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这篇综述比较了耦合式海水鱼菜共生系统与海水循环水养殖系统（RAS）中不同栖息地细菌群落的组成差异。研究发现系统设计（如紫外线过滤）和栖息地类型（鱼肠道、生物过滤器、生物膜和水体）共同塑造了微生物组装，进而影响鱼类肠道健康、植物生长和氮循环效率，凸显了集成海洋系统作为可持续食品生产策略的潜力。
在寻求可持续食物生产的背景下，鱼菜共生作为一种整合水产养殖和水培的循环食物生产系统脱颖而出。本研究旨在比较耦合式海水鱼菜共生系统与常规海水循环水养殖系统（RAS）中，不同栖息地（鱼类肠道、生物过滤器、生物膜、水体）的细菌群落结构、组成及功能差异，以阐明系统设计和环境条件如何塑造微生物群落，并探索其对各系统整体效率和生产力的潜在影响。
研究背景与意义
面对农业食品工业的环境影响、耕地退化及自然资源稀缺，发展环境友好型的循环食物生产模式变得至关重要。鱼菜共生通过将水产养殖与水培（无土植物栽培）相结合，利用鱼缸富含营养的水作为无化学肥料供给植物，并依赖硝化、反硝化等微生物过程使水得以回用，展现出节水、高效利用养分、减少合成肥料依赖和废物排放等诸多优势。该系统成功的关键在于对微生物活动的有效调控，这些微生物活动对于鱼和植物的整体健康以及食品安全至关重要。
材料与方法
本研究以鲻鱼（Mugil cephalus）作为鱼类模型，在海盐角草（Salicornia patula）的耦合式鱼菜共生系统和海水RAS中饲养4个月后，采集鱼类肠道、水体、生物膜和生物滤料样品，利用16S rRNA基因测序技术对细菌群落进行表征。RAS单元置于室内恒温建筑中，配备了包括紫外线（UV）过滤器在内的精密水循环系统；而鱼菜共生单元则置于温室内，依靠环境温度运行以降低成本和维护需求。
主要结果
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系统性能与生长表现：鲻鱼在两种系统中均表现出高存活率（>98%）。值得注意的是，鱼菜共生系统中的鲻鱼热生长系数（TGC）显著高于RAS中的个体，表明其生长性能更优。海盐角草的产量达到7.2 ± 0.55 kg/m2，植物存活率达97.6 ± 1.5%。
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细菌丰富度与多样性：
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鱼类肠道：鱼菜共生系统鱼类肠道的细菌多样性和丰富度（Shannon, Simpson, Chao1, ACE指数）普遍高于RAS系统，表明其肠道微生物群落更丰富。
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水体：在RAS中，从鱼缸到生物过滤器，水体细菌丰富度和多样性呈递进性增加，这可能归因于系统设计（如UV过滤）的差异。而鱼菜共生系统各水体单元间的细菌丰富度和多样性则保持相对稳定。
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生物膜：鱼菜共生系统水培池壁和海盐角草根部的生物膜，其细菌丰富度和多样性高于RAS系统鱼缸壁的生物膜。
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生物滤料：两种系统生物滤料上的细菌丰富度无显著差异。
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细菌群落结构与组成：
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鱼类肠道：两种系统鱼肠道均以变形菌门（Pseudomonadota）和假单胞菌属（Pseudomonas）为主，这是硬骨鱼常见的共生菌群。然而，鱼菜共生系统鱼肠道中，浮霉菌门（Planctomycetota）、拟杆菌门（Bacteroidota）和放线菌门（Actinomycetota）的相对丰度显著更高，并含有更多低丰度类群，如分枝杆菌属（Mycobacterium）、红杆菌属（Rubritalea）等。
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水体与生物膜：鱼菜共生系统的水体和生物膜中，富含具有植物促生、抗病和养分循环功能的菌属（如分枝杆菌属、磺胺杆菌属Sulfitobacter、海杆菌属Marivita等），其丰度显著高于RAS。相反，RAS的水体和生物膜中，亮发菌属（Leucothrix）、海岸杆菌属（Litoreibacter）等菌属更为丰富。
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生物滤料：两种系统的生物滤料均存在硝化（如亚硝化单胞菌属Nitrosomonas）和反硝化细菌（如假单胞菌属、芽殖蓝菌属Blastopirellula）的平衡，支持高效的氮循环和水质维持。但鱼菜共生系统滤料中浮霉菌门和放线菌门的相对丰度更高。
讨论
研究发现，鱼菜共生系统中鲻鱼更好的生长表现可能与植物根系代谢物对水体及鱼肠道菌群的影响，或系统水体较高浊度减少了鱼的恐惧反应有关。海盐角草的生长曾出现矿质缺乏迹象（黄化），通过叶面施肥得以恢复，这突显了为鱼菜共生系统设计专用水产饲料，以确保鱼和饲料残渣能为植物生长提供充足微量元素的必要性。
微生物群落分析表明，系统设计和栖息地类型共同决定了微生物的组装。RAS中沿水流方向细菌多样性的增加以及UV过滤器后某些菌属的减少，证实了系统组件（如UV过滤）对微生物群落的选择性影响。鱼菜共生系统中水体微生物组成的稳定性，以及其生物膜和水体中富集的植物促生、抗病相关菌属（如分枝杆菌属、磺胺杆菌属、霍氏菌属Hoeflea等），凸显了该系统在促进植物健康和系统稳定性方面的微生物功能潜力。此外，两种系统生物滤料中硝化与反硝化细菌的共存，是维持高效氮转化和水质的关键。
结论
本研究证明，水产养殖系统中的微生物组装受系统设计和栖息地类型共同驱动。与传统的RAS相比，耦合式鱼菜共生系统培育出了独特的、可能功能更丰富的微生物群落，尤其在植物关联的栖息地中富集了有益菌群。这些微生物群落的差异对鱼类肠道健康、植物生长和整体系统效率具有潜在的功能性影响。研究结果强调了集成式海洋鱼菜共生系统作为一种可持续、高效且环境友好的食物生产策略的巨大潜力。未来的研究可进一步探索优化系统设计（如营养补充策略）以最大化其微生物介导的生态效益。
