转自：环境微生物组学
磷是生命不可或缺的元素，它参与细胞结构、能量传递（ATP）、核酸和磷脂的合成等重要生物化学过程。在水生环境中，微生物通过摄取、吸收和释放等途径，迅速地转化和利用多种磷的化学形式，使磷循环成为水体生态系统中的关键环节。磷在全球范围的循环主要涉及岩石圈、水圈和生物圈，特别是在水生生态系统中，磷的循环速度较快并与碳等元素的循环密切相关。
微生物在其中发挥核心作用，使磷的周转时间从几分钟到几个月不等。近年来，随着分子生物学技术的发展，人们发现水生生态系统中的磷循环比以往更为复杂，甚至发现了新的磷代谢途径及还原态磷的存在。在不同水域中，磷的可利用性差异很大。例如，湖泊中的磷浓度范围从皮摩尔级到微摩尔级不等，这与湖泊的位置、大小、汇水流域的土地利用等因素密切相关。另一方面，在海洋的贫营养区（如北大西洋），磷的可利用性则限制了浮游植物的生产力。为适应这种变化，微生物发展出多种策略，如增加对不同磷源的摄取能力、调整储存方式等。
微生物通过磷调控系统（Pho调控子）来响应环境中磷的变化，当磷源缺乏时，Pho调控子激活相关基因，帮助微生物通过高亲和力的转运蛋白获取磷。此外，一些藻类和细菌还可以通过钙信号通路感知磷的变化并作出反应，这些发现使我们对微生物如何感知和应对磷缺乏的理解更加深入。在水生环境中，溶解有机磷（DOP）通常高于无机磷，尤其是在贫营养的海洋区域。微生物可利用磷酸酶分解有机磷并释放出可吸收的无机磷，从而在磷缺乏时获得额外的磷源。研究表明，约14%的全球净初级生产依赖于有机磷的利用。
随着工业化和农业活动的增加，大量磷被引入水体，这导致水体富营养化和有害藻华的频发，形成“死亡区”，对生态系统和社会经济带来负面影响。过量施用磷肥不仅会加速陆地上的磷流失，还会影响沿海和湖泊生态系统中的生物多样性。管理和减少磷污染已经成为保护水生生态系统的关键任务。
University of Arizona副教授Solange Duhamel在 nature reviews microbiology发表题为：The microbial phosphorus cycle in aquatic ecosystems综述论文。文章详细讨论了磷循环中涉及的特定基因、基因转录模式和蛋白质，以及新发现的代谢途径，并探讨了细胞磷分配，控制磷利用、合成和释放的微生物过程从根本上影响了水中磷的储量和转化，从而影响了水生生产力和输出率。此外，本综述还讨论了人类活动对水生磷循环和相关微生物的影响。本评论还讨论了尚未解决的问题，并提出了未来的研究方向，以加深我们对持续的环境变化中水生磷循环不断变化的动态和复杂性的理解。
全球磷循环
微生物水生磷循环
细胞对各种磷物质的获取
人类活动对水生磷循环的影响
参考文献
Duhamel, S. The microbial phosphorus cycle in aquatic ecosystems. Nat Rev Microbiol (2024). https://doi-org.uaccess.univie.ac.at/10.1038/s41579-024-01119-w
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