酵过程，会产生多种有机酸衍生物。在急性缺氧条件下，A. kagoshimensis组织中的葡萄糖-乳酸代谢受到抑制，这一结论通过LDH和苹果酸脱氢酶（MDH）活性的下降得到证实，同时组织中的丙酮酸、乳酸和葡萄糖含量与对照组相比没有变化。缺氧还导致所有组织中琥珀酸脱氢酶（SDH）活性升高，这可能是因为SDH抑制剂草酰乙酸的含量减少。暴露于硫化氢（6 mg S²? l^?1；0.10–0.50 mg O₂ l^?1）环境中时，呼吸组织微生物组中以微嗜氧的硫化物氧化微生物为主，主要包括属于Arcobacteraceae科（Pseudarcobacter、Halarcobacter和Arcobacter属）的细菌。在这种条件下，软体动物的葡萄糖-乳酸代谢途径完全被抑制。暴露于硫化氢的A. kagoshimensis鳃部中SDH的活性与对照组相比没有显著变化，这一发现表明能够氧化还原硫酸盐化合物的微生物具有保护作用。因此，在受到硫化氢污染的软体动物中，线粒体呼吸链的功能得以维持。

本研究首次利用16S rRNA基因的高通量测序技术，分析了双壳类软体动物Anadara kagoshimensis（Tokunaga 1906）呼吸表面的微生物组系统发育组成。研究发现，微生物群落的质和量在短时间内（两天内）发生了显著且快速的变化。这些变化受到环境中溶解氧含量和硫化氢存在的影响。此外，观察到的变化还影响了A. kagoshimensis组织内的代谢途径。在常氧条件下（6.9–8.2 mg O₂ l^?1），该软体动物呼吸表面的微生物组主要由属于Stenotrophomonas属（Xanthomonadaceae科）的微生物组成，这类微生物为需氧、过氧化氢酶阳性、具有运动能力的水解细菌，能够积极消耗氧气。然而，在常氧条件下，其鳃部的代谢方式为厌氧代谢，这一现象通过该组织中乳酸脱氢酶（LDH）活性高于其他组织（足部、肝胰腺）以及乳酸含量高而葡萄糖含量低得到证实。在急性缺氧条件下（0.22–0.50 mg O₂ l^?1），A. kagoshimensis呼吸表面的微生物组以兼性厌氧微生物为主，主要包括Vibrio和Listonella属细菌。这些细菌在厌氧条件下的主要代谢方式为发酵过程，会产生多种有机酸衍生物。在急性缺氧条件下，A. kagoshimensis组织中的葡萄糖-乳酸代谢受到抑制，LDH和苹果酸脱氢酶（MDH）活性的下降以及组织中丙酮酸、乳酸和葡萄糖含量与对照组相比没有变化，进一步证明了这一点。缺氧还导致所有组织中琥珀酸脱氢酶（SDH）活性升高，这可能是因为SDH抑制剂草酰乙酸的含量减少。暴露于硫化氢（6 mg S²? l^?1；0.10–0.50 mg O₂ l^?1）环境中时，呼吸组织微生物组中以微嗜氧的硫化物氧化微生物为主，主要包括属于Arcobacteraceae科（Pseudarcobacter、Halarcobacter和Arcobacter属）的细菌。在这种条件下，软体动物的葡萄糖-乳酸代谢途径完全被抑制。暴露于硫化氢的A. kagoshimensis鳃部中SDH的活性与对照组相比没有显著变化，这一发现表明能够氧化还原硫酸盐化合物的微生物具有保护作用。因此，在受到硫化氢污染的软体动物中，线粒体呼吸链的功能得以维持。