深海微生物驅動碳氮循環耦合研究
浮游植物在表層獲取光能固定CO2,形成顆粒有機碳(POC)往下沉降,在深海再礦化后生成銨(NH4+),從而為深海化能自養細菌/古菌提供了能量來源。因此,氨氧化古菌和亞硝氧化細菌所介導的兩步硝化過程是實現光能傳遞到深海被利用的重要途徑,是深海重要的供能過程,支撐了海洋“黑暗固碳”——不依賴于光合作用的化能自養固碳,為深海生物圈提供了“新”的有機質,同時積累硝氮。由于亞硝氧化菌群研究的長期滯后,氨氧化和亞硝氧化功能群在深海的協作關系始終不明了,因此國際上對深海硝化菌群支撐的碳(C)−氮(N)耦合機理(定性)的理解仍極為有限,對C−N計量學關系(定量)的準確估算仍是空白。 該研究工作結合多組學分析、生理學實驗、現場原位速率及動力學觀測和模擬,以及生態系統模型,闡釋了氨氧化古菌和亞硝氧化細菌顯著差異的代謝策略,及兩步氧化過程耦合、硝化與黑暗固碳耦合的生理生態學機制,建立了硝化菌群支撐的C−N、物質與能量轉換的計量學關系,量化了深海硝化過程對深海生物圈及全球海洋碳循環的貢獻和影響。該工作為深海物質與能量循環研究提供了新的參數,對深入認識深海生物地球化學過程具有重要意義。
廈門大學
2021-02-01