东海微生物气溶胶的丰度和群落结构变化及影响机制

Airborne microorganisms are one of important component of atmospheric aerosols, which may have significant impacts on the physicochemical characteristics of the atmosphere, climate, ecosystem and human health, etc. On one hand, airborne microorganisms over the oceans are influenced by the long-range transport of terrestrial microbes. On the other hand, the oceans themselves can eject different types of microorganisms by bubble-bursting mechanism. Nonetheless, little is known about the abundance, community structure and size distribution of microorganisms in the marine atmospheric boundary layer. In this study, Huaniao island will be chosen as a long-term observation site, along with the four-season cruises over the East China Sea and application of advanced molecular technologies, to obtain the first-hand data of abundance and community structure of airborne microorganisms over the East China Sea. Simultaneously, the chlorophyll, organic carbon and microbes in seawater and chemical composition of aerosols will be measured for investigating the sources and transport of airborne microorganisms and their potential climate effect and interaction with marine ecosystem. This study will provide scientific foundation for fully understanding the roles of aerosols in the climate change and air-sea interaction.

微生物气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，可能对大气的理化特性、气候、生态系统、人体健康等各方面产生不可忽视的影响。海洋一方面受长距离传输陆源微生物气溶胶的影响，另一方面其本身富含的各种微生物也会通过气泡破裂机制进入大气，但目前对于海洋大气边界层中微生物的丰度、群落结构、粒径分布等知之甚少。本项目将以东海花鸟岛为长期观测点，搭载四个季节的东海航次，采用先进的分子生物学技术，获取东海微生物气溶胶丰度和群落结构变化的第一手资料，并结合同步观测的海水叶绿素、有机碳、微生物群落结构等和气溶胶化学组分数据，研究微生物气溶胶的来源、传输、特性及其潜在气候效应以及与海洋生态系统的相互作用。本项目将对全面认识气溶胶特性（包括理化、生物特性）、气候效应、海-气相互作用提供重要科学基础。

微生物是大气气溶胶的重要组成部分，可能对气溶胶的理化特性、气候、生态系统、人体健康等产生不可忽视的影响。海洋一方面受陆源传输微生物气溶胶的影响，另一方面其本身富含的微生物也会通过气泡破裂机制进入大气，但目前对于海洋大气边界层中微生物的丰度、群落结构、粒径分布等知之甚少。.本项目对东海花鸟岛3年和黄东海4个季节采集的大气气溶胶样品进行了化学成分、微生物群落结构和丰度粒径分布的分析，获取了东海近海和开阔大洋大气边界层中细菌和真菌的分布变化规律、来源及影响因素。与东海近海相比，相同季节黄东海气溶胶细菌的多样性指数更低，说明其种类组成更为简单。近海花鸟岛大气中Chloroplast占比春季最高冬季最低，与陆地植物和海洋藻类生长均有关系。优势菌群拟甲色球藻属、微红微球菌属、脆弱球菌属可能主要来自下垫面（海滩岩石），会受到环境因子温度、风速、相对湿度影响。甲基杆菌属在冬季平均占比最高，与陆地人为源有显著正相关关系。黄东海夏季大气中细菌丰度约为每立方米几十万，主要分布在粗颗粒中；但近岸人为污染较高时也会大量附着在细颗粒上。黄东海大气中主要含海洋源微生物，如盐单胞菌属和远洋杆菌属。盐单胞菌属在大气和海水微表层均为最优势菌属，但在表层海水中含量较低，层级聚类分析也显示气溶胶与微表层样品聚为一类，说明细菌会在微表层富集，然后通过气泡破裂形式进入大气。黄东海大气中交链孢霉属为春、夏、秋季最优势真菌属，冬季含量最高的是曲霉属。沙尘天时，近海与开阔大洋细菌气溶胶的群落组成相似，指征矿尘的地嗜皮菌属均占据主导地位。.研究表明微生物对于指征一次气溶胶的来源有重要意义，大气和海水微表层优势菌群的比对分析可为一次海洋气溶胶的产生机制提供佐证。研究结果为深入探究大气气溶胶的组成特性、其与云的相互作用及气候效应提供了科学基础，也为保护沿海地区人群健康、农业生产和海洋生态安全提供了科学依据。