珊瑚共生体中微环境调控的关键氮循环过程研究

Nitrogen (N) is a key component in maintaining the high productivity and regulating the health of coral reef system. The coral holobiont is a complex symbiotic system which consists coral hosts, algal symbionts and microbes. It has been hypothesized that the N dynamics in the coral holobiont is crucial in sustaining the health and resilience of coral system. However, quantitively study on the N transformations in the coral holobiont remains limited. Low dissolved oxygen (DO) and low pH microenvironment has long been observed in coral and has recently been substantially refined by using microelectrode technique. Nevertheless, the N dynamics in such microenvironment is largely unexplored. By using isotope labeling and microelectronic techniques, this study focus on measuring the rates of multiple N transformation pathways and exploring how the microenvironment regulates N dynamic in the coral holobiont. The results are expected to disclose the spatial-temporal variation of N dynamics in the coral holobiont and to improve our understanding of N biogeochemistry in coral system.

良好的氮循环是维持珊瑚礁生态系统健康和高生产力的关键。自珊瑚中由珊瑚宿主、共生虫黄藻以及各种微生物所组成的复杂的共生系统被报道和证实以来，微生物所介导的共生体内的氮循环就被猜测为维持共生关系平衡健康的重要因素。然而，目前针对珊瑚共生体内部的氮循环关键过程研究还很欠缺。珊瑚体内的缺氧和低pH的微环境很早就被观察到，但随着微探针技术的进步，最近对于珊瑚体内微环境的探测和认识更显精细。然而对这些微环境在珊瑚共生体生命活动中的作用还知之甚少。尤其是微环境如何影响和调控珊瑚共生体中的氮循环过程，几乎是珊瑚系统氮循环研究中空白的一隅。本研究以多同位素示踪技术和微电极技术为主要研究手段，系统研究珊瑚共生体中氮循环关键过程及其速率，并探讨其与微环境及其变异的相关关系，旨在深入揭示微环境调控下的珊瑚共生体关键氮循环过程的时空格局，解析微环境对珊瑚共生体的氮循环和健康以及对珊瑚系统生物地球化学循环的影响和意义

微生物介导的珊瑚共生体氮循环是维持珊瑚共生体关系平衡与健康的重要机制。由于珊瑚共生体特殊的生理特征，其体内和体表存在着复杂且动态的微环境。这些微环境在珊瑚共生体生命活动中的作用还知之甚少，尤其是微环境如何影响和调控珊瑚共生体中的氮循环过程，几乎是珊瑚系统氮循环研究中空白的一隅。通过微探针技术和多同位素示踪技术联用，本研究深入刻画了珊瑚共生体体内和体外溶解氧微环境的时空变异特征，揭示了不同营养环境及温度下珊瑚体表溶氧变化及缺氧边界层的移动。较为深入地量化了珊瑚共生体固氮、硝化和反硝化速率在不同溶氧条件下的差异，揭示了固氮、硝化和反硝化过程随珊瑚共生体光合以及呼吸作用导致的溶解氧昼夜周期动态的变异格局。首度报道了珊瑚礁系统中的底栖固氮热点并示踪其向珊瑚共生体传输DDN的路径及其归宿。