在极度贫营养的海洋环境中，微生物通过在无机磷和有机磷之间进行代谢转换来维持自身的活性

《Scientific Reports》：Metabolic switching between inorganic and organic phosphorus sustains microbial activity in an ultraoligotrophic ocean

　　

摘要

磷的稀缺限制了贫营养海洋中某些区域的微生物活动，但溶解有机磷（DOP）对微生物磷需求的支撑程度仍然不明确。在这项研究中，我们利用放射性标记示踪剂，在冬季对地中海东部超贫营养海域的沿海至近海水域进行了考察，并通过一系列定向微宇宙实验，量化了PO₄和DOP化合物腺苷三磷酸（ATP）的浓度、周转时间及吸收动力学。结果表明，表层水中的PO₄浓度处于纳摩尔水平，而ATP浓度则处于皮摩尔水平。周转时间显示这两种磷的形式都存在快速循环现象，其中近海站点的PO₄周转速度最快，且对DOP的依赖性更强，这体现在较高的ATP/PO₄周转比上。动力学实验表明，环境中的PO₄浓度接近群落水平吸收的半饱和常数（K_m），说明PO₄的供应存在严重限制；而环境中的ATP浓度低于其半饱和浓度，表明作为易分解的DOP来源，ATP的可用性也受到严重限制。每日细胞特异性吸收率数据显示，在所有站点中，DOP的吸收量等于或超过了PO₄的吸收量（DOP/PO₄比值≥1）。营养物质的处理实验揭示了微生物具有很强的“代谢灵活性”：添加PO₄会抑制DOP的吸收，而撒哈拉沙漠尘埃主要能刺激DOP的吸收。这些结果表明，微生物群落会根据底物的可用性动态调整其磷的获取策略。我们提出，在无机磷和有机磷之间切换是一种普遍的适应机制，使微生物群落在极端营养匮乏的情况下仍能维持其活性，这对正在发生环境变化的贫营养海洋中的营养循环具有重要意义。