破囊壶菌是一类以“类真菌的原生生物”为人所知的单细胞异养原生生物，它们广泛分布于全球海域，具有高度的环境适应性。近年越来越多的证据表明，破囊壶菌可以通过多种方式参与生物地球化学循环，可能在近海生态系统中发挥重要作用。我国海岸线跨越热带和温带，不同气候带的近海水域有着明显的环境差异。然而，目前有关我国近海破囊壶菌多样性及生态功能的研究还很不完善。
本研究选取我国典型热带和温带近海水域（深圳和秦皇岛近海），利用特异性高通量扩增体系对破囊壶菌的多样性和群落结构进行了分析。结果显示，破囊壶菌在上述海域均具有很高的多样性，在深圳近海检测到754个破囊壶菌OTU，而在秦皇岛近海更大时空范围检测到4000多个破囊壶菌OTU。它们被注释到Aplanochytrium、Aurantiochytrium、Botryochytrium、Labyrinthuloides、Parietichytrium、Oblongichytrium、Schizochytrium、Thraustochytrium和Ulkenia等属，此外还发现了大量未培养、未分类的种群，大大拓展了我们对近海破囊壶菌多样性的认识。对比发现，深圳和秦皇岛近海的破囊壶菌在系统发育和群落组成上有着很大差异，说明不同气候和生境对破囊壶菌群落有着重要影响。结合群落组成与环境因子的相关性分析，本研究还发现不同破囊壶菌对温度、盐度、有机物含量等多个关键环境梯度具有差异化的响应和适应特点，说明它们作为不同生态型，很可能以差异化的生存策略在近海碳循环中扮演不同角色。
破囊壶菌的高多样性初步揭示了它们在近海生态系统中潜在的功能分异，为了从整体水平进一步认识破囊壶菌在近海碳循环中的重要作用，本研究又利用qPCR定量、流式细胞计数等手段，对破囊壶菌在不同海域的时空分布规律和次级生产贡献进行原位观测和分析。结果显示，破囊壶菌在各海域普遍存在，其丰度在空间上大体呈现近岸高于远岸的趋势。不同海域的破囊壶菌对环境因子有着不同的响应特点。在秦皇岛近海，破囊壶菌丰度与叶绿素呈显著正相关，说明它们在利用转化海洋初级生产方面起着重要作用。但在深圳近海，破囊壶菌丰度却与叶绿素无明显关系，而与无机磷、无机氮有着显著的正相关关系，体现了它们参与多种营养元素循环的潜力。在时间变化上，尽管不同海域破囊壶菌变化规律并不一致，但都经常出现短暂暴发的现象。例如，在深圳近海，8月份破囊壶菌的丰度是全年均值的1.5倍；在秦皇岛海域，9月份破囊壶菌的丰度高达3.8×106 cells/L，是全年均值的3倍。由于破囊壶菌极高的单细胞碳量（1.65x10-4 µg C/cell），它们在暴发期的次级生产贡献往往能够超过浮游细菌。由于大量累积的破囊壶菌生物量难以被捕食者完全消耗，它们中的一部分很可能通过埋藏作用沉积至底泥，或随洋流进入大洋环境，这将对海洋生物碳泵的储碳作用产生重要影响。
（“水圈微生物驱动地球元素循环的机制”重大研究计划2020年度学术交流会） |