? ? ? 凌恩生物客戶中國水產(chǎn)科學(xué)院近期在《International Journal of Molecular Sciences》期刊上(IF=6.208)發(fā)表了研究論文，通過擴(kuò)增子測序，揭示了頂端捕食者干擾水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中浮游細(xì)菌群落的反應(yīng)機(jī)制。

期刊：International Journal of Molecular Sciences ???

影響因子：6.208????

發(fā)表時間：2022

樣本類型：水樣

客戶單位：中國水產(chǎn)科學(xué)院

研究背景

全球人口的不斷增長增加了對糧食的需求，水產(chǎn)品是近年來不斷擴(kuò)大的基本食物來源。水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境蘊(yùn)藏著復(fù)雜的細(xì)菌群落，對養(yǎng)殖物種的生長和健康至關(guān)重要。頂端捕食者占據(jù)食物網(wǎng)頂部的位置，并在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此頂端捕食者經(jīng)常被加入到水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘中。然而，探索頂端捕食者對浮游細(xì)菌群落組成和功能的影響，以及群落聚集的潛在機(jī)制的研究非常有限。研究旨在調(diào)查受頂端捕食者物種影響的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中浮游細(xì)菌群落的聚集動力學(xué)，以及破譯頂端捕食者干擾引起的浮游細(xì)菌種群變化的機(jī)制。

實驗設(shè)計

本研究對8個包括中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis）和日本沼蝦（Macrobrachium niponensis）的養(yǎng)殖池塘進(jìn)行了研究。其中4個池塘包含作為頂端捕食者的鱖魚（Siniperca chuatsi）（PC組），另外4個池塘沒有頂端捕食者（MC組）。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，在四個階段從每個池塘采集五個水樣并混合，每個樣本2L水樣濾膜收集細(xì)菌細(xì)胞，從剩余水樣中測定環(huán)境因素。隨后開展DNA提取和16S rRNAV4-V5區(qū)域測序并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

研究結(jié)論

研究結(jié)果表明，甲殼動物養(yǎng)殖池塘不同養(yǎng)殖階段浮游細(xì)菌群落的組成和功能存在顯著差異。有捕食者的養(yǎng)殖池塘提供了更好的養(yǎng)殖環(huán)境。在頂端捕食者干擾下，硝酸鹽在調(diào)節(jié)浮游細(xì)菌群落聚集的隨機(jī)過程和確定性過程之間的平衡方面起著決定性作用，同時，頂端捕食者導(dǎo)致了更廣泛的環(huán)境適應(yīng)，但功能冗余度和群落穩(wěn)定性較低。

實驗具體結(jié)果

1、浮游細(xì)菌α多樣性

計算了四個α多樣性指數(shù)來評估浮游細(xì)菌群落。在不同培養(yǎng)階段的浮游細(xì)菌種群之間，或在MC和PC池塘之間，沒有觀察到任何α多樣性指標(biāo)的顯著差異。結(jié)果表明，浮游細(xì)菌群落的多樣性在養(yǎng)殖過程中趨于穩(wěn)定，頂端捕食者干擾對其沒有明顯影響。

2、有無頂端捕食者干擾的不同培養(yǎng)階段浮游細(xì)菌群落的變化

Bray–Curtis距離的PCoA表明不同培養(yǎng)階段的浮游細(xì)菌群落分別聚集在一起（圖1a），捕食者頂端干擾及其相互作用均顯著影響浮游細(xì)菌群落。

門水平的細(xì)菌的相對豐度如圖1b所示。變形菌門是最主要的門，其次是擬桿菌門、厚壁菌門和放線菌門，隨著培養(yǎng)的進(jìn)行，不同門的細(xì)菌有著不同的變化。結(jié)果表明，頂端捕食者的干擾并沒有顯著改變養(yǎng)殖過程中的浮游細(xì)菌組成，但它確實影響了細(xì)菌豐度的變化幅度。

使用隨機(jī)森林模型，確定細(xì)菌群落的組成與培養(yǎng)階段和頂端捕食者干擾密切相關(guān)（圖1c）。將浮游細(xì)菌群落總體變化的結(jié)果與隨機(jī)森林模型分析的結(jié)果相結(jié)合，表明頂端捕食者顯著改變了低豐度物種的豐度，但它們并沒有顯著改變總體群落組成。

3、浮游細(xì)菌群落的環(huán)境適應(yīng)

測量了八個環(huán)境因素，以評估培養(yǎng)階段和頂端捕食者的影響。MC和PC池塘中浮游細(xì)菌群落的65.89%的變異可由選定的環(huán)境因素解釋（圖2a）。除溶解氧、亞硝酸鹽和總磷外，大多數(shù)環(huán)境因素與浮游細(xì)菌群落之間存在顯著相關(guān)性。不同培養(yǎng)階段的浮游細(xì)菌群落被環(huán)境因素明顯區(qū)分。從第一階段開始，水溫與浮游細(xì)菌群落呈正相關(guān)，而氨和pH值與菌群成負(fù)相關(guān)。此外，硝酸鹽和TN濃度分別與第二階段和第三階段至第四階段的浮游細(xì)菌群落呈負(fù)相關(guān)。此外，還研究了關(guān)鍵屬的相對豐度與環(huán)境因素之間的相關(guān)性（圖2b），利用環(huán)境廣度研究了浮游細(xì)菌對環(huán)境因素的響應(yīng)，PC池塘中浮游細(xì)菌群落的環(huán)境廣度比MC池塘大（圖2c）。這一結(jié)果表明，在具有捕食者干擾的養(yǎng)殖池塘中，浮游細(xì)菌群落具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。

4、頂端捕食者影響的浮游細(xì)菌群落組成機(jī)制

基于零模型估計了確定性過程和隨機(jī)過程對MC和PC池塘浮游細(xì)菌群落聚集的相對貢獻(xiàn)，群落聚集以隨機(jī)過程為主（圖3a）。與MC樣本相比，確定性過程更有助于PC池塘中浮游細(xì)菌群落的聚集（圖3b）。均質(zhì)擴(kuò)散是一個隨機(jī)過程，是形成MC和PC池塘中浮游細(xì)菌群落的主要生態(tài)過程，PC樣本中漂變的相對貢獻(xiàn)率顯著低于MC池塘中的漂變貢獻(xiàn)率（圖3c）。這些發(fā)現(xiàn)表明，頂端捕食者干擾通過改善環(huán)境過濾和減少漂移，增強(qiáng)了確定性過程對浮游細(xì)菌群落聚集的相對貢獻(xiàn)。

5、頂端捕食者對浮游細(xì)菌生態(tài)功能的影響

利用FAPROTAX軟件預(yù)測了浮游細(xì)菌群落的功能特征，并確定了各組之間的顯著差異。在MC和PC池塘中，與化能異養(yǎng)相關(guān)的功能在浮游細(xì)菌群落中占主導(dǎo)地位，第二階段的浮游細(xì)菌群落的發(fā)酵功能顯著提高（圖4a）。Tax4Fun2的KEGG功能分析結(jié)果（圖4b）表明，隨著捕食者干擾的加劇，養(yǎng)殖池塘中浮游細(xì)菌的功能冗余減少。此外，βNTI與MC池塘中浮游細(xì)菌的FRI變化顯著正相關(guān)，而PC池塘中則無明顯相關(guān)（圖4c），這意味著生態(tài)群落過程對具有頂端捕食者的養(yǎng)殖池塘中浮游細(xì)菌的功能影響很小。

6、頂端捕食者對浮游細(xì)菌群落穩(wěn)定性的影響

為了調(diào)查水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘中的浮游細(xì)菌模式，構(gòu)建了MC和PC樣本的MEN（圖5），這兩個MEN之間的拓?fù)涮匦圆町惐砻鳎鼈兣cPC池塘中的浮游細(xì)菌略有關(guān)聯(lián)。所有指標(biāo)都表明，在沒有捕食者頂端干擾的養(yǎng)殖池塘中，浮游細(xì)菌的MEN具有較高的穩(wěn)定性。

7、頂端捕食者形成細(xì)菌浮游生物的機(jī)制

水溫、pH、氨和TN與MC池塘浮游細(xì)菌的βMNTD顯著相關(guān)，同時，水溫、氨、氮和硝酸鹽與PC池塘中浮游細(xì)菌的βMNTD顯著相關(guān)。其中，只有硝酸鹽濃度與PC池塘中浮游細(xì)菌的系統(tǒng)發(fā)育差異顯著相關(guān)，而MC池塘中則沒有相關(guān)關(guān)系（圖6a）。基于數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個概念框架來描述有和沒有頂端捕食者的水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘中浮游細(xì)菌群落的變化過程（圖6b）。最終，具有頂端捕食者的養(yǎng)殖池塘中的浮游細(xì)菌表現(xiàn)出較高的環(huán)境適應(yīng)能力，但功能冗余度和群落穩(wěn)定性較低。

參考文獻(xiàn)

Apex Predators Enhance Environmental Adaptation but Reduce Community Stability of Bacterioplankton in Crustacean Aquaculture Ponds. Int J Mol Sci. 2022;23

Doi?10.3390/ijms231810785