首次发现！斑节对虾肠道微生物群和水体微生物群落，如何相互作用

虾肠道微生物群是决定宿主营养、免疫力和整体表现的关键因素。这些微生物群有助于消化，产生维生素和酶，并增强免疫功能。肠道菌群失衡，即肠道微生物群失衡，与主要虾类疾病相关，包括急性肝胰坏死病（AHPND）、白便综合征（WFS）和白斑病（WSSV）。多位研究人员的报告表明，肠道微生物平衡与虾的抗病性和生产结果密切相关。

环境因素对虾肠道微生物群有很大影响。盐度、温度、饲料和养殖密度均被报道影响肠道细菌群落。发育阶段也是另一个驱动因素。宿主遗传因素也有贡献，选择性育种的虾类菌株显示出独特的肠道微生物谱。除了宿主之外，肠道微生物群与环境微生物群之间的相互作用日益被认识到对虾类养殖至关重要，许多研究强调在水产养殖管理中需要考虑宿主与环境微生物的相互作用。

多位研究人员的报告强调了虾肠道微生物组的可塑性及其在健康管理中利用的潜力。控虾类微生物组已成为改善养殖成果的新兴策略。通过饲料或水体外泼的益生元、益生元和合成菌已被证明能调节肠道菌群，增强免疫力，并提高饲料效率。微生物组本身被提出是水产养殖生产力的决定因素，特定细菌分类单元与生长表现相关。

尽管取得了诸多进展，但关于斑节对虾（Penaeus monodon）肠道与水体微生物群的关系，尤其是在多养殖池塘系统下，知之甚少。混养做法，即虾类与鱼类或其他水生生物共同饲养，形成复杂的微生物环境，可能影响水质和宿主微生物群。迄今为止，很少有研究明确同时研究斑节对虾混养下的肠道和水微生物群落。解决这一空白对于理解传统池塘系统中的微生物生态，以及开发基于微生物组的策略以改善虾类健康和可持续性至关重要。

一、研究设计：

水和虾样本均来自中国天津西庆区景武镇的混养池塘。池塘中投放了斑节对虾虾苗和鲤鱼（Cyprinus carpio）。每个池塘的水面面积约为800平方米，平均水深1.8米，每周有10%的换水率，并持续曝气以维持水质。

虾的投放密度为每平方米20尾，鲤鱼的投放密度为每平方米1.5只。虾被喂食含有38%粗蛋白的商业颗粒饲料，每日以体重5%的速度饲养。所有池塘均采用天津地区标准的集约水产养殖管理方式。

在养殖期间的四个时间点，从多养殖池塘采集了虾和水样。测量了水质参数，并通过高通量16S rRNA测序分析了微生物群落结构，这是一种识别和比较复杂微生物组或难以研究环境中细菌多样性的方法。

二、水质数据分析：

1、从7月至9月，尽管pH值仍保持在7.5–8.1之间，池塘中的养分积累日益明显，这一范围被认为适合对虾养殖。氮和磷浓度升高表明富营养化风险增加，以往的研究已确立了控制富营养化的总磷（TP）阈值，例如：提出的可溶性反应磷目标值低于0.05mg/升，其他研究报告TP阈值约为0.03–0.05mg/升。本研究中，后期测得的TP超过了这些基准，进一步加深了对富营养化发病的担忧。高氮和磷含量会通过提高初级生产力加剧溶解氧（DO）波动，随后加剧有机物分解。

2、在池塘系统中，DO枯竭可能对斑节对虾造成压力，抑制生长，并有利于像弧菌属这样的病原体。氮含量升高还能改变微生物群落，如：沿海水产养殖中高氮负荷导致细菌反应转移的现象。我们的结果与以往密集的对虾类养殖研究相符，显示养分积累会在周期后期恶化水质和疾病风险。推荐的缓解措施，包括：沉积物修复、益生菌以及优化喂养，以提升自我净化和生态系统稳定性。

三、操作分类单元（OUT）集群分析：

操作分类单元（OTU）是一种用于分类密切相关个体群体的定义。在OTU层面，研究结果显示，斑节对虾的肠道和水相关微生物群落表现出明显的聚类现象——这是一种数据分析技术，旨在将一组物体划分为组，使同一组内的对象（称为簇）中彼此间的相似度高于其他群体或簇中的物体。先前研究表明，虾肠道微生物群与池塘水体群明显不同，形成独立的簇。养殖水域通常拥有更高的微生物复杂性和多样性，而肠道则经历宿主选择性定殖，导致多样性较低。

图1：门水平排名前10的物种相对丰度

我们观察到各阶段OTU计数的差异，很可能源于肠道微生物的变化和环境营养动态。类似的养分-肠道多样性联系也出现在温室系统中，其中NH₃-N⁺、总氮和TP塑造了微生物组成。处于N/P压力下的虾还表现出氧化应激和免疫变化，表明养分对宿主-微生物相互作用的间接影响。

肠道和水体微生物群虽然是独立的，但共享共同的OTU。两者均有优势属存在，表明水源是殖民者的重要来源。本研究结果显示，斑节对虾的早期阶段在不同主要属中存在差异，且各栖息地各有其独特性。因此，池塘环境塑造肠道成分，但宿主过滤限制了成功的殖民者。尽管OTU层面有分离，共享OTU强调了宿主-环境微生物交换。这种相互作用凸显了营养和微生物平衡的必要性：健康均衡的池塘微生物群为虾提供了有益的微生物来源，而富营养化或环境菌群失调则可能破坏肠道群落，损害虾的健康。

四、虾肠道和池塘水体的菌群结构：

高通量16S rRNA测序结果描述了斑节对虾肠道及其养殖水中的微生物群落，揭示了肠道微生物群与周围池塘环境之间的明确生态联系。营养富集表现为氮和磷浓度升高，不仅增加了藻华风险，还引发了对微生物群落动态的连锁反应。有机质的积累和富营养化条件可能促进了细菌的增殖，并改变了水源和肠道群落的分类结构，促进了栖息地之间的微生物交换，重塑了它们的生态相互作用。

肠道和水样中常见的属，包括：弧菌属、气单胞菌属、假单胞菌属和放线菌，均位列丰度前十，以及共同的类群，如：嗜氢菌属、光杆菌属和短菌属、弧菌属，是最丰富且生态重要的物种。

图2：属水平前30个物种相对丰度。

弧菌在虾肠中具有双重作用：正常条件下为共生菌，常因宿主营养环境、免疫耐受或其他原因而富集。池塘水为微生物池提供能量，但宿主因素塑造了最终结构;类似的选择也发生在其他甲壳类中。但在压力或免疫受损时，共生弧菌会变成致病性，并且在菌群失调期间与AHPND和WSSV有超过90%的优势。低盐度、营养积累和缺氧等压力源会促进弧菌的生长和毒性。相反，有益的共生菌和免疫机制则抑制致病性。因此，弧菌具有条件性致病性：在平衡状态下有益，但在稳定性失衡时则显性并引发疾病。因此，维持水质和肠道稳态是遏制虾及其他养殖海鲜养殖作业中弧菌风险的关键。

五、微生物多样性：

α多样性衡量特定生态系统内物种的变异。虾肠道微生物群的α多样性深受宿主发育阶段和环境因素的影响。其他研究者的多项研究表明，斑节对虾早期阶段肠道群落会动态建立，随着虾的成熟，逐渐获得丰富度和稳定性的提升。例如，成年斑节对虾肠道微生物群比幼苗更丰富多样，反映出更强的生态系统韧性。相反，压力源或疾病会大幅限制多样性，低多样性将破坏生态稳定性、功能冗余以及宿主对病原体和波动的韧性。

多样化的微生物群提供了功能范围、稳定性、机会性细菌抑制和强健的代谢宿主支持。因此，高肠道多样性对虾的健康和抗病性至关重要。避免突发环境变化，使用益生菌/益生元来保持多样性，有助于稳定肠道生态系统。总体结果显示，斑节对虾肠道α多样性随着发育增加，但在压力或疾病下会下降；因此，维持多样性对于水产养殖的韧性和可持续性至关重要。

六、研究观点：

本研究证明，斑节对虾肠道微生物群与混养殖池水中的细菌群落密切相关但又各有不同。水质参数显示，整个养殖周期中水质变化渐进，氮和磷化合物的增加表明后期富营养化风险更高。高通量测序揭示了肠道和水样中超过350个OTU，其中166个OTU共享，反映了环境多变和宿主选择。

水样表现出更高的丰富性和复杂性，而虾肠道则由特定类群如弧菌主导，这些类群根据环境和宿主条件既具有共生作用，也有机会性作用。α多样性模式表明，肠道微生物多样性在活跃生长阶段达到顶峰，并在压力或潜在的菌群失调下下降。

这些发现共同强调了肠道与水微生物相互作用在水产养殖系统中的生态重要性。未来的研究应跨季节进行采样，采用宏基因组学（研究特定环境中所有生物的所有遗传物质）或代谢组学（研究涉及代谢物的化学过程）来量化功能通路，并在受控的养分和应激梯度下实验性测试宿主-微生物群-环境的相互作用。这将有助于阐明微生物韧性机制，并指导可持续虾类养殖的生态调控。