河口沉积物中稀有厌氧氨氧化细菌的关键生态角色及其群落构建机制解析

本研究针对河口及近海沉积物中厌氧氨氧化(anammox)细菌群落构建机制不明的科学问题，通过高通量测序技术系统分析了长江口(CJE)、瓯江口(OJE)、九龙江口(JLE)及南海(SCS)沉积物中anammox细菌的多样性、群落结构和种间关系。研究发现Candidatus Scalindua为优势菌属且呈现显著系统发育多样性，稀有物种通过生态漂变和扩散限制等过程维持群落稳定性，其网络枢纽作用对生态系统功能至关重要，为理解海洋氮循环微生物的适应机制提供了新视角。

　　

氮素作为海洋初级生产力的限制性营养元素，其循环过程长期受到学界关注。自20世纪90年代厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, anammox)途径被发现以来，这种将铵盐(NH₄⁺)和亚硝酸盐(NO₂^-)直接转化为氮气(N₂)的微生物过程，彻底改变了人们对海洋氮损失机制的认识。然而在人类活动加剧的背景下，河口区域氮素输入量激增导致水体富营养化，这些特殊环境中anammox细菌如何形成稳定的功能群落？稀有物种在生态网络中扮演何种角色？这些问题成为当前微生物生态学研究的重要空白点。

厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室的研究团队在《Marine Life Science》发表的研究中，创新性地对中国三大河口（长江口、瓯江口、九龙江口）和南海海域的沉积物展开系统研究。通过采集45个不同深度的沉积物样本，研究人员运用16S rRNA基因高通量测序技术解析anammox细菌群落结构，结合环境参数测定、零模型分析和共现网络构建等方法，首次揭示了稀有物种在anammox细菌群落构建中的关键作用。

技术方法层面，研究团队采用AA3营养盐自动分析仪测定孔隙水中的NH₄⁺、NO₂^-和NO₃^-浓度，通过Brod541F/Amx820R引物扩增anammox细菌16S rRNA基因片段。运用QIIME 2平台进行OTU聚类和α多样性分析，基于βNTI和RC_bray指数量化群落构建过程，并采用Gephi软件构建共现网络识别关键物种。

研究结果部分，在"Highly diverse anammox bacteria in estuarine environments"章节中发现，九龙江口(JLE)沉积物具有最高的Shannon多样性指数(2.77)和铵盐浓度(628.33 μmol/L)，其网络稳定性显著优于其他区域。系统发育分析显示，Candidatus Scalindua在南海沉积物中占比高达97.2%，且形成包括Candidatus Scalindua marina、Candidatus Scalindua sorokinii等6个明显分支的进化簇。

"Deterministic and stochastic processes together shape the anammox bacterial community"部分通过零模型分析揭示，生态漂变(Drift)对整体群落的贡献率达90%，而环境选择仅在瓯江口(OJE)表现出显著影响。特别值得注意的是，有机碳和NH₄⁺浓度分别与长江口和瓯江口的群落结构变化呈现显著相关性。

关于稀有物种的作用，"Drift, dispersal limitation, and heterogeneous selection dominate the assembly of the rare anammox bacteria"章节指出，条件稀有类群(CRT)主要受扩散限制(37.2%)和异质选择(30.3%)驱动。共现网络分析显示，稀有物种在模块中占比达64-91%，其中OTU130（Candidatus Brocadia）作为网络枢纽在九龙江口生态网络中发挥核心作用。

研究结论强调，Candidatus Scalindua通过表达高亲和力NH₄⁺转运蛋白和金属氧化物还原能力，展现出独特的生态适应性。该研究首次证实稀有anammox细菌通过"种子库"效应维持群落功能弹性，其周期性丰度变化可能响应环境波动。这些发现为预测富营养化背景下海洋氮循环微生物的响应模式提供了理论框架，对近海生态系统管理具有重要指导意义。