驱动南海氮循环关键过程的细菌、古菌功能群分布、多样性及活性特征

氮循环是所有生源要素的生物地球化学循环中，与微生物关系最密切、最彻底的元素循环。然而迄今为止南海生态系统尚未有详细的微生物介导的氮循环研究，并且存在着许多不确定的科学问题亟待解决。本申请课题根据申请者在南海已有的工作基础和认识，以分子生物（生态）学方法为主要技术手段，以与海域生物地球化学数据配合分析的科研思路，着重开展南海生态系统中占重要地位的两个氮循环关键过程的微生物功能群研究，包括固氮功能群(nifH)、氨氧化功能群(amoA)、亚硝酸氧化功能群(norB)的研究，并探讨南海氮循环关键过程可能的耦合过程和机制。以期达到如下研究目标：1）厘清南海典型环境固氮生物群落分子生物学特征、各主要类群分布特征，及对南海氮输入的贡献；2）确定氨氧化古菌的深度分布模式，及其在南海的主要生态小生境；3）给出南海亚硝酸氧化细菌群落的多样性特征，确认其与氨氧化过程的耦合，确认南海N2O产生的硝化作用贡献。

氮的生物地球化学循环几乎完全依赖于海洋生态系统中丰富的微生物，因此介导氮循环关键过程的微生物的生态过程与机制是一个至关重要的研究焦点。本项目瞄准这一前沿课题，以分子生物学和生态学方法为主要技术手段，通过氮循环不同过程关键功能基因的定量、分布、多样性研究，探讨了氮循环关键过程功能群在南海的重要作用以及相互关系。揭示了南海固氮菌群的多样性特征及其受中尺度冷涡影响的群落空间结构差异；揭示了河口氨氧化、反硝化基因多样性、丰度及群落结构，指出在有机物和营养盐不受限制的高悬浮颗粒物河口区域，当溶解氧浓度降到合适的水平，硝化-反硝化的耦合作用将对河口脱氮起重要作用；在南海部分海域开展的亚硝酸盐氧化菌的研究，获得了填补南海该项研究空白的第一手数据资料；以南海附近浅海热液区典型生态系统为例，探讨了细菌、古菌群落结构及其所介导的碳、氮、硫循环之间的耦联；在南海开展的细菌、古菌群落的高通量测序分析揭示了群落结构特征及时空演替规律和机理。本项目研究链接了微生物功能群与海洋氮循环，为认识全球尺度的碳-氮循环耦合提供了新的视角和资料。