基于氨基酸δ13C分析的珊瑚营养来源研究揭示细菌与真菌贡献有限

《Communications Biology》：Limited contributions of bacteria and fungi to coral nutrition revealed by amino acid δ13C analysis

　　本研究针对珊瑚营养来源不明确的问题，通过氨基酸δ13C分析技术，探究了珊瑚共生微生物（如虫黄藻、细菌和真菌）对珊瑚营养的贡献。研究发现，珊瑚营养主要依赖虫黄藻的光合作用产物和颗粒有机物摄食，而细菌和真菌的贡献有限。这一结果强调了珊瑚营养策略的灵活性，对于理解珊瑚对环境变化的适应机制及珊瑚礁保护具有重要意义。

　　

珊瑚礁生态系统是海洋中生物多样性最丰富的生态系统之一，但珊瑚对环境波动非常敏感，尤其是营养获取方面。珊瑚通常与多种微生物共生，包括虫黄藻（Symbiodiniaceae）、细菌和真菌，这些微生物可能通过代谢物转移和营养循环为珊瑚宿主补充营养。然而，这些微生物伙伴在珊瑚自养或异养营养中的具体贡献尚不明确。随着全球环境变化加剧，珊瑚面临营养胁迫的风险增加，因此明确其营养来源及策略对于珊瑚保护和恢复至关重要。

为了探究这一问题，研究人员在《Communications Biology》上发表了一项研究，通过氨基酸δ¹³C分析技术，系统评估了珊瑚及其营养来源（如虫黄藻和颗粒有机物）中碳同位素的季节性变化。研究以广泛分布的杂食性珊瑚Pocillopora damicornis为模型，结合线性判别分析和贝叶斯混合模型，揭示了珊瑚营养来源的主要贡献者及其季节性变化。

研究的关键技术方法包括：1）样本采集（来自海南三亚湾的珊瑚、虫黄藻、颗粒有机物、沉积有机物和浮游动物）；2）氨基酸δ¹³C分析（通过气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法测定10种氨基酸的δ¹³C值）；3）线性判别分析（用于区分不同营养来源的δ¹³C指纹）；4）贝叶斯混合模型（估算各营养来源对珊瑚的相对贡献）。

研究结果

珊瑚、虫黄藻和异养来源的同位素信号

研究发现，不同氨基酸的δ¹³C值存在显著差异，其中非必需氨基酸（如脯氨酸和谷氨酸）在珊瑚宿主和虫黄藻中的δ¹³C值显著高于异养来源。而必需氨基酸（如异亮氨酸和苏氨酸）在异养来源中的δ¹³C值较低。主成分分析和方差分析表明，样本类型和季节对δ¹³C值模式有显著影响。

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基础资源对珊瑚的相对贡献估计

线性判别分析显示，虫黄藻、颗粒来源、真菌和细菌的δ¹³C指纹明显分离。大多数珊瑚样本（88.5%）被归类为虫黄藻来源，而少数样本（11.5%）被归类为颗粒来源。贝叶斯混合模型进一步证实，虫黄藻是珊瑚营养的主要贡献者（占比75.2%-93.8%），而细菌和真菌的贡献极低（分别为1.1%-4.6%和0.3%-0.9%）。

区域珊瑚样本的营养可塑性估计

研究发现，珊瑚的营养策略存在季节性变化。在冷季，珊瑚更依赖异养营养（贡献率为32.9%），而在暖季，自养营养占比增加（80.5%）。这种季节性转变反映了珊瑚对环境变化的适应能力。

讨论与结论

研究表明，尽管细菌和真菌能够合成珊瑚所需的必需营养素，但它们对珊瑚营养的直接贡献有限。相反，虫黄藻和颗粒有机物是珊瑚营养的主要来源。珊瑚通过调整自养和异养营养的比例，适应季节性环境变化，这种营养可塑性是珊瑚应对全球环境变化的重要策略。

然而，细菌和真菌可能通过间接方式（如营养循环和氮固定）支持珊瑚营养。例如，细菌的氮固定作用可能增强虫黄藻的氨基酸合成能力，从而间接促进珊瑚营养。未来研究应进一步探讨不同珊瑚物种（如大息肉珊瑚）对微生物营养的依赖差异，以及环境变化对珊瑚-微生物互作的影响。

总之，本研究通过δ¹³C分析技术，明确了珊瑚营养来源的主要贡献者，强调了珊瑚营养可塑性在其适应环境变化中的重要性。这些发现为珊瑚礁保护和恢复提供了科学依据，并呼吁未来研究关注珊瑚营养策略的多样性和适应性。