近日，国际期刊Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (Nature Index) 刊发海洋所徐奎栋研究组关于营养盐与蓝细菌-异养细菌互作关系的最新研究成果，揭示了寡营养大洋区域营养盐浓度对蓝细菌-异养细菌相互作用关系的调控作用，从生物相互作用的角度强调了全球变化对细菌多样性和功能的潜在负面影响。
由于全球变暖，全球海洋上层的热分层现象有所加强，阻碍向透光层的垂直营养供应，从而直接影响海洋初级生产力及碳汇。海洋浮游光合生物贡献了地球近50%的初级生产力。其中，蓝细菌是海洋最主要的初级生产者之一，贡献了海洋净初级生产力的约25%。海洋蓝细菌和异养细菌参与复杂的生态相互作用，可直接或间接影响海洋生物地球化学循环。要了解全球变化下细菌在海洋生物地球化学循环中的作用，就必须厘清蓝细菌和异养细菌互作网络与营养盐供应的关系。在共培养系统中，蓝细菌与异养细菌之间可形成一种互利关系，使蓝细菌能够在没有营养盐额外供应的寡营养环境中生存和生长。这种互利关系易受营养盐浓度的影响，在高营养环境下互利关系受到破坏。然而，自然条件下，营养盐如何驱动蓝细菌和异养细菌的相互作用关系，仍不清楚。
徐奎栋研究组选择寡营养大洋中海山作为研究区域，同时结合Tara Oceans全球海洋调查数据，对不同营养盐浓度下的蓝细菌-异养细菌相互作用关系开展研究，分析了营养盐浓度对蓝细菌-异养细菌互利关系的影响，并探讨了蓝细菌-异养细菌响应营养盐浓度变化的机制。
结果表明，营养盐垂直输送增强的海山区叶绿素最大层（DCM）细菌互作关系的复杂程度远高于营养盐垂直输送较弱的区域。营养盐在调节细菌互作关系中发挥重要作用；受营养盐影响的类群主要为原绿球藻和α变形菌SRA11类群。在全球尺度下，硝酸盐浓度与蓝细菌-异养细菌相互作用的比例呈显著正相关关系。研究表明，蓝细菌-异养细菌合作关系可调节细菌的相对丰度，改善细菌群落的均匀性，进而提高群落的稳定性。在一定阈值下，升高的营养盐浓度增加了原绿球藻的丰度和多样性，进而使得与蓝细菌存在代谢关系的类群得以与之建立更多的互利关系。
研究指出，全球气候变化导致表层海水温度逐渐升高，这一过程将加剧海水分层，阻碍深层海水向表层的营养输送。在寡营养海洋中，营养盐供应的减弱可能会导致蓝细菌的相对丰度和多样性下降，蓝细菌与异养细菌之间的相互作用减少，从而对海洋初级生产力和生物地球化学循环产生潜在的负面影响。而在营养物质丰富的沿岸地区，与人类活动有关的营养物质供应的急剧变化可能会进一步扰乱蓝细菌与异养细菌之间的相互作用。
论文第一作者为博士研究生刘巍岳，通讯作者为赵峰研究员和徐奎栋研究员，研究得到了国家自然科学基金重点项目、中国科学院战略性先导科技专项、崂山实验室、中国科学院青年创新促进会联合资助。
文章信息如下：
Liu W, Zhao F, Li X, Zheng S, Li L, Zhao R, Xu K. 2024. Enhanced nutrient supply promotes mutualistic interactions between cyanobacteria and bacteria in oligotrophic ocean. Proc. R. Soc. B 291: 20240788. https://doi.org/10.1098/rspb.2024.0788