海洋微生物功能菌群、藻类与营养盐生态耦合动力学机制研究

Marine harmful algal blooms (it were called " red tides" formerly) is an extremely complex ecological anomaly causes algal blooms and biological factors involved in the formation mechanism of the respective waters, chemical factors, physical factors, hydrological conditions, weather conditions and seafloor topography, sediment and other aspects. Where marine microorganisms (especially bacteria) as an important decomposers to participate in a variety of metabolic activity substances into water bodies and the decomposition process is an important part of biogeochemical cycles. It had been realized that certain marine microorganisms were closely related to algae blooms, but so far not clear algal blooms and microbial pathogenesis in which the role of the play, making it difficult to predict its forecast. In this study, laboratory simulation and field-proven way to explore different physical and chemical conditions, marine microbial communities (mainly in nitrifying bacteria) on phytoplankton nutrients (inorganic nitrogen, as an example) and use the process of transforming the role of and microbial community response mode (quantity, structure, evolution trends). Eventually form a physical and important chemical factors of - microorganisms - nutrients - phytoplankton blooms parameters consisting of the evolution coupled dynamic model to compensate for the deficiencies of the existing mechanisms of the algae bloom.

海洋有害藻华（以前多被称为"赤潮"）是一种极其复杂的生态异常现象，藻华的成因及形成机制涉及相应海域的生物因素、化学因素、物理因素、水文条件、气象条件及海底的地形、地貌、底质等多方面。其中海洋微生物（尤其是细菌）作为重要的分解者，以多样化的代谢活动参与水体物质转化和分解过程，是生物地球化学循环的一个重要环节。人们很早以前就意识到某些特定的海洋微生物与藻华爆发密切相关，但迄今为止并不清楚藻华的发生机制以及微生物在其中所扮的角色，以致难以对其进行预测、预报。本研究拟通过实验室模拟和现场验证的方式，探究不同理化条件下，海洋微生物群落（以硝化细菌为主）对浮游植物营养物质（以无机氮为例）转化和利用过程中所起的作用，以及微生物群落的响应模式（数量、结构、演变趋势等）。最终形成一个由重要理化因子-微生物-营养盐-浮游植物参数组成的藻华演变耦合动力学模型，以弥补现有对藻华发生机制研究的不足。

浮游植物和微生物自生命进化的早期阶段就存在紧密的共生关系，藻菌相互作用调节着水生食物网中绝大部分的营养循环和生物量的产生，是水生生态系统中物质循环和能量流通的基础。研究表明，特定的细菌群落可以通过交换和转化浮游植物所产生的有机质来影响浮游植物的生理和代谢。功能细菌类群在藻菌共生过程中可以参与一些关键的营养流通过程，例如氮代谢过程。尽管如此，对于细菌群落如何响应藻际环境中氮条件的改变，藻菌在氮转化过程会产生何种关系目前并不清楚，这一过程对于全球营养物质循环、藻华的形成以及相关的生态系统功能都至关重要。本研究发现三角褐指藻和藻际细菌共培养体系下，氮环境的改变会促使藻菌关系发生相应的变化。共培养体系中氮源浓度会对藻类的生长产生影响，而对无藻情况下细菌本身的生长和群落结构影响不明显。藻类生物量在高氮浓度下的快速增长是引起菌群结构发生变化的主要原因，优势菌中变形菌（Proteobacteria）的相对丰度随时间变化逐渐减少，拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对丰度随时间变化逐渐增加，整体菌群结构会随藻类的生长在时间尺度上产生动态变化。在不同氮环境下，一些细菌类群参与到无机氮的吸收利用过程中，与藻类竞争无机氮源，但是在藻类生长旺盛时（高氮浓度下），其吸收无机氮能力会明显减弱，不同氮环境下细菌对藻类的生长无明显影响。本项目探究了海水单一硅藻培养体系在不同无机氮条件下的藻菌关系和细菌群落结构变化，为进一步探索藻菌在无机氮源利用过程中的相互关系开拓研究方向，同时也为培养体系下藻菌关系研究提供理论依据。