海洋中藻类与细菌密不可分,具有错综复杂的互作关系(如互利共生、敌对拮抗或竞争抑制等),共同构成了海洋生态系统结构与功能的重要调控者.在藻类细胞周围往往存在着特殊的藻际微环境,其中生存着独特的微生物群落,因此藻际环境成为藻菌相互作用的主战场.藻际环境中细菌群落的构建具有一定的规律.在自然生态系统中,藻菌互作影响赤潮生消动态过程,并在水质修复中具有重要作用潜力.同时,藻类和细菌作为驱动海洋固碳与储碳的主要生物因子,在海洋碳循环中具有尤为重要的作用.本文对海洋中藻菌互作关系的研究现状进行了综述,并在此基础上,对未来研究提出了几点展望.例如,目前对海洋中藻菌关系受病毒的调控作用了解甚少,值得未来深入研究.

近年来, 微生物群落在水生态系统中的结构和功能受到了越来越多的关注.在富营养化水体中细菌在微囊藻水华的发生、发展及衰亡、降解过程中发挥着重要的作用.文章总结了水体中微囊藻与细菌独有的群落结构特征,以及微囊藻与细菌群落对环境因素变化的响应等方面的研究成果.在微囊藻与细菌的相互作用方面, 从藻细胞微环境中附着细菌对微囊藻生长的促进或抑制作用, 细菌在微囊藻群体的形成和维持过程的作用, 细菌参与的微囊藻水华的聚集和降解过程, 细菌对微囊藻毒素的降解作用等方面进行了综述.文章还对未来微囊藻与细菌相互关系的研究热点以及可利用的组学技术等进行了展望.

藻类对促进海洋物质循环、维持水生环境的生态平衡具有重要作用.在藻菌关系中,基于微生物的多样性和重要性,藻类与细菌之间的相互关系成为了研究的热点.藻际(phycosphere)环境是藻菌共生的一种典型生态位(niche),在这一生境中微生物形成的菌胶团(zoogloea consortium)是调控藻菌关系的重要组成部分.以往的研究证明菌胶团具有结构多样性和功能多样性,在维持藻际环境稳定、物质循环和信息交流方面具有重要的生态意义.本文中,笔者以藻际菌胶团为重点,综述其物质基础(物种组成、胞外聚合物类别)、结构特征(生物被膜)以及生态功能,并从化学信号的角度探讨了群体感应信号(quorum sensing)对菌胶团的调节机制.论文旨在梳理菌胶团的形成特点及其在营养摄取、环境抗性、功能维持上的最新进展,并在此基础上提出展望,为未来深入理解藻际菌胶团的生态学机制提供化学生态学思路.

为探明生物结皮演替对结皮层及层下土壤细菌群落结构的影响,采用空间代替时间序列的研究方法,以位于宁东能源化工基地的荒漠草原的不同演替阶段(藻结皮(ZB)、混生结皮(HB)和藓结皮(TB))的生物结皮和其下0～5 cm 土壤为研究对象,通过Illumina NovaSeq PE250平台对细菌16S rRNA的V3-V4高变区进行高通量测序,分析了生物结皮演替过程中结皮层及层下土壤细菌α多样性和β多样性、群落结构及其与土壤理化因子的关系.结果表明:细菌α多样性指数表现出了基本一致的趋势,生物结皮下层0～5 cm 土壤细菌群落的Chao1指数、ACE指数和香农指数均明显高于结皮层,但不同类型生物结皮细菌α多样性差异不显著(P＞0.05);主坐标分析结果表明,不同类型生物结皮下层0～5 cm 土壤中细菌OTUs相近,细菌群落物种组成结构相似;藻结皮和混生结皮细菌群落结构有一定的相似性,而藓结皮与藻结皮、混生结皮差异较大.在门水平上相对丰度最高的5个菌群分别为:放线菌门、变形菌门、酸杆菌门和芽单胞菌门和浮霉菌门,且均表现为下层0～5 cm土壤的优势菌群相对丰度高于结皮层,下层0～5 cm 土壤的特有属和共有属数量多于结皮层.冗余分析结果表明,土壤有效钾、全氮和有效磷是影响生物结皮层细菌群落结构的主要因素,分别解释了 21.4％、18.9％和17.4％的群落结构变化(P＜0.05),而EC是影响结皮层下土壤细菌群落结构的主导因子,解释度为20.5％(P＜0.05).这些结果证实了在生物结皮演替进程中,土壤微生物的发育过程与土壤理化性质的改善相互依存,细菌群落结构组成及多样性的变化可能会促进结皮层理化性质的改善.

藻际环境中,微生物通过营养物质交换和活性物质释放相互作用,进而引发共生、竞争或合作等行为.结合环境条件的影响,藻际环境一般具有稳定而多样的微生态结构.以上行为发生的基础是以信号分子为媒介的微生物胞间通讯作用.本文系统综述了藻际环境的特征、藻际胞间通讯行为以及藻际胞间信号分子的类别与作用机制.特别针对痕量信号分子特性,结合胞间通讯在藻际间作用机制的研究现状,深入论述了革兰氏阴性菌信号分子和微藻植物激素类信号分子对微藻基因表达路径调控的影响与机制.最后,总结了藻际胞间通讯领域的研究局限,并展望了未来亟待突破的研究瓶颈.该综述以期为藻际微生物生态关系研究及微藻生物质能源生产研究提供理论参考.

"细菌-虫黄藻-珊瑚"是生态系统中一对经典的三角关系,其中包含着复杂的物质流、信息流和能量流,三者的平衡与稳定是维护珊瑚礁生态系统健康的重要保障.过去20年里针对共生体交互关系进行了大量研究,并取得了一些重要成果,明确了"细菌-虫黄藻-宿主"三者之间的物质代谢、营养交换以及与环境的交互关系.然而,基于共生系统的复杂性,一些现象背后的机制仍然未被充分揭示,尤其是共生体之间的通讯交流.信号分子介导的相互作用是珊瑚共生体稳态维持和高效运转的内在驱动力.本文以珊瑚共生体系中化学信号为重点,尝试梳理最新的研究进展,包括细菌与细菌、细菌与珊瑚、细菌与虫黄藻以及虫黄藻与珊瑚之间的通讯方式,重点关注了群体感应信号(QS)、二甲基疏基丙酸盐(DMSP)、糖类信号、脂类信号以及非编码RNA.选择性例举了 QS信号介导的微生物协作和竞争、DMSP调节下的细菌和宿主的相互作用,以及环境胁迫下珊瑚和虫黄藻对非编码RNA的响应过程,强调了它们在共生体中的作用模式和生态意义.并对今后的研究重点和可能方向进行了提炼,包括研究维度的扩充、新技术-新方法的应用以及生态模型的构建等,旨在提升对三角关系互作方式的认识,增进对珊瑚共生体的理解,探索基于通讯语言的操纵方式为珊瑚礁生态系统的恢复和保护提供新思路.

水华是全球关注的环境问题,而微囊藻是造成水华的主要藻类.微囊藻消长与水体理化因子和生物因子密切相关,但对感染溶藻菌的噬菌体对微囊藻的调控作用缺乏认识.本研究的目的在于理解微囊藻,溶藻菌及其噬菌体三者间的相互关系.本研究对分离自滇池的微小杆菌噬菌体DCEAV-31进行生物学特征研究,采用微囊藻-微小杆菌-噬菌体共培养体系研究三者间的相互关系.DCEAV-31属长尾噬菌体科,爆发量为28 PFU/cell,宿主域较窄,对温度、pH较敏感,对氯仿、乙醇、蛋白酶K和SDS非常敏感,对Triton X-100不敏感.微囊藻-微小杆菌-噬菌体共培养实验表明噬菌体降低了溶藻菌对微囊藻的溶藻作用,噬菌体也直接抑制了微囊藻的增殖.这些结果表明噬菌体通过裂解溶藻菌或藻际菌调控微囊藻的增殖,为我们理解微囊藻的消长提供了新的视角.

为研究虾急性肝胰腺坏死病(Acute Hepatopancreas Necrosis Disease,AHPND)的发生与环境、病原和虾体免疫间的相互关系,文章对池塘养殖凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)AHPND发生及其环境、病原、虾体免疫因子进行持续性跟踪监测.结果表明,试验点的气温、水温、溶解氧(DO)、pH、盐度、氨氮(NH4-N)和亚硝态氮(NO2-N)波动范围为21—29℃、24.8—31℃、1.4—8.32 mg/L、8—8.91、34—50、0.01—0.26 mg/L和0.005—0.212 mg/L;水体可培养细菌和弧菌数量变化范围为3×103—2.4×105和2×102—1.8×104 CFU/mL,虾体肝胰腺内可培养细菌和弧菌数量变化范围为9.8×104—8.8×106和3.9×103—3.61×106 CFU/g;16S rDNA鉴定结果显示,在可培养优势菌株中,弧菌检出数量达到135株,占全部鉴定菌株的61.6％,其中主要弧菌种类有欧文氏弧菌(Vibrio owensii)、坎贝氏弧菌(V.campbellii)、副溶血弧菌(V.parahaemolyticus)、溶藻弧菌(V.alginolyticus)和哈维氏弧菌(V.harveyi);虾体中ACP、AKP、SOD、LZM和PO等免疫酶活的变化范围分别为7.5—75、1—8.5、2.4—11.07、1.3—43和6.23—28 U/mg.结合AHPND发生前后各理化因子变化的相关性分析表明,水温、虾体肝胰腺内可培养细菌和弧菌数量、DO、LZM和PO可作为池塘养殖模式下对虾警示AHPND的指示因子.相关研究结果为指导池塘养殖凡纳滨对虾健康养殖及AHPND临床防控提供数据支撑和科学依据.

植物和微生物的相互作用可能在植物适应和减缓气候变化中发挥重要功能.初始陆地植物是一种半水生的原始藻类和水生真菌的共生产物,氮沉降会使植物共生微生物群落的组成、多样性和功能发生改变,减少植物和功能微生物之间的潜在联系,引起可预测的功能特征变化,进而对生态系统产生影响.植物共生微生物直接影响植物的生长和生理生态功能,微生物多样性和群落结构与生态系统功能之间的交互作用一直是生态学的关键科学问题之一.系统研究氮沉降对于植物微生物群落功能团的影响以及植物与其共生微生物之间的协同进化关系,对于揭示未来全球变化背景下植物共生微生物对生态系统功能的影响机制及其调控手段具有重要意义.