微生物互作驱动浮丝藻水华持久性

有害蓝藻水华（ CyanoHABs ）对全球水资源、生态系统和公共健康构成严重威胁，其中浮丝藻（ Planktothrix ）因其强环境适应性和产毒能力备受关注。尽管已有研究探讨了环境因子对水华的影响，但关于其微生物互作网络（如细菌、古菌、真菌的共生 / 竞争关系）及功能驱动机制仍不清楚。美国 Grand Lake St. Marys （ GLSM ）作为长期受浮丝藻水华困扰的超富营养化湖泊，为解析此类水华的微生物生态提供了理想模型。

美国托莱多大学 Dae-Wook Kang 研究团队通过多组学方法系统揭示了美国 GLSM 超富营养化湖泊中浮丝藻入水华的微生物互作机制与潜在生物标志物。研究团队通过为期 14 个月的双周监测（ 2021-2022 年），结合 16S rDNA/ITS 扩增子测序、宏基因组测序及 qPCR 技术，首次全面解析了以 Planktothrix agardhii 为主导的有害藻华的微生物群落动态及其功能特征。

研究发现， GLSM 的夏季水华呈现明显的演替规律：初期由固氮蓝藻长孢藻（ Dolichospermum ）启动，随后在氮代谢基因的驱动下过渡为浮丝藻的绝对优势（相对丰度最高达 92.5% ）。这种演替与氮循环微生物（固氮菌、氨氧化古菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌）的协同作用密切相关。

宏基因组分析显示，浮丝藻通过硝酸盐同化（如硝酸还原酶基因 narB ）、氰基藻氨酸代谢（ cyanophycinase 基因）等途径适应氮限制环境，同时其丰度与总磷和溶解有机碳呈显著正相关，证实了磷和有机碳对其优势维持的关键作用。

微囊藻毒素浓度与碳水化合物 - 氮 - 硫 - 脂肪酸代谢通路（如糖原合成、硫酸盐同化）呈强正相关，而与污染物降解通路（如脂质 A 合成）呈负相关，揭示了产毒与核心代谢的耦合机制。

研究首次鉴定出紫色非硫光合细菌（ Rhodobacter ）作为浮丝藻水华的潜在预警生物标志物。该菌在两年监测中均与浮丝藻丰度和毒素合成基因 mcyE 呈显著负相关，且其消长模式与水华进程呈现镜像关系。