北京
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（来源：生态修复网）
近日，中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士和戚菁研究员（共同通讯）在The ISME Journal发表了题为“Photosynthesis-driven interactions in the phycosphere enhance bacterial extracellular superoxide production ”的研究论文，揭示了藻类光合作用可通过增强细菌胞外超氧化物产生，在藻际微环境中构建高活性氧“热点”。
胞外超氧化物（O₂•⁻）是自然水体中广泛存在的活性氧物种，在元素循环、污染物转化和微生物生态中发挥着关键作用。
近年来，异养细菌被认为是水体中胞外超氧化物的重要生物来源，然而在藻菌共生的藻际微环境中，细菌胞外超氧化物的产生如何受藻类活动调控，其生态功能又是什么，此前尚不清楚。
本研究通过构建水华蓝藻铜绿微囊藻与假单胞菌的共培养模型，发现光照条件下共培养体系的胞外超氧化物产量较细菌纯培养提高约3倍，并在碳饥饿阶段达到峰值。借助膜分离实验，研究证实藻类释放的可扩散因子是刺激细菌产生活性氧的关键；而光电化学检测则发现，共培养体系的光电流比藻类纯培养高出20.4%，且胞外NADP(H)显著积累，表明光合作用增强了胞外还原性微环境。
进一步的代谢组学和转录组学分析揭示了三层机制：一是藻类来源的NADPH等还原性辅因子可通过细菌膜结合的类NADPH氧化酶活性，将分子氧单电子还原为超氧化物；二是藻际微环境中铁竞争加剧促使细菌大量分泌儿茶酚型铁载体，铁载体介导的铁扰动干扰了细菌呼吸链电子传递，导致电子泄漏产生超氧化物；三是细胞色素c和叶绿素a等胞外氧化还原活性及光活性组分进一步增强了该效应。
功能上，碳饥饿期间共培养体系对磺胺甲恶唑的去除速率是细菌纯培养的2.6倍；淬灭胞外活性氧则显著削弱了共培养体系在多种化学胁迫下的代谢活性以及对碳、氮、磷等营养基质的利用能力，表明这些生物源活性氧在污染物转化、胁迫耐受和元素周转中发挥着重要生态功能。尽管该研究揭示了藻际微环境中光合作用驱动的活性氧增强机制，但当前结论主要基于实验室可控条件下的模式菌株共培养体系，真实水体中这一过程的环境贡献度、群落水平上的普适性以及季节性、光照梯度和营养状态变化对其调控强度的定量影响，仍有待结合野外原位观测和宏转录组学等手段进一步验证。
该工作拓展了人们对光合区微生物群落中活性氧产生与调控机制的认识，也为理解自然水体中污染物自然衰减和元素生物地球化学循环提供了新的科学基础。
(生态修复网)
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