南海北部海域异养细菌与浮游病毒相互作用对珠江冲淡水的响应机制

Heterotrophic bacteria and viroplankton play crucial roles in the global carbon cycle. Heterotrophic bacteria can convert dissolved organic carbon to particulate organic carbon through bacterial production, and convert dissolved organic matter to CO2 and inorganic nutrients through bacterial respiration. On the contrary, particulate organic matter can be converted into dissolved organic carbon and smaller molecule of particulate organic carbon due to the viral lysis, which reduces the output efficiency of organic carbon in the marine ecosystem. The virus-to-bacteria ratio affects the strength of the interaction between heterotrophic bacteria and viroplankton. Why virus-to-bacteria ratio does fall in estuary and adjacent offshore waters? Little is known how the freshwater input regulates carbon flow in the microbial loop by altering the relationship between bacteria and virus. The field investigations will be conducted to examine the heterogeneities about the ecological processes of heterotrophic bacteria and viroplankton along a transect from eutrophic to oligotrophic waters in the northern South China Sea during summer and winter. To explore the influence of the Pearl River discharge on the equilibrium relationship between viroplankton and heterotrophic bacteria, and to reveal the reasons for the low virus-to-bacteria ratio in estuary and adjacent offshore waters. Our main purpose is to reveal the response mechanism of the interaction between heterotrophic bacteria and virus to the input of freshwater from the Pearl River. This study can improve our understanding on carbon biogeochemical processes in the northern South China Sea.

海洋异养细菌与浮游病毒在全球碳循环过程中发挥着至关重要的作用。异养细菌能够转化溶解有机碳为颗粒有机碳，通过微食物环向更高营养级传递，同时异养细菌通过呼吸作用获取能量，并将有机质分解为二氧化碳和无机营养盐；海洋病毒则主要通过裂解异养细菌参与海洋碳循环过程，通过裂解细菌会将颗粒有机碳转化为溶解有机碳与小分子颗粒有机碳，降低有机碳的输出效率。病毒与细菌的丰度比值关系着两者相互作用的强弱，河口近岸海域高细菌丰度环境下两者比值为何反而下降？冲淡水输入如何通过影响细菌与病毒相互关系，进而调节微生物环中碳的流向？这些问题目前尚无定论。本项目计划以珠江口及其近岸海域为研究区域开展现场受控实验，明确珠江冲淡水输入对病毒与细菌生态过程的影响，阐明该区域浮游病毒与异养细菌低比值的形成原因；结合不同营养状况下异养细菌生态过程对病毒调控作用的响应差异，探讨珠江冲淡水输入对南海北部海域碳循环过程的影响。

众所周知细菌是海洋生态系统中生物量最为庞大的类群，左右着海洋有机碳形态及其流向，影响海洋碳循环过程，而病毒是海洋中数量最多的生命体，是细菌主要的致死因子之一，对细菌过程及其群落变化具有显著调控作用。相对于基质对细菌代谢调控作用，病毒对细菌的调控影响还不大为人所知，许多相关结论甚至存在争议。为探究该问题我们开展了一系列研究工作，我们发现: （1）丰水期易降解有机碳的输入，提高了珠江河口细菌生长率，刺激珠江河口细菌的生长，同时由于细菌利用这部分有机碳耗能较低，一定程度上会降低细菌维持生存的能量消耗，降低细菌单个细胞的呼吸速率，致使细菌群落呼吸的增加幅度明显小于其生产力的增加，即降低细菌CO2的释放量；（2）病毒对细菌代谢的净作用确实是增强细菌作为有机碳氧化剂的作用，这其中主要通过抑制细菌合成代谢率并刺激其分解代谢率，但其作用强度通常取决于DOC的可利用性，在DOC生物利用度较低的环境中，病毒对sBP抑制力相对较弱，这可能与该条件下病毒溶原性增加以及病毒溶原性对宿主抵抗力增加有关，病毒感染会显著提高细菌呼吸率，但病毒对细菌细胞呼吸率（sBR）的刺激程度随着DOC可用性的降低而增加。我们的研究对珠江河口“高有机碳输入通量，低CO2释放量”现象做出了新解释，加深了我们对河口碳循环过程的认识，同时为不同有机碳供应下细菌代谢和群落与病毒的相互作用提供了新的见解，并提高了我们对不同营养环境中海洋碳循环的理解。