The Abundance and Diversity of Fungi in a Hypersaline Microbial Mat from Guerrero Negro, Baja California, México

墨西哥下加利福尼亞州 Guerrero Negro 高鹽微生物墊中真菌的豐度和多樣性

來源：J. Fungi 2021, 7, 210.

 

一、摘要概述

 

本研究首次通過 qPCR定量 和 宏基因組測(cè)序 技術(shù)，系統(tǒng)分析了墨西哥瓜納羅內(nèi)格羅高鹽微生物墊（0–7 mm深度）中真菌的豐度與多樣性。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

 

真菌豐度：真菌18S rRNA基因拷貝數(shù)為10?–10?/g，比細(xì)菌低2個(gè)數(shù)量級(jí)（圖2，表2）。

 

 

垂直分布：真菌在2–5 mm層（高氧波動(dòng)區(qū)）豐度最高（圖2）。

多樣性：鑒定出56個(gè)真菌分類單元，分屬 子囊菌門（主導(dǎo)）、擔(dān)子菌門和微孢子蟲門（圖4A）。

 

功能推測(cè)：真菌可能參與營(yíng)養(yǎng)循環(huán)、寄生調(diào)控及反硝化過程（如鐮刀菌屬 Fusarium 的反硝化潛力）。

 

二、研究目的

 

填補(bǔ)知識(shí)空白：揭示高鹽微生物墊中真菌的垂直分布規(guī)律（此前研究集中于細(xì)菌/古菌）。

功能探索：解析真菌在極端環(huán)境（高鹽、氧梯度）中的生態(tài)角色。

方法創(chuàng)新：結(jié)合毫米級(jí)分層采樣與高通量技術(shù)，提升分辨率。

 

三、研究思路

 

采用 “原位采樣→分層分析→功能關(guān)聯(lián)” 策略：

 

采樣設(shè)計(jì)：

采集瓜納羅內(nèi)格羅鹽場(chǎng)高鹽微生物墊（鹽度125 ppt），按 1 mm間隔 分層（0–7 mm）（圖1C）。

 

多維度檢測(cè)：

環(huán)境參數(shù)：氧梯度（Unisense電極）、顯微結(jié)構(gòu)（圖1B）。

生物量：qPCR定量真菌/細(xì)菌基因拷貝數(shù)（圖2）。

多樣性：宏基因組測(cè)序分析真菌群落（圖4）。

數(shù)據(jù)分析：

統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)（Kruskal-Wallis）、群落相似性（SIMPER）、功能推測(cè)（文獻(xiàn)比對(duì)）。

 

四、關(guān)鍵數(shù)據(jù)及其研究意義

1. 氧梯度與微環(huán)境（表1，圖3）

 

 

數(shù)據(jù)來源：Unisense電極測(cè)量氧濃度（方法2.2）。

結(jié)果：

表層（0–1 mm）：氧濃度200–800 μM（晝夜波動(dòng)小）。

中層（1–3 mm）：氧劇烈波動(dòng)（0–1200 μM），晝夜差異最大。

深層（>4 mm）：持續(xù)缺氧（圖3）。

意義：首次量化微生物墊毫米級(jí)氧梯度，為真菌垂直分布提供環(huán)境背景。

 

2. 真菌豐度垂直分布（圖2，表2）

 

數(shù)據(jù)來源：qPCR定量18S rRNA基因拷貝數(shù)。

結(jié)果：

最高豐度：2–5 mm層（10? copies/g），如Layer 3達(dá)3.12×10? copies/g。

最低豐度：表層（0–1 mm）和深層（6–7 mm）（圖2A）。

意義：揭示真菌在 高氧波動(dòng)區(qū)（中層）富集，暗示其對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性。

 

3. 真菌多樣性（圖4，表3–4）

 

 

 

數(shù)據(jù)來源：宏基因組測(cè)序（4個(gè)上層樣本）。

結(jié)果：

優(yōu)勢(shì)門：子囊菌門（Ascomycota, >80%），擔(dān)子菌門（Basidiomycota）、微孢子蟲門（Microsporidia）（圖4A）。

關(guān)鍵屬：鐮刀菌屬（Fusarium）、嗜熱霉菌屬（Thermothelomyces）、梨形孢屬（Pyricularia）（圖4D）。

功能類群：腐生菌（如 Saccharomycetales）、病原菌（如 Fusarium）、反硝化菌（如 Aspergillus）（表4）。

意義：真菌群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定（層間相似性>90%），支持其跨氧梯度生存能力。

 

五、結(jié)論

 

真菌廣泛分布：存在于0–7 mm所有層，豐度峰值在2–5 mm（氧波動(dòng)區(qū)）。

多樣性特征：子囊菌門主導(dǎo)，含腐生、病原及反硝化功能類群。

生態(tài)角色：

營(yíng)養(yǎng)循環(huán)：腐生菌降解有機(jī)物（如 Saccharomycetales）。

群落調(diào)控：病原菌可能調(diào)控微生物組成（如寄生）。

氮循環(huán)：反硝化菌（如 Aspergillus）可能貢獻(xiàn)N?O排放（溫室效應(yīng)）。

潛在作用：真菌菌絲可能連接不同氧區(qū)，穩(wěn)定墊層結(jié)構(gòu)并介導(dǎo)物質(zhì)交換。

 

六、丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)解讀

1. 技術(shù)原理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

 

技術(shù)原理：

Unisense微電極基于 安培法，實(shí)時(shí)檢測(cè)溶解氧濃度（μM）。

校準(zhǔn)：空氣飽和鹽水（高氧）vs. 氮?dú)夤呐蓰}水（無氧）。

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景：

測(cè)量微生物墊0–4 mm層氧濃度，區(qū)分晝夜變化（正午 vs. 午夜）。

 

2. 關(guān)鍵結(jié)果與意義

 

數(shù)據(jù)來源：表1（氧濃度范圍）、圖3（氧梯度與群落關(guān)聯(lián)）。

結(jié)果：

氧梯度顯著：表層（200–800 μM）→中層（0–1200 μM）→深層（缺氧）。

晝夜波動(dòng)：中層（1–3 mm）氧變幅達(dá)1200 μM（圖3）。

意義：

解釋真菌分布：真菌豐度峰值（2–5 mm）與 高氧波動(dòng)區(qū) 重合，暗示其適應(yīng)動(dòng)態(tài)氧化還原環(huán)境。

支撐功能推測(cè)：缺氧層（>4 mm）存在反硝化真菌（如 Aspergillus），與反硝化功能關(guān)聯(lián)。

方法學(xué)價(jià)值：毫米級(jí)分辨率揭示微環(huán)境異質(zhì)性，為群落-環(huán)境關(guān)聯(lián)研究提供技術(shù)標(biāo)桿。

 

3. 研究?jī)r(jià)值

 

生態(tài)學(xué)意義：氧梯度驅(qū)動(dòng)微生物垂直分區(qū)，真菌可能通過菌絲網(wǎng)絡(luò)跨層傳輸物質(zhì)/信號(hào)。

氣候關(guān)聯(lián)：真菌反硝化或貢獻(xiàn)N?O排放（298倍CO?溫室效應(yīng)），提示微生物墊的潛在氣候影響。

技術(shù)示范：Unisense電極適用于極端環(huán)境微尺度監(jiān)測(cè)，為類似研究（如深海沉積物）提供范本。

 

七、研究意義

 

理論創(chuàng)新：突破微生物墊研究中“真菌盲區(qū)”，確立真菌為關(guān)鍵功能組分。

方法貢獻(xiàn)：毫米級(jí)分層+多組學(xué)整合，為復(fù)雜微生物群落研究提供新范式。

應(yīng)用潛力：真菌反硝化機(jī)制或用于廢水脫氮，病原真菌數(shù)據(jù)庫(kù)助力生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。