《Environmental Microbiology》：An Explicit Test of Kill the Winner: Protistan Grazing and Phage Lysis Differentially Impact Fast-Growing Bacterial Taxa in the Coastal Antarctic
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这篇研究通过为期两个南极夏季的连续稀释实验，首次在南极近海生态系统中实证验证了“杀胜者”（Kill the Winner, KtW）理论的部分适用性。研究发现原生生物和噬菌体对细菌群落的自上而下控制存在显著季节动态，并提出“选择性杀胜者”（Kill Select Winners, KsW）新概念。研究创新性地结合流式细胞术、扩增子测序和生长速率预测工具gRodon，揭示了浮游植物水华后噬菌体优先裂解快速生长的附植细菌（如Marinomonas），而原生生物（如Cryptomonadales）则在后期主导对优势菌Sulfitobacter的摄食。该研究为极地海洋微生物碳循环路径的调控机制提供了关键实证依据。
1 引言
异养海洋浮游细菌（包括细菌和古菌）既是海洋食物网的关键组成部分，也是全球碳循环的重要调节者。它们通过微生物环（microbial loop）将初级生产产生的溶解有机碳重新包装为生物质，进而被食细菌原生生物（protists）和更高营养级利用。而噬菌体（bacteriophage）引发的病毒裂解（viral shunt）则可能将细菌生物量重新转化为溶解有机碳，从而改变碳输出效率。经典生态学理论“杀胜者”（KtW）认为捕食者会优先影响细菌群落中最活跃的成员，但这一机制在动态自然系统中的实证证据仍较缺乏。
南极半岛西部（WAP）海域是研究KtW的理想模型：其微生物群落对环境变化高度敏感，冬季黑暗期以化能自养/寡营养类群为主，夏季光照期则转变为以异养/富营养类群为主。本研究通过两个野外观测季（2022-2023年和2023-2024年夏季）的周度稀释实验，结合流式细胞计数和16S/18S rRNA基因扩增子测序，首次在南极近海系统解析了原生生物与噬菌体对细菌群落的差异化调控机制。
2 材料与方法
研究在帕默站附近E站点的10米水深层进行周度采样。稀释实验设置两个系列：使用0.2微米过滤水（仅去除原生生物）和30 kDa过滤水（去除原生生物和噬菌体）与完整海水按不同比例混合。通过线性模型拟合24小时培养后细菌丰度变化，计算表观生长率斜率作为捕食压力指标。创新性地对每个稀释实验样本进行16S rRNA基因测序，结合gRodon工具预测每个扩增子序列变体（ASV）的最小倍增时间（PRMDT），实现ASV水平的KtW分析。
3 结果
3.1 环境动态
两个观测季的水温、风场和水体分层存在显著差异。2022-2023季后期出现持续东风和弱分层条件，而2023-2024季水体分层更显著。温度差分层指标显示，2024年1月分层强度（1.2°C）显著高于2023年同期（0.8°C）。
3.2 细胞丰度动态
高叶绿素浮游植物在1月初两个季节均出现峰值，但仅2023-2024季在2月中和3月初出现第二次水华。细菌丰度在2023年2月出现异常高值，病毒样颗粒（VLP）丰度则在2023年2月和2024年1月分别达到峰值。溶原性诱导实验显示整个季节溶原化水平较低。
3.3 群落结构演变
16S和18S数据的Bray-Curtis距离显示月份间群落结构差异显著。优势细菌类群包括在2023年2-3月丰度较高的Pelagibacter和Thioglobus，以及在两个季节1月中均占优势的Sulfitobacter。真核生物中以隐藻Cryptomonadales在2024年1-2月占主导地位，其在强分层水体中丰度最高。
3.4 捕食压力季节动态
稀释实验显示原生生物捕食压力在2-3月两个季节均显著增强（生长率斜率变负），而噬菌体裂解在浮游植物水华后立即达到峰值。特别值得注意的是，2024年3月4日的实验显示在水华后细菌生长短暂超过捕食压力。
3.5 ASV水平捕食模式分析
虽然所有细菌都显示相似的季节捕食模式，但特定类群呈现独特响应。快速生长类群（PRMDT<4小时）中仅部分类群（如Marinomonas algicola、Oceanospirillales等）在稀释实验中表现高捕食斜率。尤为特殊的是，慢速生长的Pelagibacter（PRMDT约9小时）也显示高周转率。对Top 10优势ASV的详细分析表明，浮游植物相关菌Marinomonas在2022-2023季更易受噬菌体攻击，而Sulfitobacter在2023-2024季1-2月更易受原生生物捕食。
4 讨论
本研究首次在南极近海发现“选择性杀胜者”（KsW）现象：并非所有快速生长或优势细菌均遭受强烈捕食，仅特定类群同时具备快速生长能力和种群阈值时才会引发显著的上行控制。季节演替模式高度一致：1月初浮游植物水华后，噬菌体优先裂解附植细菌（如PRMDT=1.6小时的Marinomonas）；1月中异养菌Sulfitobacter增殖后主要受原生生物（可能为Cryptomonadales）摄食；2-3月则以大型甲藻（如Gymnodiniaceae）主导的捕食为主。
研究还揭示了水文条件对微生物组装的影响：2022-2023季东风事件导致水体混合，促进深水菌Thioglobus上涌；而2023-2024季的分层条件支持了多次水华。尽管环境条件差异显著，但自上而下控制的季节模式高度保守，表明极地海洋微生物食物网存在稳定的调控逻辑。
该研究通过高分辨率时间序列数据揭示了KtW理论在自然群落的复杂性，为理解极地碳循环的微生物调控提供了新视角。未来需结合宏基因组学和培养实验，进一步解析极地原生生物的摄食偏好性和功能多样性。
