科創(chuàng)前沿 近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室(LTO) 研究員李芊團隊聯(lián)合加拿大紐芬蘭紀念大學教授Richard B. Rivkin以及美國康涅狄格大學教授林森杰，揭示了大灣區(qū)近海硅藻水華及其氧脂類代謝物在磷循環(huán)中的作用機制。相關研究發(fā)表于國際知名期刊Science of the Total Environment上，副研究員吳正超為第一作者，李芊為通訊作者。

硅藻在地球的總初級生產(chǎn)中占據(jù)20-40%的份額，通過其在水體中的垂直沉降，對全球海洋碳輸出和碳儲存發(fā)揮著至關重要的作用。在近海，硅藻的水華會在藻華后期因真光層中的氮磷等營養(yǎng)鹽耗盡而消亡，伴隨著大規(guī)模生物量的沉降到海底。在這一過程中，異養(yǎng)細菌對硅藻的有機物質(zhì)降解和再礦化對硅藻水華動力學、海洋營養(yǎng)鹽循環(huán)和碳循環(huán)產(chǎn)生顯著影響。然而，盡管硅藻和細菌在海洋中長期共存，通過藻際環(huán)境等多界面快速交換代謝產(chǎn)物和信號化合物，但我們對信號化合物介導的硅藻-細菌相互作用過程及其對藻華動力學和近海碳循環(huán)的調(diào)控機制的理解仍有待完善。

圖1：研究區(qū)域為全球富營養(yǎng)化河口的典型代表——粵港澳大灣區(qū)近海，以及珠江羽流影響下的硅藻大規(guī)模水華海區(qū)（A，以葉綠素代表藻華生物量）。圖1B展示了藻華區(qū)內(nèi)和區(qū)外表層水中藻源顆粒結合態(tài)PUAs的原位監(jiān)測結果（水柱環(huán)境中的納摩爾級別水平）。

圖2：展示了藻華區(qū)內(nèi)和區(qū)外底層水中顆粒吸附態(tài)PUAs的原位監(jiān)測對比（A，藻際環(huán)境中的微摩爾級別水平），以及顆粒物附著細菌對微摩爾級PUAs受控實驗的響應規(guī)律對比（B，包括堿性磷酸酶活性和細菌豐度）。

圖3：全球影響與應用——富營養(yǎng)化河口近海的磷限制硅藻水華以及與之相關的藻源PUAs類信號代謝物在藻華動態(tài)和近海碳匯中的潛在功能。

這項研究重點關注了硅藻在藻華后期產(chǎn)生的多不飽和醛（PUAs）氧脂類代謝有機物，它們被廣泛證實在調(diào)節(jié)不同浮游生物碳功能類群的相互作用中發(fā)揮關鍵作用，研究團隊研究了PUAs在磷限制的河口近海顆粒物微生物磷循環(huán)中的作用。該研究選擇了粵港澳大灣區(qū)近海，作為一個典型的受人類活動影響顯著的海域，聚焦在珠江羽流影響下的藻華海區(qū)（圖1A）。在藻華區(qū)，浮游植物群落以產(chǎn)生PUAs的硅藻為優(yōu)勢種群，合成了高濃度的藻源顆粒結合態(tài)PUAs（圖1B）。通過結合原位大體積過濾技術和PUAs現(xiàn)場衍生化監(jiān)測方法，研究確定了藻華區(qū)內(nèi)外顆粒吸附態(tài)PUAs的濃度水平和組成差異（藻際環(huán)境，微摩爾量級，圖2A）。隨后進行的原位受控實驗發(fā)現(xiàn)，低濃度的PUAs（<30 μM）對藻華區(qū)內(nèi)和區(qū)外的顆粒附著細菌堿性磷酸酶（APase）活性和細菌豐度沒有顯著影響。然而，高濃度的PUAs（300 μM）導致藻華區(qū)外的附著細菌APase活性和豐度顯著降低，而藻華區(qū)內(nèi)沒有明顯變化(圖2B)。這表明藻際環(huán)境中的微摩爾量級的藻源PUAs在磷限制的近海硅藻水華區(qū)域的細菌磷降解和再礦化中發(fā)揮重要作用。

藻際環(huán)境下的顆粒附著細菌可以適應硅藻（或其碎屑）釋放的高濃度PUAs，協(xié)同地維持高速的有機磷循環(huán)速率，支持近海的硅藻水華和凈生產(chǎn)力。這些過程導致的額外生物碳積累可能會增加近海二氧化碳吸收和pH值，從而對抗近海酸化和缺氧現(xiàn)象。因此，富含PUAs的硅藻與細菌之間的相互作用可能會影響全球各地河口近海的浮游植物藻華生消和碳封存（圖3）。本研究揭示了硅藻氧脂類代謝信號化合物在近海顆粒有機磷循環(huán)和藻華生消中的作用與調(diào)控機制，為大灣區(qū)海域生態(tài)環(huán)境的保護和全球富營養(yǎng)化磷限制近海藻華的管理提供了理論基礎。

該研究得到了廣東省自然科學基金-區(qū)域聯(lián)合基金重點項目、國家自然科學基金面上項目以及中國科學院國際人才計劃（PIFI）項目等的聯(lián)合資助。

相關論文信息：Zhengchao Wu, Qian P. Li*, Richard B. Rivkin, & Senjie Lin (2023). " Role of diatom-derived oxylipins in organic phosphorus recycling during coastal diatom blooms in the northern South China Sea." Science of the Total Environment, 903, 166518.

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166518

通訊員/付恬 王沐眾 徐曉璐

編輯/劉秀