来源：马普学会                                                       发布时间：2021年11月3日

       海草广泛分布于温带和热带海域的浅海沿岸地区，保护海岸线免受风暴潮的侵蚀，并每年吸收数百万吨二氧化碳。到目前为止，海草生长所需的氮通常被认为是从周围的海水和沉积物中获取，但在许多海草生长最茂盛的地区，几乎找不到氮。近日，德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所、HYDRA 海洋科学研究所和瑞士联邦水科学和技术研究所（EAWAG）的一项合作研究表明，地中海的海草与其根部细菌共生，并提供生长所需的氮。这种共生关系以前只存在于陆生植物中。

       来自德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所、德国HYDRA 海洋科学研究所和瑞士联邦水科学和技术研究所（EAWAG）的合作团队，在研究中发现了海草的微观伙伴：生活在植物根部的细菌共生体将N₂转化为植物可以使用的形式，并描述了海草和细菌之间这种密切关系的运作方式。这是首次在海草中发现如此亲密的共生关系。共生关系以前只在豆科植物、小麦和甘蔗等重要的农业作物中发现，它们向这些细菌提供碳水化合物和其他营养物质以换取固定的氮。而该研究发现，海草和它的共生生物之间也发生了非常相似的代谢产物交换。

       研究团队将这些生活在海草根部的细菌命名为Celerinatantimonas neptuna，以它们的宿主海王星草(Posidonia)命名。先前已发现C. neptuna的亲属与海藻有关。研究人员推测，一亿年前当海草从陆地迁移到海洋时，它们可能从海藻中吸收了细菌，并复制了在陆地上非常成功的生态系统，然后，为了在营养贫乏的海水中生存，获得了一种海洋共生体。目前的研究着眼于地中海的Posidonia属。然而，这种共生也可能发生在其他地方。遗传分析表明，热带海草和盐沼中也存在类似的共生关系。通过这种方式，这些开花植物设法在水里和陆地上的各种看似缺乏营养的栖息地上定居下来。

       随着季节的变化，沿海水域中营养物质的含量也会发生变化。在冬季和春季，水和沉积物中的营养物质似乎足以供海草生长。此时在植物根部发现的分散共生体不是很活跃。在夏季，当阳光增加，越来越多的藻类生长并消耗少量的可用营养物质时，氮很快变得稀缺，然后共生体就发挥作用，直接为海草提供生长所需的氮。这就是海草在夏季环境中营养最缺乏时达到最大生长的原因。

       目前的研究是要把整个生态系统联系起来，从海草生产力到生活在其根部为系统提供养分的共生体。为实现这一目标，研究人员使用了各种方法来尽可能全面了解这种共生关系：在地中海水域中进行氧气测量揭示海草草甸的生产力；采用荧光原位杂交(FISH)，标记单个细菌物种，可视化海草根细胞内和根细胞之间的细菌；利用质谱仪NanoSIMS 显示单个细菌的活性；基因组和转录组分析揭示哪些基因可能对相互作用特别重要。

       研究人员表示，下一步是更详细地研究这些新细菌。希望在实验室中将它们分离出来，以进一步研究共生是如何运作的以及它是如何发展的。

原文链接：A natural CO₂-sink thanks to symbiotic bacteria

编译：谢梦飞