趋磁细菌（Magnetotactic bacteria, MTB）作为铁、硫元素循环的关键驱动者，通过生物矿化磁小体介导环境铁形态转化，近些年来逐渐发现一类具有感磁能力的真核生物，体内也含有与趋磁细菌类似的磁性纳米颗粒组成的磁小体，这类生物被称为感磁原生生物（Magnetically responsive protists，MRPs），是指能够对磁场变化做出响应的原生生物总称。目前的研究认为，其磁小体主要源自细胞内合成、与其他细菌的共生关系以及捕食趋磁细菌三种方式，并且捕食趋磁细菌这一过程中与真核生物的互作机制及生态效应尚未明晰。本研究聚焦青岛潮间带自然环境中的感磁原生生物多样性，同时为探究感磁原生生物通过捕食获取磁小体这一途径，构建趋磁细菌-剧毒卡尔藻捕食模型，并结合转录组学手段探究其分子调控网络，以解析趋磁细菌在海洋食物网与元素循环中的生态功能。

研究发现潮间带感磁原生生物以纤毛虫和鞭毛虫为主，存放一年后峰值达734 ind./dm³。通过建立剧毒卡尔藻（Karlodinium veneficum）与趋磁细菌MO-1、HH-1的互作体系，以探究感磁原生生物通过捕食获取磁小体这一途径。实验分为四组：未摄食MTB的藻类（对照组，K组）、摄食单一菌株MO-1（M组）、摄食单一菌株HH-1（H组）以及摄食混合菌株MO-1 + HH-1（T组）。经过自发荧光现象证实甲藻可通过捕食趋磁细菌，但透射电镜显示磁小体链在藻细胞内分散排列，未能使甲藻出现明显趋磁行为。对藻细胞内外进行铁浓度测量，混合菌组（MO-1+HH-1）的铁浓度波动程度最高，胞外铁24h达到峰值（0.138 ± 0.004） μM，释放效率提升68.99%，胞内铁在24h时高于初始荧光强度55.11%。与无藻对照组（去除K. veneficum后添加MTB）比较发现趋磁细菌的磁小体溶解释放效率，依赖于藻细胞的摄食行为。

从不同时间和不同处理的角度分组比较进行藻细胞的无参转录组分析，发现所富集到的功能不同。24小时与0小时对比（K_24 vs K_0）：差异表达基因（Differentially Expressed Genes）主要富集在转录调控和细胞氨基酸代谢等生物过程，以及催化活性和氧化还原酶活性等分子功能。这表明藻细胞在异养生长初期通过调整基础代谢来适应环境。48小时与0小时对比（K_48 vs K_0）：DEGs富集到转录和DNA结合等功能，表明藻细胞在异养生长阶段的基因表达变化可能受内部生物钟驱动。24小时与48小时对比（H_24 vs H_48、M_24 vs M_48、T_24 vs T_48）：这些组的DEGs在核糖体和催化活性等功能上显著富集，表明藻细胞在摄食MTB后，通过增强蛋白质合成与催化活性来提高生长优势。

实验处理角度的关键比较组分析发现，24小时处理对比：T_24处理组与K_24对照组相比，DEGs在光合作用、RNA降解和寿命调节通路等方面显著富集，表明趋磁细菌处理影响了藻细胞的光合作用效率和环境适应性。48小时处理对比：T_48处理组与K_48对照组相比，DEGs在光合作用、核糖体和寿命调节通路等方面显著富集，表明趋磁细菌处理对藻细胞的长期影响涉及能量代谢和蛋白质合成。

通过对铁代谢和光合作用相关的表达基因进行分析，推测处于异养阶段的剧毒卡尔藻细胞可能存在铁浓度梯度响应，即当其通过吞噬外界细胞获取的铁离子高于一个阈值，产生毒性，会激发藻细胞作出应激响应，具体表现可能是其光合作用自养生长被再次促发消耗体内过高的铁离子，从而维持体内的铁稳态。

核心基因富集分析利用加权基因共表达网络(WGCNA)识别显著性模块，分析发现在蛋白质磷酸化、信号传导和能量代谢等过程中显著富集，表明在细胞增殖和应激响应中起关键作用，影响了藻细胞的光合作用、RNA降解和代谢途径，显著调控藻细胞核糖体合成和氧化应激通路，在能量代谢和环境适应性方面发生了重要变化。

本文阐明了青岛潮间带感磁原生生物以纤毛虫和鞭毛虫为主的群落特征及其动态规律，通过构建趋磁细菌-剧毒卡尔藻互作模型，发现甲藻的摄食行为可以促进铁元素溶解与释放，为甲藻和趋磁细菌的互作关系提供了新视角，说明原生生物介导的铁元素溶解释放机制是海洋铁循环的一条重要途径。转录组分析表明，捕食趋磁细菌之后，藻细胞可以通过调控光合作用、RNA降解及能量代谢等途径来适应环境，从分子生态学层面明确了两者之间的互作带来的生态学效应。

第1章 绪论............................................................................... 1

1.1 趋磁细菌............................................................................................................ 1

1.2 趋磁细菌的生态分布........................................................................................ 2

1.3 趋磁细菌在铁循环中的作用............................................................................ 3

1.4 感磁原生生物.................................................................................................... 5

1.4.1 感磁原生生物简介..................................................................................... 5

1.4.2 感磁原生生物多样性................................................................................. 5

1.4.3 感磁原生生物的生态分布......................................................................... 8

1.5 本研究的目的和意义...................................................................................... 10

第2章 感磁原生生物多样性分析.............................................. 12

2.1 引言.................................................................................................................. 12

2.2 材料与方法...................................................................................................... 12

2.2.1 潮间带沉积物样品采集........................................................................... 12

2.2.2 感磁原生生物的观察与计数................................................................... 13

2.2.3 透射电子显微镜观察感磁原生生物....................................................... 14

2.2.4 感磁原生生物的18S rRNA分析............................................................ 15

2.3 实验结果.......................................................................................................... 16

2.3.1 感磁原生生物形态的多样性................................................................... 16

2.3.2 潮间带感磁原生生物的丰度................................................................... 18

2.3.3 感磁原生生物的18S rRNA分析............................................................ 18

2.4 讨论.................................................................................................................. 18

2.5 小结.................................................................................................................. 19

第3章 趋磁细菌与剧毒卡尔藻的实验生态学研究...................... 20

3.1 引言.................................................................................................................. 20

3.2 材料与方法...................................................................................................... 21

3.2.1 菌种与实验条件....................................................................................... 21

3.2.2 藻种与实验条件....................................................................................... 25

3.2.3 荧光显微镜、透射电子显微镜观察剧毒卡尔藻捕食趋磁细菌........... 26

3.2.4 捕食趋磁细菌对剧毒卡尔藻生长的影响............................................... 26

3.2.5 趋磁细菌介导的剧毒卡尔藻胞内外铁浓度变化................................... 27

3.3 实验结果.......................................................................................................... 28

3.3.1 荧光显微镜、透射电子显微镜下观察剧毒卡尔藻捕食趋磁细菌....... 28

3.3.2 捕食趋磁细菌促进异养生长活跃阶段的剧毒卡尔藻生长................... 29

3.3.3 捕食趋磁细菌提升剧毒卡尔藻细胞内外铁浓度................................... 31

3.4 讨论.................................................................................................................. 34

3.5 小结.................................................................................................................. 35

第4章 剧毒卡尔藻捕食趋磁细菌的无参转录组学分析............... 36

4.1 引言.................................................................................................................. 36

4.2 实验材料及处理.............................................................................................. 36

4.3 RNA-seq数据的生物信息学分析................................................................... 36

4.4 结果与分析...................................................................................................... 37

4.4.1 转录组测序数据组装结果....................................................................... 37

4.4.2 差异表达基因（DEGs）的表达分析...................................................... 42

4.4.3 DEGs的GO富集分析.............................................................................. 44

4.4.4 DEGs的KEGG富集分析........................................................................ 49

4.4.5 WGCNA分析............................................................................................ 55

4.5 讨论.................................................................................................................. 60

4.6 小结.................................................................................................................. 61

第5章 结论、创新点及展望..................................................... 62

5.1 结论.................................................................................................................. 62

5.2 创新点.............................................................................................................. 62

5.3 展望.................................................................................................................. 63

参考文献..................................................................................... 64

致 谢......................................................................................... 70

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果..... 71