淡水水库深层水体中新型盾纤类纤毛虫谱系主导纤毛虫群落及细菌捕食作用的研究

本研究针对淡水水库深层低温水体中微生物食物网功能简化的现象，揭示了新型盾纤类纤毛虫(Scuticociliates)作为优势菌食性原生生物的关键生态作用。通过高频采样结合荧光标记细菌(FLB)和定量蛋白银染色(QPS)技术，发现该未描述谱系占纤毛虫总量的82%，贡献98%的细菌捕食量，每日可清除62-74%的原核生物产量。研究首次采用长片段扩增测序解析其系统发育地位，为深层水体微生物能量流动提供了新认知。

　　

在淡水生态系统中，深层低温的hypolimnion（湖下层）长期被视为"微生物荒漠"，这里黑暗寒冷的环境限制了光合生物的存在。然而近年研究发现，这些占水体最大体积的深层区域蕴藏着独特的微生物群落，它们通过复杂的捕食关系维持着生态系统的物质循环。但令人困惑的是，关于hypolimnion中原生生物特别是纤毛虫的生态功能，以及它们如何适应这种极端环境的研究仍存在巨大空白。更关键的是，传统研究方法难以准确鉴定这些微小捕食者的分类地位和摄食特性。

针对这些科学问题，捷克科学院生物学中心水生生物研究所（Biology Centre CAS, Institute of Hydrobiology）的Karel ?imek团队在《The ISME Journal》发表重要成果。研究人员选择中富营养化的Rimov水库作为模式系统，在夏季分层期进行每周三次的高频采样。通过整合多种前沿技术：荧光标记细菌(FLB)测定摄食率、定量蛋白银染色(QPS)进行形态学鉴定、长片段18S rRNA基因测序（约4200bp）分析系统发育关系，并结合DAPI染色和图像分析系统进行细胞计量，首次全面揭示了hypolimnion中微生物食物网的运作机制。

主要技术方法包括：1）高频采样（每周三次）监测理化参数和微生物群落；2）FLB技术量化原生生物摄食率；3）QPS方法进行纤毛虫形态学鉴定；4）长片段18S-ITS-28S测序分析系统发育；5）荧光显微镜和图像分析系统进行细胞计量。

研究结果方面：
"Hypolimnion hosts functionally simplified ciliate communities"部分显示，在稳定的低温（5.8°C）条件下，纤毛虫群落呈现显著的功能简化。一个未描述的盾纤类纤毛虫形态型占群落总量的82%，其摄食率变异系数仅51%，远低于表层水体纤毛虫，反映出对稳定环境的特殊适应。

"Scuticociliates-prominent hypolimnetic ciliate bacterivores"章节通过960个个体测量发现，该纤毛虫平均每小时摄取202±103个原核生物，按体积计算每日可获取相当于自身体积30-40%的食物，支持其4-6天的倍增周期。这种高效的摄食能力使其贡献了纤毛虫总捕食量的98%。

"Community composition of ciliates in hypolimnion"通过QPS分析鉴定出15个纤毛虫类群，但除优势种外，仅Vorticella sp.、Halteria sp.和Rimostrombidium brachykinetum表现出细菌摄食能力。值得注意的是，通常被认为是藻食性的Urotricha globosa在缺乏藻类的hypolimnion中占比达4.8%，暗示其可能转变食性捕食异养鞭毛虫(HNF)。

"Sequence and phylogenetic analysis of scuticociliates"部分通过长片段测序获得45个ASVs，系统发育分析显示36个ASVs形成独立分支，与已知的Ctedoctematidae和Eurystomatellidae科相近但明显分离。这个新发现的进化枝在2016年就被检测到但当时未能分类，其作为微生物网络关键节点的地位首次被确认。

"Morphological identification of the dominant scuticociliate"详细描述了该物种的形态特征：体型卵圆形（17.1×8.5μm），具有独特的镰刀状口器膜和9-10列体动基列，这些特征与Falcicyclidium属相似但存在显著差异，表明这可能是一个新分类单元。

研究结论指出，hypolimnion稳定的低温环境导致了微生物食物网的功能简化，选择出了高度特化的细菌捕食者。这种新型盾纤类纤毛虫通过特殊的摄食策略控制了hypolimnion中62-74%的原核生物产量，在深层水体物质循环中扮演核心角色。其与典型hypolimnetic细菌（如硝化螺菌Nitrosospira、甲基杆菌Methylobacter）的密切关联，暗示了跨营养级的协同进化。该研究不仅首次描述了淡水hypolimnion的关键菌食性纤毛虫，其建立的高分辨率研究方法也为极端环境微生物生态学研究提供了新范式。