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无机营养盐添加对海洋细菌利用溶解有机碳的影响

李志朋  
【摘要】:海洋异养细菌是浮游生物群落的一个重要组成部分,肩负着生源要素再循环的重任,在整个海洋生态系统中起着非常重要的作用。有机物和海洋异养细菌之间的关系已经成为海洋异养细菌生物地球化学和生态学研究的关键。作为微食物环(Microbial Loop)和微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump,MCP)的主角,海洋异养细菌参与海洋溶解有机质(Dissolved Organic Matter, DOM)的主要代谢过程。以往的研究已经证实无机营养盐影响浮游植物的生长,而无机营养盐对细菌生长和代谢的影响目前尚无明确的结论。本研究在MCP理论框架下,通过室内纯菌株实验和野外现场培养实验,结合生化参数,探究无机营养盐对海洋异养细菌利用溶解有机碳(Dissovled Organic Carbon, DOC)的影响,研究结果如下: 室内培养实验,选取好氧不产氧光合细菌(Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria, AAPB)菌株JL354,以葡萄糖为单一碳源并添加了不同浓度的无机营养盐的培养基进行培养。结果表明:首先,在单一葡萄糖碳源的条件下,增加培养基中的无机营养盐可促进JL354的生长及其对葡萄糖的利用。其次,JL354产生的类腐殖质荧光有机物(Fluorescence Dissovled Organic Matter, FDOM)在无机营养盐浓度不同的培养基中存在差异,培养基中无机营养盐的增加促进了高分子量和高芳香度荧光腐殖质的生产,却抑制了较低分子量和低芳香度荧光物质的生产;而类蛋白荧光物质的生产则不受无机营养盐浓度的影响;第三,培养基中无机营养盐的增加降低了JL354颗粒有机碳(Particle Organic Carbon, POC)的产量,却提高了颗粒有机氮(Particle Organic Nitrogen, PON)的产量,从而不利于细菌产生POM进行储碳;最后,培养基中的无机营养盐可促进JL354吸收和利用培养基中的DOC,从而有更多的碳被代谢为CO2。 野外实验在中国东海营养环境梯度下,进行无机营养盐加富的培养实验。结果如下:首先,在不同营养环境下,无机营养盐加富对海洋异养细菌的影响不同。在富营养区(河口区),由于无机营养盐本底浓度较高,足够支持细菌生长,添加的无机营养盐对细菌没有影响,而在贫营养的黑潮表层,无机营养盐加富可促进细菌生长。其次,在贫营养海区,无机营养盐加富可提高海洋异养细菌对总有机碳(Total Organic Carbon, TOC)消耗速率,TOC的加速消耗以半活性溶解有机碳(Semi-labile DOC)消耗为主。实验中富营养海区的单细胞碳消耗速率高于贫营养海区,无机营养盐加富对富营养海区的细菌单细胞碳消耗速率未有显著影响,却可促进贫营养海区的单细胞消耗更多的有机碳。再次,在富营养海区,细菌消耗了代表活性有机碳(Labile DOC, LDOC)的类蛋白荧光组分,产生了代表惰性有机碳(Refractory DOC,RDOC)的类腐殖质荧光组分,这体现了环境中MCP转化DOC的过程。在贫营养海区,无机营养盐加富可加速减少类蛋白荧光物质,说明无机营养盐促进该组分耗消。最后,贫营养海区nasA基因(Assimilatory Nitrate Reductase,编码硝酸盐同化还原酶)的多样性分析表明,无机营养盐加富组和空白组利用硝酸盐的群落的多样性均较低,无机营养盐加富组中硝酸盐同化细菌群落约有27%具备利用甲基类化合物的能力,这些甲基类化合物可能也代表了部分Semi-labile DOC,而该类群在空白组未见分布。 海洋异养细菌作为MCP的主要参与者,其生长代谢影响着MCP的过程。无论是在室内纯菌株培养还是在贫营养海区,无机营养盐的输入可直接促进海洋异养细菌生长,同时促进海洋异养细菌消耗更多的有机碳,这说明MCP过程在一定范围内会受到无机营养盐直接的影响。


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