基于定量稳定同位素探测与纳米二次离子质谱成像的刚毛藻微生物组演替规律与功能研究

《Environmental Microbiology》：Composition, Growth, Succession, and Function in the Cladophora Microbiome: Insights From Quantitative Stable Isotope Probing and NanoSIMS Imaging

　　来自加州北部鳗河的研究人员通过定量稳定同位素探测（qSIP）和16S rRNA基因测序，揭示了刚毛藻附生微生物组在夏季演替过程中群落结构、生长速率与功能的动态变化。研究发现细菌类群数随演替增加而生长速率在中期达峰，硫细菌的增殖与藻体细胞壁高硫含量相关，且微生物丰度与生长速率解耦，为理解微生物组驱动生态系统过程提供了新视角。

　　

在北加州地中海气候的鳗河中，枝状绿色大型藻类刚毛藻（Cladophora glomerata）及其附生微生物组主导着夏季生物量。随着季节演替，绿色的刚毛藻丝状体在初夏增殖，随后因附生生物负荷增加逐渐变黄直至红褐色。研究人员采用定量稳定同位素探测（qSIP）结合16S rRNA基因扩增子测序，系统解析了附生细菌在演替过程中的群落组成与生长速率变化。结果显示：细菌分类单元数量随演替推进而增加，但生长速率在演替中期达到峰值。通过纳米二次离子质谱（NanoSIMS）成像技术，发现刚毛藻细胞壁的硫（S）浓度显著高于周边生物量，该现象与硫循环细菌（能够还原或氧化硫/硫酸盐的细菌）的暴发性增殖同步。研究表明，细菌相对丰度与生长速率通常无直接关联，这意味着单一指标不足以全面评估分类群和功能群对生态系统过程的贡献。例如，固氮菌（nitrogen fixers）的相对丰度在夏末达到峰值时，其相对生长速率却最慢——这种模式可能源于空间竞争对生长的限制。综合来看，丰度与生长速率的动态变化揭示了刚毛藻微生物组中不同功能群在多阶段演替过程中受到差异化限制因子的调控。