藻類(lèi)是海洋生態(tài)系統(tǒng)中極為重要的初級(jí)生產(chǎn)者，同時(shí)也是海洋食物鏈的基礎(chǔ)。藻華現(xiàn)象作為海洋浮游植物增殖的短暫事件，全球每年常有發(fā)生，往往占地?cái)?shù)千平方公里。在藻華結(jié)束時(shí)，大部分藻類(lèi)固定的碳會(huì)通過(guò)草食性捕食者或異養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行代謝循環(huán)，一小部分會(huì)沉降到深海中。藻華現(xiàn)象的終止影響著相關(guān)微生物種群和碳的循環(huán)，病毒感染是導(dǎo)致藻華停止的常見(jiàn)原因。然而，目前仍然缺乏對(duì)病毒如何在藻華期間改變微生物組成和影響碳的循環(huán)進(jìn)行定量評(píng)估。同時(shí)，海洋藻華的不可預(yù)測(cè)性使得在高時(shí)間分辨率下監(jiān)測(cè)其微生物演替具有一定的挑戰(zhàn)性，而中型生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)由于接近海洋微生物生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此是研究浮游生物生態(tài)學(xué)的一個(gè)重要手段。

 

該文章于2023年1月發(fā)表在Nature Communication雜志，作者來(lái)自于以色列魏茨曼科學(xué)研究所植物與環(huán)境科學(xué)系，為了定量的研究病毒感染對(duì)海洋碳流動(dòng)的影響，作者設(shè)計(jì)了一個(gè)中型生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究鈣化微藻的藻華動(dòng)態(tài)過(guò)程，7個(gè)大型的圍欄建在挪威卑爾根附近的一個(gè)峽灣中，內(nèi)部充滿(mǎn)了1.1萬(wàn)升海水，同時(shí)含有自然浮游生物群落，并連續(xù)幾天給予含有氮和磷的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)誘導(dǎo)藻華現(xiàn)象產(chǎn)生，同時(shí)記錄監(jiān)測(cè)過(guò)程中各微生物群落之間的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果顯示，不同圍欄中總病毒載量與宿主（E. huxleyi）和食草動(dòng)物（纖毛蟲(chóng)）的濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，但與微納米浮游生物或細(xì)菌豐度不相關(guān)。

藻華可覆蓋超過(guò)10萬(wàn)平方公里的海洋，占光合浮游植物的75%，其形成的鈣化球石藻外殼對(duì)海洋碳循環(huán)和碳酸鈣的形成有著深遠(yuǎn)的影響。透明胞外聚合顆粒物(transparent exopolymer particles,TEP)是一類(lèi)主要成分為酸性多糖的高黏性有機(jī)微凝膠，TEP是海洋中普遍存在的一種有機(jī)顆粒物,其生產(chǎn)速率可達(dá)海洋初級(jí)生產(chǎn)的5-10%，是海洋顆粒有機(jī)碳(POC)的重要組成部分，除此之外，鈣化產(chǎn)生的顆粒無(wú)機(jī)碳（PIC）對(duì)碳循環(huán)也有著深遠(yuǎn)的影響。因此，為了研究病毒感染對(duì)碳釋放的影響，作者采用芯片技術(shù)來(lái)對(duì)TEP和PIC定量，首先從鈣化外殼中提取多糖，然后使用英國(guó)ArrayJet生物芯片點(diǎn)樣儀進(jìn)行碳水化合物微陣列點(diǎn)樣，樣品點(diǎn)印在0.45微米孔徑的硝化纖維素膜上，每個(gè)樣本一個(gè)重復(fù)，點(diǎn)樣環(huán)境20攝氏度、50%濕度，每個(gè)微陣列使用一種糖特異性單克隆抗體進(jìn)行檢測(cè)，隨后對(duì)結(jié)合信號(hào)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，病毒感染導(dǎo)致球石藻釋放的碳（TEP和PIC）增加2-4倍，見(jiàn)圖。

圖.a.碳水化合物芯片分析，隨著時(shí)間的推移，顆粒有機(jī)質(zhì)（POM）中藻酸鹽和脫氧半乳聚糖的豐度。BAM1、2、6和7為糖特異性單克隆抗體，用于測(cè)量POM提取物中已識(shí)別的多糖表位的相對(duì)豐度；b.TEP建模方案，作為浮游植物數(shù)量和降解速率的函數(shù)，可以預(yù)測(cè)球石藻對(duì)TEP的貢獻(xiàn)；c阿爾新藍(lán)染色測(cè)定TEP的濃度；d.預(yù)測(cè)TEP在每個(gè)袋中的總病毒載量函數(shù)；e.預(yù)測(cè)感染和未感染的球石藻細(xì)胞的TEP分泌量；f.藻華演替過(guò)程中PIC的相對(duì)豐度；g.預(yù)測(cè)球石藻細(xì)胞的PIC在每個(gè)袋中總病毒載量的函數(shù)；h.預(yù)測(cè)感染和未感染的球石藻細(xì)胞PIC的產(chǎn)生量。

綜上所述，在藻華期間，只有高水平的病毒感染，自由生活的細(xì)菌和真核生物種群的組成才會(huì)發(fā)生顯著變化，并且在病毒感染后，真核生物作為有機(jī)物質(zhì)的潛在回收者會(huì)與細(xì)菌進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)球石藻細(xì)胞釋放的酸性多糖和顆粒無(wú)機(jī)碳增加2-4倍，這不僅表明了自然藻華過(guò)程的生物復(fù)雜性，也為病毒感染對(duì)碳循環(huán)的影響提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36049-3

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