中国典型河口环境中病毒介导碳循环过程

Estuaries are the intersection area of riverine and marine ecosystems, which has an important ecological status to regulate the land-sea material exchange and energy flow. However, the estuary environment is affected by increasing human activities, which is a typical ecologically fragile area. Therefore, it is urgent to understand the underlying mechanism of the estuarine ecosystem and its biogeochemical effects. The recently proposed "Microbial Carbon Pump" (MCP) theory shows that long-term preservation of recalcitrant dissolved organic carbon produced by microbial metabolism is also an important mechanism of the marine carbon cycle. However, the study of marine microbial mediated estuarine carbon cycle is still limited at present, especially the process of viral mediated carbon cycle. Therefore, under the framework of MCP theory and on the basis of the applicant's existing research on marine viral ecology, this study focused on the interaction between viruses and bacteria as the two important microorganisms in marine carbon cycle, and carried out research on the following three key scientific issues: 1) the basic correspondence between viruses and bacteria in typical estuarine environments of China and their changes with the environment; 2) the effect of freshwater and seawater mixing on viral ecodynamics and the main mechanisms of viral-bacterial interaction in typical estuarine environments of China; 3) the effect of carbon cycle mediated by viral production and degradation.

河口是河流和海洋生态系统的交汇区，调节和改变陆海物质交换和能量流动，具有非常重要的生态地位。然而当今河口环境受到日益增强的人类活动影响，是典型的生态脆弱区。因此迫切需要了解河口生态系统的内在运作机制及其生物地球化学效应。新近提出的“微型生物碳泵”（MCP）理论，表明微生物代谢产生惰性溶解有机碳（RDOC）而长期保存下来也是重要的碳循环机制。目前影响河口碳循环的海洋微型生物相互作用研究尚浅，特别是病毒介导的碳循环过程。据此，本研究在MCP理论框架下，在申请人已有的海洋病毒生态学研究的基础上，抓住病毒与细菌这两大类海洋碳循环的重要微型生物类群，聚焦二者相互作用，针对以下三个关键科学问题展开研究：1）中国典型河口环境中病毒与细菌的基本对应关系及其随环境变化的基本规律；2）中国典型河口环境中淡咸水混合对病毒生态动力学和病毒-细菌相互作用的影响以及主要机制；3）病毒裂解和降解作用介导的河口碳循环效应

河口是河流和海洋生态系统的交汇区，调节和改变陆海物质交换和能量流动，具有非常重要的生态地位。然而当今河口环境受到日益增强的人类活动影响，是典型的生态脆弱区。因此，迫切需要了解河口生态系统的内在运作机制及其碳循环过程。本研究在“微型生物碳泵”理论框架下，抓住病毒与其宿主（主要为细菌）这两大类海洋碳循环的重要微型生物类群，聚焦二者之间相互作用的主要过程与环节，在不同时空的典型河口环境中，开展病毒生态动力学实验，来探究典型河口环境中病毒与细菌的基本对应关系及其时空上的基本变化规律，解析河口环境中淡咸水混合对病毒生态动力学和病毒−细菌相互作用的影响以及主要作用机制，以及评估病毒裂解及降解介导的碳循环效应。通过对上述内容的研究，发现在珠江口区域，淡咸水的混合对病毒生态动力学有显著影响，抑制病毒生产力和病毒降解率。在中国南海，模拟的海洋沉降过程降低了病毒介导的细菌死亡率，但通过增加爆发量大小并触发从溶原性侵染到裂解性侵染策略的转换，显著增加裂解性和溶原性的病毒生产力，表明病毒在海洋垂直沉降过程中的潜在重要性。病毒−细菌相互作用在九龙江口的潮汐作用下呈现周期性变动规律。通过分析全球范围内已发表的河口环境病毒生态学数据，发现河口环境中温度，盐度等环境因子对病毒生态学动力学，群落结构和多样性有调控作用。这项研究较系统地认识了我国典型河口环境中病毒的生态动力学过程的时空变化，解析了淡咸水的混合对河口病毒生态动力学和病毒−细菌相互作用的影响，并初步阐释了病毒裂解和降解对河口溶解有机碳库的贡献。