南海北部微生物生态过程对珠江冲淡水和增温的响应机制

Heterotrophic bacteria play a key role in global carbon cycling, by converting dissolved organic carbon to particulate organic carbon through bacterial production and by converting dissolved organic matter to CO2 and inorganic nutrients through bacterial respiration. Bacterial growth is primarily regulated by organic carbon, nutrients, viruses and protist. Little is known on how exogenous organic carbon and warming regulate carbon flow in the microbial loop by altering bacterial metabolic activity, viral lysis and protist grazing. Our proposal focuses on the response of bacterial production and respiration and bacterial mortality induced by viral lysis and protist grazing to the Pearl River discharge and warming in the northern South China Sea. The field investigations will be conducted to examine bacterial production and respiration, and bacterial mortality induced by viral lysis and protist grazing along a transect from eutrophic to oligotrophic waters in the northern South China Sea during summer and winter. In addition, bioassays experiments will be conducted to determine effect of warming on bacterial production and respiration, and bacterial mortality induced by viral lysis and protist grazing on the shipboard. The research output will identify the response of bacterial production and respiration and bacterial mortality induced by viral lysis and protist grazing to the Pearl River discharge and warming and improve our understanding of carbon biogeochemical processes in the northern South China Sea.

异养细菌在全球碳循环中发挥着至关重要的作用，一方面将溶解有机碳转化成颗粒有机碳, 传递高营养级生物；另一方面，将有机碳转化成二氧化碳和无机营养盐释放到水体中。细菌的生长主要受营养物质、病毒和原生动物调控。外源有机碳输入和增温如何通过调节细菌的代谢过程、病毒裂解和原生动物摄食等微生物生态过程，从而影响微生物环中碳的流向？这个科学问题悬而未决。本项目计划以南海北部海域为研究区域，在富营养、半寡营养、寡营养区域开展受控实验，明确细菌生产力与呼吸作用、病毒裂解和原生动物摄食速率随环境梯度的变化规律以及它们对增温的响应，阐明珠江冲淡水携带的陆源有机碳在南海北部海域的生物地球化学过程，探讨全球变暖背景下南海北部海域储碳能力的变化趋势。研究成果有望提升我们对海洋碳循环过程的认识。

异养细菌在海洋碳循环中发挥着至关重要的作用，而细菌的生长受营养物质、病毒和原生动物等调控。海洋环境变化会改变水体的营养结构、细菌代谢过程、酶活以及病毒和原生动物对细菌死亡贡献率，进而调节微食物环碳流，影响海洋碳循环过程。海洋环境变化如何调节这些微生物生态过程以及微生物环中碳的流向？这个科学问题悬而未决。为探究该科学问题，我们开展了一系列研究工作，取得了丰硕的研究成果。主要研究发现：（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，细菌利用这些易降解有机碳耗能更少，结果细菌呼吸速率增幅明显低于细菌生产力，导致低CO2释放；（2）珠江冲淡水携带的营养物质促进浮游植物生长，为细菌提供高活性的藻类有机碳，显著提高细菌群落生产力，同时细菌细胞利用这些藻类有机碳耗能较小，降低单个细胞呼吸速率，最终削弱了细菌群落呼吸速率增幅，增加了细菌的生长效率；（3）从近岸至外海细菌总酶活性由亮氨酸氨基肽酶主导逐渐转变为几丁质酶主导，细菌酶活性速率空间变化的调控因素在细菌群落和细胞水平上有所不同，细菌群落可能最大限度地发挥其在海洋环境中水解营养物质的功能；（4）冲淡水输入形成的盐度锋面导致微型浮游生物聚集，同时锋面区浮游植物释放的高活性有机碳促进浮游细菌的生长，增加细菌丰度，进而提高了原生动物摄食速率，因此锋面促进了有机碳通过微食物环向高营养级传递；（5）不同海洋环境细菌代谢过程对增温的响应存在差异，在增温背景下寡营养的海洋中层水体细菌生产力的增幅大于细菌呼吸速率，导致细菌生长效率增加；反之，在增温条件下富营养的近岸海域细菌呼吸速率的增幅高于细菌生产力，更多的有机碳会被细菌呼吸降解为CO2；（6）酸化使细菌小粒径种群演替、优先抑制高核酸类群的生长，进而显著的降低细菌生产力；细菌呼吸率对酸化的响应存在区域差异，但酸化影响下细菌生长率都显著下降，意味着更多的有机碳会被细菌降解为CO2，不利于海洋的储碳。这些研究发现提升了我们对海洋动力与生物地球化学过程耦合机制的认知，为预测全球变化背景下海洋碳循环过程演变提供了理论依据。