近日，中国科学院水生生物研究所毕永红团队揭示藻菌共生对南水北调中线弥散性硅藻优势维持的作用机制，为解析南水北调中线库渠连续体藻类演替规律和精细化生态管理提供了理论参考。

硅藻是水生生态系统中至关重要的初级生产者，贡献全球约20%的初级生产力，深刻影响水体物质能量循环过程。有些硅藻长期占据群落优势地位，有些硅藻仅短暂占据优势，硅藻优势维持机制及其藻际微生物的功能有待破译。为此，团队分离纯化得到南水北调中线干渠的长期优势种极微小环藻Cyclotella atomus和短期优势种肘状肘形藻Ulnaria ulna，利用高通量测序结合功能预测，考察了两种硅藻藻际微生物的群落组成、互作网络与代谢潜力。

结果显示，两种硅藻各自拥有宿主特异性藻际细菌群落，极微小环藻藻际显著富集芽单胞菌、鞘脂菌、地下水假红育菌等，藻际细菌具备更高的物种丰富度、均匀度；肘状肘形藻显著富集食酸菌、甲基杆菌、新鞘氨醇杆菌等，藻际细菌物种丰富度、均匀度较低。共现网络分析表明，极微小环藻藻际微生物共现网络的连通性与复杂度更高，菌群间联系更紧密，具备更强大的功能冗余，有助于提升共生功能体对南水北调中线库渠连续体多变环境的抵抗适应能力；肘状肘形藻藻际菌群共现网络相对松散，功能冗余较低，共生功能体对环境波动适应能力差。

图1 极微小环藻Cyclotella atomus与肘状肘形藻Ulnaria ulna藻际微生物的共现网络

功能预测结果显示：极微小环藻藻际菌群的胞外多糖降解、戊糖葡萄糖互变、甜菜碱生物合成、细胞色素 P450 介导异源物质代谢、色氨酸代谢等通路显著上调；极微小环藻分泌胞外聚合物为共生细菌提供碳源，细菌合成维生素 B₁₂、植物激素，同时提供解毒、化感防御功能回馈和帮助宿主抵御胁迫、压制竞争浮游植物，形成正向互利循环。肘状肘形藻藻际菌群主要富集生长与氮代谢等基础功能通路，藻‑菌间是松散随机的结合关系，细菌主要从藻际生态位获取生存收益。上述结果揭示了硅藻优势种特有的藻-菌互惠代谢途径，据此提出藻-菌互惠强化共生循环的优势维持概念模型：硅藻优势种通过分泌胞外多糖招募并塑造专属藻际共生细菌群落，共生细菌回馈硅藻特定养分、抗逆物质与化感防御，硅藻细菌构成的共生功能体支持硅藻在多变环境中维持长期优势。

图2 极微小环藻Cyclotella atomus与肘状肘形藻Ulnaria ulna藻际微生物的预测代谢通路及其相关酶

研究成果以“Phycosphere microbiome contributes to ecological dominance of diatoms: a comparative study of Cyclotella atomus and Ulnaria ulna”为题发表于ISME Communications（JCR Q1, IF 6.4；https://doi.org/10.1093/ismeco/ycag211），水生所项目高级实验师宋高飞为论文第一作者，毕永红研究员为通讯作者，葛峰研究员和乔志仙高级实验师参与了部分工作；研究得到国家重点研发计划（2023YFC3207801）和国家自然科学基金（31971477）的资助。