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富氮环境中依赖于氮固定的罕见海洋蓝细菌-金藻共生现象

编译者:liguiju发布时间:2020-6-24点击量:119 来源栏目:科研动态

在全球许多大洋中,海洋浮游植物的初级生产受到氮供应的限制。因此浮游植物利用新的化学形式的氮(例如,硝酸盐(NO3-)、铵(NH4+)或尿素)进行新陈代谢。贫养水的一个重要氮源是N2固定,即由某些原核生物(原养生物)进行的N2到生物可用氨的转化。微生物固定N2是海洋中生物可利用氮的最大来源。海洋N2固定曾经被认为由热带或亚热带蓝细菌Trichodesmium sp和一些硅藻的蓝细菌共生体主导。随着由单细胞固定N2的蓝细菌“A组”(UCYN-A)发现,N2的固定模式发生了改变,UCYN-A该组与单生植物拟南芥(Braraudosphaera bigelowii)相关的单细胞浮游植物宿主共生。UCYN-A1和UCYN-A2这两种在遗传上截然不同的UCYN-A共生体具有相似的简化基因组,但在形态和生理学上却与不同的触藻植物宿主相关。

但是,N2固定与溶解的无机氮(DIN)的吸收相比非常耗费能量,且需要大量的ATP和还原剂,并且研究认为当可获得能源消耗较小的形式(如溶解的无机氮(DIN))时,它会受到抑制。海洋N2固定对DIN浓度的敏感性尚不十分了解。研究表明,在DIN浓度升高的情况下,蓝细菌重氮菌Trichodesmium对N2的固定作用会受到抑制,但单细胞Crocosphaera的生长和N2固定速率对DIN的可用性不敏感。最近的证据表明,UCYN-A可以在高NO3-水域中生长,而UCYN-A中N2的固定可能不会因结合形式的DIN的存在而被完全抑制。

研究人员利用稳定的同位素分子沉淀荧光原位杂交(CARD-FISH)和纳米级二次离子质谱(nanoSIMS),来研究金藻植物宿主使用的N源以及UCYN-A N2固定在DIN中的敏感性。实验结果证明,两个UCYN-A子系的金藻植物宿主不会吸收硝酸盐,并且几乎不会通过吸收NH4+满足其对氮的需求。相反,即使在DIN充足的条件下,UCYN-A/金藻植物共生也依靠UCYN-A N2固定来提供大部分的金藻植物N需求。此外,在氮有限的水域中,NO3-的加入有时会刺激UCYN-A N2固定率和金藻植物宿主碳固定率,这表明浮游植物整体活动与UCYN-A /金藻共生之间存在联系。结果表明,即使在富氮的沿海或高纬度水域中,固氮也可能是重氮营养菌-真核生物共生的可行方法。相关成果已发表在6月10日的 The ISME Journal期刊上。

(李亚清 编译)

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