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南海北部浮游生物群落结构形成机制及碳输出关键类群

2022/11/09点击次数:

近日,厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室海洋与地球学院林森杰教授课题组在海洋浮游生物群落结构形成机制及海洋碳输出相关类群方面取得新进展,相关成果发表于国际期刊Environmental ResearchJGR-BiogeosciencesMicroorganisms。该研究阐述了南海北部陆架和陆坡区浮游生物群落结构形成的影响因素,揭示了甲藻和后生生物对海洋碳输出的重要作用,研究成果为浮游生物碳输出和海洋生物碳泵研究提供了新视角。

浮游生物是海洋生态系统的关键组成部分,在食物网和生物地球化学循环中发挥着重要作用,但目前对不同海域浮游生物群落结构的差异、形成原因以及对海洋碳输出有显著贡献的关键类群的认识还不清晰。

海洋是地球上最大的活跃碳库,对海洋碳输出通量和效率的观测通常基于沉积物捕获器,其缺点是无法揭示不同生物的差异性贡献。而通过DNA条形码和宏转录组测序技术对水体及沉积物中的浮游生物进行测定则可以弥补这一缺陷。

研究团队通过分析中国南海北部C6(22.13°N, 117.46°E)和C9(21.69°N, 117.99°E)站位的106个条形码数据和20个宏转录组数据发现:真核浮游生物(0.22-200 µm)的主要组成类群是Alveolata和Opisthokonta;陆坡的生物多样性高于陆架;温度和盐度是影响真核浮游生物群落结构的主要因素;小粒径真核浮游生物(0.22-3 µm)的扩散能力强于大粒径的真核生物(3-200 µm),且中性模型对小粒径群落结构的解释度高于大粒径群落结构(图1)。

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图1.样品采集站位、采样策略和主要结论

浮游细菌群落和环境变量均表现出显著的空间变异。颗粒附着(PA)群落的物种丰富度和多样性均高于自由生活(FL)群落。盐度和温度是调节FL浮游细菌周转的关键因素,而亚硝酸盐、硅酸盐和磷酸盐是调节PA细菌周转的关键因素。确定性过程和随机性过程同时影响浮游细菌群落的组成,其中随机性过程对FL细菌群落的影响更大,而确定性过程对PA细菌群落的影响更大。同时,该研究还发现同质选择对FL群落的聚集和流动起着更大的作用,而漂移和扩散限制对PA群落的聚集起着更大的作用(图2)。

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图2. 浮游细菌群落形成机制(上:自由生活类群;下:颗粒附着类群)

不同水层(30 m、65 m、50 m、200 m)沉积物捕获器中真核浮游生物群落结构组成显示,甲藻和后生生物(主要为桡足类)是主要的碳输出贡献者。在光合藻类中,甲藻、硅藻和定鞭藻是主要的类群,其中定鞭藻和甲藻的沉降效率相似;沉积物捕获器中收集到的原核浮游生物以γ-变形菌为主要类群(图3)。整合宏转录组和条形码数据分析发现,海洋螺菌科和红杆菌科是分解活性有机碳和半不稳定有机碳的主要类群,其相对丰度与甲藻的相对丰度呈显著负相关关系,暗示它们可能抑制甲藻生长并对颗粒有机碳沉降的马丁衰减现象具有重要贡献。

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图3. 沉积物捕获器中真核生物和原核生物群落结构

该系列论文的第一作者分别为厦门大学海洋与地球学院毕业生李堂成(现任职于汕头大学)、袁华涛(现任职于河南师范大学)及林森杰教授,通讯作者均为林森杰教授。论文共同作者包括厦门大学黄邦钦教授、李凌高级工程师、林昕副教授、王聪博士后及博士生俞丽英和李红飞,中国海洋大学刘光兴教授、庄昀筠副教授,青岛华大基因研究院刘桂林、陈建威助理研究员。该研究获得国家重点研发计划项目(2016YFA0601202)、国家自然科学基金项目(42276096、42206116)、山东省重大科技创新工程项目(2018SDKJ0406-3)和广东省基础与应用基础研究基金(2021A1515110001)的联合资助。


论文来源及链接

Li, T., Liu, G., Yuan, H., Chen, J., Lin, X., Li, H., Yu, L., Wang, C., Li, L., Zhuang, Y., Lin, S.* (2022) Eukaryotic plankton community assembly and influencing factors between continental shelf and slope sites in the northern South China Sea. Environmental Research, 114584.

https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.114584


Lin, S.*, Li, T., Yuan, H., Li, H., Yu, L., Zhuang, Y., Li L., Huang, B., Liu, G. (2022) Sediment trap study reveals dominant contribution of metazoans and dinoflagellates to carbon export and dynamic impacts of microbes in a subtropical marginal sea. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 127, e2021JG006695.

https://doi.org/10.1029/2021JG006695


Yuan, H., Li, T., Li, H., Wang, C., Li, L., Lin, X., Lin, S.* (2021) Diversity Distribution, Driving Factors and Assembly Mechanisms of Free-Living and Particle- Associated Bacterial Communities at a Subtropical Marginal Sea. Microorganisms, 9, 2445.

https://doi.org/10.3390/microorganisms9122445


供稿:李堂成、林森杰