44、海洋蓝藻及其噬菌体的昼夜和季节节律

海洋蓝藻及其噬菌体的昼夜和季节节律

微生物群落承担着海洋中大部分的初级和次级生产，并参与了重要的全球生物地球化学循环。据估计，海洋中多达 50% 的初级生产是由海洋浮游植物完成的。自 30 多年前被发现以来，海洋单细胞蓝藻中的聚球藻属（Synechococcus）和原绿球藻属（Prochlorococcus）已成为海洋微生物群落的关键成员，对海洋初级生产贡献显著。

1. 蓝藻及其噬菌体

1.1 蓝藻的生态特征

• 分布与生态位 ：聚球藻和原绿球藻是海洋中最丰富的光合微生物，估计约占全球净初级生产的 25%。原绿球藻总体更为丰富，主要分布在温暖的贫营养海洋环流区，在太平洋比大西洋更为常见，可深达海面下 150 - 200 米，不同生态型占据不同的生态位。聚球藻分布范围更广，主要位于透光层上层，在营养丰富的水域更为丰富，分布于极地、热带、沿海和温带海洋等多样区域。两者的区域分布主要受温度控制，光强、光波长和铁的可用性也对其生态位形成起着重要作用。
• 基因与代谢差异 ：尽管亲缘关系相近，但聚球藻的系统发育更为多样，有多个亚群，最大的亚群至少包含 10 个不同的进化枝；原绿球藻有 7 个进化枝，对应不同的生态型。原绿球藻基因组经历了精简过程，这可能是其广泛分布的主要原因。两者在大小和光捕获复合物上存在差异，聚球藻的天线是富含藻红胆素（PEB）和藻尿胆素（PUB）的藻胆体，原绿球藻则缺乏有组织的藻胆体，其天线由结合二乙烯叶绿素 a、二乙烯和单乙烯叶绿素 b 的类囊体膜蛋白组成，更能吸收蓝光。在营养需求方面，两者对磷的需求较低，但原绿球藻在贫磷环境中的基因组富含磷获取、亚磷酸和膦酸