《中国科学院海洋研究所研究发现黄海绿潮可能促进抑食金球藻生长》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2022-02-23
  • 2007年,南黄海海域首次出现浒苔(Ulva prolifera)形成的绿潮,到目前为止绿潮已连续15年暴发。每年绿潮发生过程中,都有大量绿藻在南黄海沿海一线堆积,对沿海地区旅游业和养殖业等社会经济活动构成严重威胁。然而,在大规模绿潮暴发后期,仍有大量漂浮绿藻在南黄海海域沉降、腐烂、分解。对于绿潮后期大量漂浮绿藻死亡分解对海域生态环境的影响,目前的认识极其有限。

    围绕黄海绿潮对海域生态环境的影响,中国科学院海洋研究所于仁成研究员带领有害藻华与海洋生态安全研究团队,通过多年努力,查清了南黄海海域绿潮后期大量漂浮绿藻的沉降区,揭示了沉降区生态环境在绿潮发生前后发生的独特变化,相关成果以“Green tides in the Yellow Sea promoted the proliferation of pelagophyte Aureococcus anophagefferens”为题发表于学术期刊Environmental Science & Technology上。

    研究团队以表层沉积物中28-异褐藻甾醇(28-isofucosterol)作为石莼属绿藻生物标志物,基于多年现场调查数据,发现绿潮后期大量漂浮绿藻主要沉降在山东半岛东南部海域(36-36.5°N, 122-124°E)。应用扩增子高通量测序和qPCR等手段分析了绿潮发生前后沉降区浮游植物群落的变化,发现大规模绿潮消退后,沉降区浮游植物中抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)丰度及优势度均有明显增加;综合相关调查结果,推测浮游植物群落变化受到绿潮发生前后沉降区环境变化和黄海暖流形成的双重影响。抑食金球藻是一种典型的生态系统破坏性藻华(Ecosystem disruptive algal bloom, EDAB)原因种,2009年以后在黄渤海海域多次形成褐潮,对海域贝类养殖及沿海地区经济动物苗种孵化产业造成了巨大破坏。深入探究绿潮与褐潮之间的潜在关联,有助于更加全面地了解黄海绿潮造成的生态环境效应。

    博士研究生赵佳雨、耿慧霞博士为文章的共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省重大科技创新工程专项、科技基础资源调查专项等项目的共同资助。           

    论文信息:Zhao JY#, Geng HX#, Zhang QC*, Li YF, Kong FZ, Yan T, Zhou MJ, Yang DZ, Yuan YQ, Yu RC*, 2022. Green tides in the Yellow Sea promoted the proliferation of pelagophyte Aureococcus anophagefferens. Environmental Science & Technology, doi.org/10.1021/acs.est.1c06502.

    论文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.1c06502

  • 原文来源:http://www.qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202202/t20220214_6354517.html
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    • 近日,中国科学院海洋研究所海藻遗传与发育研究团队在环境微生物学期刊 Applied and Environmental Microbiology 发表题为Effects of Vibrio parahaemolyticus on physiology and metabolism of Thalassiosira weissflogii in the co-culture system的研究论文。该研究基于弧菌与硅藻共培养实验,结合生理指标检测与转录组高通量测序,系统揭示了副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)对硅藻威氏海链藻(Thalassiosira weissflogii)的生理及生化代谢过程的影响及内在机制,为深入理解藻菌互作提供了新视角。 硅藻在海洋初级生产中占据主导地位,约贡献 40% 的海洋初级生产力和 20% 的全球光合固碳量。硅藻通过分泌各种代谢产物与周围微生物互作,形成独特的 “藻际环境”。已有研究表明,藻际细菌通过利用藻际高浓度光合产物、降解硅藻胞外多糖等影响海洋碳循环。然而,在这种海洋微生态环境下,硅藻的生长与代谢活动是如何变化与调控的仍不清晰。副溶血性弧菌是一类广泛存在于海洋环境中且常与硅藻共存于“藻圈”微生态系统中的微生物。本研究通过构建威氏海链藻与副溶血性弧菌的共培养体系,分析硅藻在光合作用、碳氮代谢和几丁质代谢等方面的生理变化及转录响应。 研究发现,与副溶血性弧菌共培养条件下,威氏海链藻可能通过上调细胞周期相关蛋白的表达、利用细菌代谢物(如IAA)来维持正常的生长速率。弧菌显著抑制了藻细胞中叶绿素尤其是叶绿素c的积累,从而影响了硅藻光合作用效率,且藻细胞碳氮代谢平衡被打破,碳固定能力下降。几丁质作为威氏海链藻重要的细胞壁结构多糖,其代谢过程受弧菌影响:威氏海链藻通过上调几丁质合酶的表达量以及降低几丁质酶活性来增加几丁质的合成量,从而提高细胞壁强度以应对弧菌侵扰。此外,弧菌调控了威氏海链藻抗氧化酶系统与信号转导,硅藻表现出多层次的生理响应机制。该研究首次从分子水平系统解析了副溶血性弧菌对硅藻生理代谢的影响机制,拓展了对藻菌互作的理解,为未来在海洋生态和养殖水体健康调控等领域的研究提供了理论支撑。 中国科学院海洋研究所与青岛农业大学联培硕士研究生王佳慧为文章第一作者,副研究员邵展茹为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院青年创新促进会等项目的共同资助。 论文信息: Wang, J., Cheng, M., Wang, X., Wang, G., Duan, D., & Shao, Z*. Effects of Vibrio parahaemolyticus on physiology and metabolism of Thalassiosira weissflogii in the co-culture system. Applied and Environmental Microbiology, 2025, 91(5), e0032325. https://doi.org/10.1128/aem.00323-25
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    • 编译者:liguiju
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    • 近日,中国科学院海洋研究所藻类与藻类生物技术团队在红球藻虾青素资源开发领域取得重要进展,发现无氧呼吸糖酵解(EMP)、有氧呼吸三羧酸循环(TCA)、戊糖磷酸途径(PPP)和线粒体呼吸交替氧化酶途径(AOX)等多种非光依赖型代谢途径都对红球藻虾青素的合成积累产生重要调节作用。相关理论成果以3篇研究论文在国际Top期刊生物资源工程技术类一区《Bioresource Technology》(IF=9.642)发表,衍生出的相关技术成果分别申报了4项国家发明专利,其中2项已获专利授权。 虾青素呈鲜红色,具有非常强的着色、抗氧化能力和多种生物学功能,在营养健康食品、医药保健和化妆品等领域都有广阔的应用前景。而红球藻是一种富含虾青素的单细胞绿藻,也是国际上生产天然虾青素的最好生物资源。以往认为,红球藻虾青素的生物合成过程主要受强光驱动和营养亏缺诱导,国内外研究大多侧重于光依赖型合成代谢过程(如光合作用、光保护和细胞生长等),很少关注分解消耗性的呼吸作用。即便近年来关注呼吸,也仅涉及光依赖型的光呼吸与叶绿体呼吸作用。例如刘建国研究员团队发现光呼吸对虾青素合成具重要调控作用(Algal Research,2019,41: 101520),证实叶绿体呼吸途径并非通过减少过剩激发能、降低对光合机构的直接破坏,而是通过缓解活性氧等抑制的光损伤修复、实现保护绿色游动细胞免受光损伤的(Algal Research,2021,54:102140)。至于非光依赖型呼吸代谢途径对红球藻虾青素合成积累的作用,国内外却鲜有报道。 刘建国研究团队发现并证实多种非光依赖型呼吸代谢途径可有效调控红球藻虾青素合成积累。其中,张立涛副研究员为第一作者、刘建国研究员为通讯作者的研究论文发现,线粒体呼吸的交替氧化酶途径活性与红球藻虾青素积累呈明显负相关,当交替氧化酶途径受到抑制后,与呼吸作用密切相关的中间代谢产物丙酮酸和三磷酸甘油醛含量均显著提高,同时促进能量物质NADPH的产生,并刺激了活性氧的积累,从而有利于促进虾青素合成。由此提出调节呼吸作用可促进红球藻虾青素生物合成积累的新观点。 博士研究生于文杰为第一作者,刘建国研究员为通讯作者的另外两篇文章,主要通过外源添加呼吸作用中间代谢产物的方法,进一步证实非光依赖性呼吸作用的能量代谢中心枢纽——TCA循环,可为虾青素合成过程提供碳骨架,促进虾青素在细胞内的大量积累。其调节机制具体为:中间代谢产物延胡索酸可提高呼吸代谢的EMP、TCA和PPP三条主要途径,使得丙酮酸和三磷酸甘油醛水平显著提高,一方面通过促进虾青素合成前体异戊烯焦磷酸的生成,直接促进虾青素合成,另一方面还促进了脂肪酸的合成,进而加速虾青素酯化过程,间接促进虾青素合成。TCA循环的另一代谢产物草酰乙酸可通过提高底物和NADPH水平,直接促进红球藻虾青素合成。相对而言,草酰乙酸的促进作用比延胡索酸更快,效果也更显著,主要得益于草酰乙酸更高效的跨膜机制。 上述成果完善了红球藻虾青素规模化开发的基础理论和开发技术体系,将有利于完善基于细胞周期调控和大型封闭式光生物反应器构建等技术的红球藻开发模式,使植物细胞光合工厂的运转更加高效,推动该产业开发水平再上新台阶。同时研究成果还对其它微藻类胡萝卜素等次生代谢物质的研究与资源开发都具有明显的启发和借鉴价值。 上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上基金和联合基金等项目资助。 论文链接: (1) Zhang LT, Zhang CH, Xu R, Yu WJ, Liu JG (2021) A strategy for promoting carbon flux into fatty acid and astaxanthin biosynthesis by inhibiting the alternative oxidase respiratory pathway in Haematococcus pluvialis. Bioresource Technology, 344: 126275. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852421016175?via%3Dihub (2) Yu WJ, Zhang LT, Zhao J, Liu JG (2021) Exogenous sodium fumarate enhances astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis by enhancing the respiratory metabolic pathway. Bioresource Technology, 341: 125788. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852421011299?via%3Dihub (3) Yu WJ, Zhang LT, Zhao J, Liu JG (2021) Enhancement of astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis by exogenous oxaloacetate combined with nitrogen deficiency. Bioresource Technology, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126484. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852421018265