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为解决石莼（Ulva）与费氏杆菌（Phaeobacter）共培养中菌量减少问题，研究光照影响，发现交替暗光可优化共培养。
在海洋水产养殖蓬勃发展的当下，却面临着诸多严峻挑战。随着人们对海鲜需求的不断攀升，水产养殖规模日益扩大，但养殖过程中产生的富含营养的废水，未经有效处理便排放，如同给海洋生态环境埋下了一颗颗 “定时炸弹”，极易引发水体富营养化，破坏海洋生态平衡。与此同时，高密度养殖使得鱼类极易受到微生物疾病的侵袭，为了控制病害，养殖户常常使用消毒剂和抗生素，然而这却如同饮鸩止渴，不仅导致抗药性和更具毒性的病原体出现，还可能对人类健康构成潜在威胁。
为了寻找可持续发展的水产养殖新路径，研究人员将目光投向了综合多营养层水产养殖（IMTA）和微生物组操纵技术。IMTA 通过将不同营养级的物种共同养殖，实现了废弃物的资源化利用，既能减少环境污染，又能增加经济效益。石莼（Ulva）因其高效的营养吸收能力，成为 IMTA 系统中处理养殖废水的理想选择，尤其是长囊水云（Ulva ohnoi），它适应性强、生长迅速，还能进行无附着培养，在处理塞内加尔鳎（Solea senegalensis）养殖废水方面表现出色。而微生物组操纵则致力于通过调节有益微生物群落，抑制病原体的生长。费氏杆菌（Phaeobacter）作为一种潜在的益生菌，能够产生抗菌化合物，对多种鱼类病原体具有拮抗作用，在水产养殖中展现出巨大的应用潜力。
此前研究发现，将长囊水云与费氏杆菌 4UAC3 共培养，可降低感染鳗弧菌（Vibrio anguillarum）的大菱鲆（Scophthalmus maximus）幼鱼死亡率，但在共培养规模扩大时，长囊水云表面的费氏杆菌 4UAC3 浓度却会下降，推测这可能与光照强度增加有关。为了深入探究这一现象，来自西班牙海洋研究所在内的多个研究机构的研究人员展开了一项研究，旨在评估光照强度对费氏杆菌 4UAC3 在长囊水云表面定植和维持的影响，研究不同光照条件下长囊水云表面微生物组的变化及其对费氏杆菌 4UAC3 的影响，并优化两者的共培养条件。该研究成果发表在《Journal of Applied Phycology》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，通过 16S rRNA 基因扩增和测序技术，对不同光照条件下长囊水云表面的微生物群落进行分析，从而了解微生物组成和多样性的变化；其次，运用多种统计分析方法，包括方差分析（ANOVA）、非参数检验等，对实验数据进行处理，以确定光照强度对费氏杆菌 4UAC3 浓度、长囊水云生长参数以及微生物群落结构的影响。
研究结果如下：
- 光照对石莼 - 费氏杆菌培养的影响：在长囊水云表面，费氏杆菌 4UAC3 的定植在黑暗条件下浓度最高，且随时间保持稳定，而在光照条件下，尤其是高强度光照，其浓度显著下降，在实验后期甚至无法检测到。在非生物表面，光照对费氏杆菌 4UAC3 的定植没有影响。长囊水云在不同光照强度下（除黑暗外）均能持续生长，在实验结束时，不同光照强度下的干重相似，中等光照下的表面积略高。光照条件下的长囊水云能消耗硝酸盐，且 pH 值在培养前期高于 9，黑暗条件下则几乎不消耗硝酸盐，pH 值较低。细菌群落分析表明，黑暗条件下长囊水云表面的细菌群落结构与光照条件下存在差异，某些属（如 Glaciecola、Maribacter 和 Roseobacter）在高光条件下相对丰度增加。
- 基于光照条件优化石莼 - 费氏杆菌共培养：在实验 3 中，费氏杆菌 4UAC3 定植阶段的光照强度影响其在长囊水云表面的浓度，黑暗条件下定植的菌量在后续培养中保持较高水平，而光照条件下的菌量较低。长囊水云在定植阶段黑暗处理后，后续光照培养时能恢复生长，且高光定植的干重较高，但后期出现较多漂白区域，而黑暗定植的细胞状态更好。细菌群落分析显示，定植阶段黑暗处理的样本中，费氏杆菌 4UAC3 的相对读取丰度最高，且不同光照条件下的细菌群落结构在不同时间点存在差异。在实验 4 中，定植在黑暗中进行，生长阶段改变光照强度，结果发现低光条件下费氏杆菌 4UAC3 的维持时间更长。长囊水云在光照后恢复生长，不同光照强度下的生长参数在不同时间点存在差异。细菌群落分析表明，不同光照条件下的 alpha 多样性在某些时间点存在差异，且不同光照强度影响了一些 ASV 的丰度。
研究结论和讨论部分指出，光照强度的增加会导致费氏杆菌 4UAC3 从长囊水云表面消失，但这并非光照对细菌的直接影响。光照可能通过影响长囊水云的生理活动，改变其周围的化学微环境，如 pH 值升高、活性氧物质（ROS）产生增加等，对费氏杆菌 4UAC3 产生不利影响。同时，光照还可能影响长囊水云表面的微生物群落结构，某些细菌属的增殖可能竞争了费氏杆菌 4UAC3 的生存空间。为了优化长囊水云与费氏杆菌 4UAC3 的共培养，研究人员提出在共培养过程中交替使用黑暗和低光照条件，例如黑暗定植 7 天，低光培养 7 天，这样既能增加费氏杆菌 4UAC3 的定植和维持，又不影响藻类生物量的产生，还能防止藻类漂白和光合应激。此外，减少藻类的适应期也可能有助于提高费氏杆菌在长囊水云表面的定植。
这项研究为优化基于石莼和费氏杆菌的鱼 - 藻 IMTA - RAS 系统提供了重要依据，有助于推动可持续水产养殖的发展，为解决水产养殖面临的环境和健康问题开辟了新的途径。
