黄海冷水团养殖区沉积物中氨氧化微生物(amoA)基因的时空动态及其环境驱动机制

本研究针对深海水产养殖环境中氨氧化微生物(AOA/AOB)群落动态不清的问题，通过高通量测序和qPCR技术，揭示了黄海冷水团(YSCWM)养殖区沉积物中氨单加氧酶基因(amoA)的时空分布规律。研究发现AOB具有更高的OTU丰富度，其群落构建以随机过程为主(R2=88.6%)，而AOA更易受底水温度和沉积物碳含量等环境因子调控(R2=61.3%)。该成果为深海养殖系统氮循环稳定性评估提供了重要理论依据。

　　

在浩瀚的海洋深处，隐藏着地球上最庞大的微生物王国——海洋沉积物。这些肉眼不可见的微小生命，通过氨氧化作用将有毒的氨(NH₄
⁺
-N)转化为硝酸盐(NO₃
^-
-N)，如同自然界的"解毒大师"，维系着海洋氮循环的平衡。然而，随着全球水产养殖向深海进军，投喂的残饵和鱼类排泄物正在悄然改变着这片微生物乐园的生态格局。特别是在中国黄海冷水团(YSCWM)这个独特的深海环境中，低温、高溶解氧的条件使其成为三文鱼养殖的理想场所，但关于这里氨氧化微生物的"生活状态"却始终是个未解之谜。

为了揭开这个科学谜题，中国海洋大学的研究团队在"深蓝1号"养殖网箱周边展开了一项为期8个月的微生物普查。研究人员采用定量PCR(qPCR)测定amoA基因拷贝数，结合Illumina高通量测序技术，对4个采样点在不同季节的沉积物样本进行深度分析。通过构建中性群落模型(NCM)和生物指示物种分析，首次系统揭示了YSCWM养殖区氨氧化微生物的时空动态规律。

Alpha多样性分析
研究共获得366个AOA和510个AOB操作分类单元(OTU)。Venn图显示AOA在4月达到OTU峰值(217个)，而AOB在8月最为丰富(284个)。值得注意的是，82个AOA OTU(占总数22.4%)和158个AOB OTU(31.0%)在所有采样时间点持续存在，表明AOB群落具有更强的时空稳定性。

群落组成与amoA基因丰度
绝大多数AOA归属于Nitrosopumilus属，而AOB主要聚集在Nitrosomonas属。amoA基因拷贝数在12月达到峰值，且AOB的基因丰度普遍高于AOA。环境因子分析揭示，底水温度和沉积物碳含量是调控AOA群落的关键参数，而AOB分布则表现出更强的随机性特征。

群落构建机制
中性模型分析显示，AOB群落的构建88.6%由随机过程驱动，而AOA群落61.3%受环境选择影响。尽管在所有样本中均检测到AOA和AOB的生物指示物种，但未发现与养殖活动直接相关的特异性指标。

这项发表在《Regional Studies in Marine Science》的研究，首次阐明了YSCWM特殊环境条件下氨氧化微生物的生态适应策略。研究发现AOA如同"环境哨兵"，其分布格局敏锐响应着温度、碳源等环境变化；而AOB则更像"机会主义者"，通过随机扩散占据生态位。这种差异为预测深海养殖活动对氮循环的影响提供了重要标尺——当环境剧烈波动时，AOA主导的氨氧化过程可能首当其冲，而AOB驱动的氮转化则相对稳定。该成果不仅填补了深海养殖生态系统微生物研究的空白，更为制定YSCWM可持续养殖策略提供了科学依据，对于平衡水产生产与生态保护具有重要指导价值。