循环水养殖系统中粘细菌的生态学意义及其作为异味物质生产者的关键作用

这篇研究首次成功从循环水养殖系统(RAS)中分离出产土臭素(geosmin)的粘细菌(Myxococcota)，鉴定为绿色粘球菌(Myxococcus virescens AT3)和小珊瑚球菌(Corallococcus exiguus AT4)。通过GC-MS和捕食实验揭示：低营养环境显著刺激其土臭素产量(最高达4,800 ag/细胞)，并产生4-甲基-2-庚酮等新型异味化合物；两类菌株能捕食15/16种RAS细菌，证实其对系统微生物组的生态调控作用。研究为RAS异味控制提供了新靶点。

　　

循环水养殖系统中的粘细菌：生态角色与异味产生机制

ABSTRACT

循环水养殖系统(RAS)中鱼类因土臭素(geosmin)和2-甲基异茨醇(2-MIB)积累导致的土腥味问题，是制约产业发展的关键瓶颈。尽管分子研究早提示粘细菌(Myxococcota)可能是RAS中主要的土臭素合成基因(geoA)携带者，但此前从未成功分离。本研究首次从RAS中分离出两株产土臭素的粘细菌——绿色粘球菌AT3和小珊瑚球菌AT4，通过多组学分析揭示了其独特的生态功能与代谢特征。

INTRODUCTION

RAS作为陆基水产养殖的核心系统，长期受土腥味问题困扰。传统认为链霉菌(Streptomyces)是主要致味菌，但欧洲26个RAS的分子检测显示，粘细菌中的堆囊菌属(Sorangium)携带geoA基因的丰度最高。粘细菌以其独特的群体运动、次级代谢产物和复杂生活史闻名，其分离难点在于生长缓慢(需5-30小时倍增)和易被杂菌污染。

MATERIALS AND METHODS

从丹麦鳟鱼RAS采集生物膜样本，采用大肠杆菌划线法和兔粪诱饵法分离菌株。通过全基因组测序(Oxford Nanopore)和ANI分析(>96.4%相似度)鉴定物种。使用VY/2、CTT、A1和TPM四种培养基及RAS原水(RW)培养菌株，通过SBSE-TD-GC-MS定量挥发性有机物(VOCs)，并结合GC-Olfactometry评估异味活性。捕食实验采用CFL琼脂共培养法，观察16株RAS细菌的裂解情况。

RESULTS

1. 菌株特性

   AT3基因组(9.2 Mb, GC含量69.1%)与绿色粘球菌DSM 2260相似度98.85%，菌落呈黄绿色；AT4基因组(10.5 Mb, GC含量69.6%)与小珊瑚球菌NCCRE002高度同源，能形成致密子实体。antiSMASH预测二者含多种抗生素合成基因簇(如珊瑚吡喃素、粘藻素)。

2. 土臭素生产动态

   在低营养的A1培养基和RAS原水中，AT3的细胞特异性土臭素产量达1,600 ng/L，是富营养培养基(VY/2)的8倍。值得注意的是，AT4在RAS原水中产生的新型倍半萜类化合物(GC-O描述为"霉味/土腥味/花香")可能与鱼类异味相关。

3. 捕食网络

   AT3和AT4分别能裂解14/16和15/16种RAS细菌，包括黄杆菌(Flavobacterium)和假单胞菌(Pseudomonas)，但塔希杆菌(Tahibacter)通过未知机制完全抵抗捕食。这种广谱捕食能力暗示粘细菌可能通过"自上而下"调控RAS菌群结构。

4. 异味谱扩展

   除土臭素外，GC-O鉴定出二甲基硫醚(硫磺味)、4-甲基-2-庚酮(森林气息)和3-甲基-1-丁醇(药味)等活性物质。特别是一种推定倍半萜(RI 2,176)在感官评价中表现出与土臭素相当的异味强度。

DISCUSSION

1. 营养胁迫诱导代谢重编程

   与蓝藻和链霉菌不同，粘细菌在低氮磷条件下(如RAS原水含NH₄⁺-N 0.5-0.85 mg/L)反而提升土臭素产量，这可能与其群体感应系统相关。A1培养基中氨基酸限制触发的次级代谢通路激活，为异味控制提供了潜在干预靶点。

2. 生态位竞争优势

   粘细菌通过分泌抗生素(如粘藻酰胺)和胞外酶协同裂解猎物，其产生的土臭素可能作为化感物质驱离线虫等天敌。研究中AT4对假单胞菌的延迟裂解(72小时后)提示猎物可能存在抗性进化。

3. 异味综合治理新视角

   传统RAS净化流程(如停食净化)仅针对土臭素，但本研究发现的多组分异味谱(如硫醚类、吡嗪类)需开发广谱吸附材料。粘细菌作为"微生物工程师"的双重角色——既是顶级捕食者又是异味生产者，提示需重新评估RAS微生态管理策略。

CONCLUSION

该研究突破性地建立了RAS粘细菌培养体系，证实其通过"代谢-生态"双途径影响系统稳定性。未来研究应聚焦：1) 粘细菌群体感应与geoA表达调控关系；2) 新型异味化合物的生物合成通路；3) 基于微生物互作的生物防控技术开发。这些发现为水产养殖的精准异味管理提供了理论基石。