使用酸性囊泡示踪剂来识别亚热带西太平洋沿岸水域中潜在的食细菌生物

《Frontiers in Marine Science》：Using an acidic vesicle tracer to identify potential bacterivores in coastal waters of the subtropical Western Pacific Ocean

本研究在2022年7-8月台湾东北部沿海水域，通过LysoTracker染色结合流式细胞术分选和18S rRNA测序，分析了异养型（HNF）与混合营养型（MNF）纳米浮游生物的群落组成。发现MNF以隐藻、甲藻等为主，HNF以MAST等浮游生物占优，环境因子如温度、盐度显著影响其分布。研究揭示了混合营养生物在低营养温带水域的生态重要性，并指出LysoTracker方法的局限性及未来需结合实验验证。

　　在海洋生态系统中，微生物群落的动态变化对于碳循环和生态系统功能具有深远的影响。其中，以细菌为食的微生物（bacterivores）作为连接浮游细菌与更高营养级生物的重要环节，其生态角色尤为关键。这些微生物不仅影响着有机物的分解和再利用，还在维持海洋食物网的稳定性和多样性方面发挥着重要作用。随着对海洋生态系统研究的深入，越来越多的证据表明，某些微生物具有混合营养策略，既能够通过光合作用获取能量，又能够通过吞噬细菌来补充营养需求。这种混合营养方式（mixotrophy）在低纬度地区尤为常见，尤其是在营养贫乏、水体分层明显的环境中，混合营养微生物展现出更强的生存能力。因此，深入研究这些微生物的组成、功能及其在生态系统中的作用，对于理解海洋碳循环的复杂性以及应对气候变化带来的生态变化具有重要意义。

本研究聚焦于台湾东北部沿海水域的温暖季节（2022年7月和8月），采用多种技术手段对细菌摄食者（bacterivores）的组成进行系统分析。研究中引入了LysoTracker染色技术，这是一种通过检测细胞内酸性囊泡来识别摄食行为的高效方法。结合流式细胞术（flow cytometry）分选和18S rRNA基因扩增子测序技术，研究团队成功地将细菌摄食者分为异养型（heterotrophic nanoflagellates, HNFs）和混合营养型（mixotrophic nanoflagellates, MNFs）两类。这种方法不仅提高了对细菌摄食者分类的准确性，还为揭示其在海洋生态系统中的生态功能提供了新的视角。

研究结果表明，台湾东北部沿海水域的细菌摄食者主要由几个重要的真核生物类群组成，包括Alveolata、Stramenopiles、Opisthokonta、Chlorophyta和Rhizaria。在异养型细菌摄食者中，MAST类群（如MAST-1D、-3C、-4B、-4C、-4D、-4E、-7D和-10）占据主导地位，同时Choanoflagellates（Opisthokonta类群）和Telonemia也表现出显著的丰度。而在混合营养型细菌摄食者中，Cryptophyta、Haptophyta和Chlorophyta类群，如Mamiella、Mantoniella和Tetraselmis，是主要的组成部分。此外，一些非运动型的Chlorophyta，如Chloropicon和Pycnococcaceae类群的成员，也被发现可能具有细菌摄食能力，尽管其吞噬特性仍需进一步实验验证。

研究还揭示了不同营养策略微生物在不同环境条件下的分布特征。例如，在高温和高盐度的7月，某些异养型微生物如Acanthometra和Parvilucifera在背景样本中显示出更高的相对丰度；而在温度和盐度相对较低的8月，MAST-10和Telonemia Group-1则更为突出。这表明，温度和盐度的变化可能显著影响细菌摄食者的组成和活动能力。此外，混合营养型微生物的分布也表现出季节性变化，如7月时Dictyochophyceae和Pelagomonas的丰度较高，而8月则以Cryptophyta和Chlorodendrophyceae为主。这些发现不仅加深了我们对细菌摄食者多样性的理解，也为揭示其在海洋生态系统中的生态功能提供了新的线索。

值得注意的是，尽管LysoTracker染色技术已被广泛应用于检测细菌摄食者，但该方法仍存在一定的局限性。例如，某些非摄食性酸性细胞器（如自噬囊泡）也可能产生类似的荧光信号，导致误判。此外，一些浮游生物（如硅藻）由于其细胞结构的特点，可能被错误地归类为摄食者。因此，研究团队在分析过程中排除了这些可能干扰结果的类群，以确保分类的准确性。同时，研究还指出，尽管某些氯藻（Chlorophyta）类群在实验室条件下表现出细菌摄食行为，但其在自然环境中的摄食能力仍需进一步验证，特别是在实际生态系统中，由于环境因素和营养条件的复杂性，某些物种可能仅在特定条件下才表现出摄食行为。

此外，研究还强调了混合营养策略在海洋生态系统中的适应性价值。在营养贫乏、温度较高的热带和亚热带水域，混合营养微生物能够通过光合作用和细菌摄食的双重途径获取能量，从而在资源竞争中占据优势。这种代谢灵活性使得它们在环境变化中表现出更高的生存能力和生态适应性。然而，目前对这些微生物的研究仍存在一定的空白，尤其是在自然环境中的功能和分布方面。因此，本研究通过结合多种技术手段，不仅提供了更全面的分类信息，还揭示了细菌摄食者在海洋生态系统中的潜在生态意义。

研究结果还表明，尽管18S rRNA基因扩增子测序技术在识别细菌摄食者方面具有高灵敏度和高分辨率的优势，但该方法仍存在一定的局限性。例如，扩增过程中可能会引入偏差，如引物错配、rRNA基因拷贝数的差异以及参考数据库的不完整性等。此外，由于样本数量的限制，研究团队在每个样本中仅对1000个细胞进行分选和测序，这可能影响到对微生物多样性的全面评估。因此，未来的研究需要进一步优化分选策略，并结合其他实验方法（如荧光显微镜观察、定量摄食实验等）来验证细菌摄食者的实际功能。

本研究还探讨了混合营养微生物在海洋生态系统中的生态功能。通过分析不同类群的相对丰度和分布模式，研究团队发现，混合营养微生物在某些情况下可能占据主导位置，尤其是在营养贫乏的环境中。此外，这些微生物的摄食行为可能受到多种环境因素的影响，如光照、营养物质的可利用性以及捕食者的种类组成。因此，理解这些因素如何影响混合营养微生物的活动能力，对于预测其在不同环境条件下的生态行为至关重要。

总体而言，本研究通过综合运用多种现代生物技术手段，揭示了台湾东北部沿海水域中细菌摄食者的组成特征及其生态功能。研究不仅丰富了我们对海洋微生物多样性的认识，还为理解混合营养策略在海洋碳循环中的作用提供了新的数据支持。同时，研究也指出了当前研究方法的局限性，并提出了未来研究的方向，包括进一步验证混合营养微生物的摄食能力、优化分选技术以提高分类准确性以及结合多种实验方法以全面评估其生态功能。这些发现对于推动海洋生态学的发展，以及应对全球气候变化对海洋生态系统的影响具有重要的科学价值和应用前景。