藻類是海洋生態系統中極為重要的初級生產者，同時也是海洋食物鏈的基礎。藻華現象作為海洋浮游植物增殖的短暫事件，全球每年常有發生，往往占地數千平方公里。在藻華結束時，大部分藻類固定的碳會通過草食性捕食者或異養細菌進行代謝循環，一小部分會沉降到深海中。藻華現象的終止影響著相關微生物種群和碳的循環，病毒感染是導致藻華停止的常見原因。然而，目前仍然缺乏對病毒如何在藻華期間改變微生物組成和影響碳的循環進行定量評估。同時，海洋藻華的不可預測性使得在高時間分辨率下監測其微生物演替具有一定的挑戰性，而中型生態系統實驗由于接近海洋微生物生態系統的復雜性，因此是研究浮游生物生態學的一個重要手段。

 

該文章于2023年1月發表在Nature Communication雜志，作者來自于以色列魏茨曼科學研究所植物與環境科學系，為了定量的研究病毒感染對海洋碳流動的影響，作者設計了一個中型生態系統實驗來研究鈣化微藻的藻華動態過程，7個大型的圍欄建在挪威卑爾根附近的一個峽灣中，內部充滿了1.1萬升海水，同時含有自然浮游生物群落，并連續幾天給予含有氮和磷的營養物質誘導藻華現象產生，同時記錄監測過程中各微生物群落之間的動態變化，結果顯示，不同圍欄中總病毒載量與宿主（E. huxleyi）和食草動物（纖毛蟲）的濃度呈顯著負相關，但與微納米浮游生物或細菌豐度不相關。

藻華可覆蓋超過10萬平方公里的海洋，占光合浮游植物的75%，其形成的鈣化球石藻外殼對海洋碳循環和碳酸鈣的形成有著深遠的影響。透明胞外聚合顆粒物(transparent exopolymer particles,TEP)是一類主要成分為酸性多糖的高黏性有機微凝膠，TEP是海洋中普遍存在的一種有機顆粒物,其生產速率可達海洋初級生產的5-10%，是海洋顆粒有機碳(POC)的重要組成部分，除此之外，鈣化產生的顆粒無機碳（PIC）對碳循環也有著深遠的影響。因此，為了研究病毒感染對碳釋放的影響，作者采用芯片技術來對TEP和PIC定量，首先從鈣化外殼中提取多糖，然后使用英國ArrayJet生物芯片點樣儀進行碳水化合物微陣列點樣，樣品點印在0.45微米孔徑的硝化纖維素膜上，每個樣本一個重復，點樣環境20攝氏度、50%濕度，每個微陣列使用一種糖特異性單克隆抗體進行檢測，隨后對結合信號進行分析，結果表明，病毒感染導致球石藻釋放的碳（TEP和PIC）增加2-4倍，見圖。

圖.a.碳水化合物芯片分析，隨著時間的推移，顆粒有機質（POM）中藻酸鹽和脫氧半乳聚糖的豐度。BAM1、2、6和7為糖特異性單克隆抗體，用于測量POM提取物中已識別的多糖表位的相對豐度；b.TEP建模方案，作為浮游植物數量和降解速率的函數，可以預測球石藻對TEP的貢獻；c阿爾新藍染色測定TEP的濃度；d.預測TEP在每個袋中的總病毒載量函數；e.預測感染和未感染的球石藻細胞的TEP分泌量；f.藻華演替過程中PIC的相對豐度；g.預測球石藻細胞的PIC在每個袋中總病毒載量的函數；h.預測感染和未感染的球石藻細胞PIC的產生量。

綜上所述，在藻華期間，只有高水平的病毒感染，自由生活的細菌和真核生物種群的組成才會發生顯著變化，并且在病毒感染后，真核生物作為有機物質的潛在回收者會與細菌進行競爭，同時球石藻細胞釋放的酸性多糖和顆粒無機碳增加2-4倍，這不僅表明了自然藻華過程的生物復雜性，也為病毒感染對碳循環的影響提供了強有力的證據。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36049-3

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