西太平洋深海水体惰性溶解有机碳降解菌群的细菌多样性

深海水体微生物在有机物矿化中发挥着重要作用。惰性溶解有机碳(RDOC)在深海中最终归宿与微生物影响还有待研究。本研究利用富含RDOC的腐植酸和垃圾渗滤液为生长底物,对西太平洋6个站位不同深度(200~4700 m)水体样品的微生物进行了为期一年的实验室低温富集培养,结合高通量测序技术,对富集物中细菌多样性进行了分析。16S rRNA基因高通量测序结果表明,不同富集组的细菌组成相似,主要包括γ-变形菌纲的食烷菌属(Alcanivorax)、噬甲基菌属(Methylophaga)和Polycyclovorans属,α-变形菌纲的海旋菌属(Thalassospira)、副球菌属(Paracoccus)和短波单胞菌属(Brevundimonas),以及放线菌纲的类诺卡氏菌属(Nocardioides)等。这些优势微生物可能在原位参与了RDOC的深度矿化。

内陆水体储碳作用机制研究进展

碳循环是全球变化科学的研究重点,其源汇问题已成为全球变暖与地球系统科学领域的研究热点。以海洋碳循环为基础,综述了水体储碳的生物学过程与机制并梳理存在的科学问题;探讨内陆水体的储碳效率,其影响因素包括全球气候变化、水体富营养化;结合水生植物的生理特性和生态位特点,以海洋MCP理论为基础,提出水生植物-微生物耦合的内陆水体储碳增汇作用新途径;展望内陆水体储碳作用所面临的机遇和挑战。

海洋碳汇高分辨率检测技术综述和展望

为助推我国碳中和目标的实现以及提升我国在海洋碳汇领域的国际话语权,文章以海洋碳汇机制为切入点,系统梳理高分辨率生物和化学检测技术及其扩展应用。研究结果表明:海洋惰性溶解有机碳库对于海洋增汇具有重要意义,这对溶解有机碳汇资源高分辨率检测技术提出新的要求;目前具有“指纹特征”的高分辨率检测技术主要包括流式细胞和功能基因芯片生物检测技术以及光谱和质谱化学检测技术,此外结合稳定碳同位素标记技术实现生物溯源和化学检测的链接,均具有重要应用前景。

海洋异养细菌利用溶解有机碳的定量评估

【目的】惰性溶解有机碳(refractory dissolved organic carbon,RDOC)是海洋总有机碳的主体组分,RDOC在深海中可保存数千年,构成了巨大的碳储库,在调节气候变化中有重要作用。但RDOC的定量评估尚未有统一的标准方法。通过测定环境中能被异养细菌利用的溶解有机碳(biodegradable DOC,BDOC)可以反过来评估RDOC的量。本文对BDOC测定中一些关键步骤进行验证,为制定海洋RDOC评估标准奠定基础。【方法】本文评估了3种过滤方式及5种滤膜对DOC测定的影响,并评估了瓶子效应和稀释效应对细菌生长和DOC利用的影响。【结果】研究发现,(1)GF/F滤膜、GF-75滤膜、聚四氟乙烯(PTFE)滤膜(孔径0.2μm)、聚碳酸酯(PC)滤膜(孔径0.2μm)和聚四氟乙烯材质针孔过滤器(HA)(孔径0.2μm)5种滤膜不会引入DOC污染;抽滤过滤和重力过滤方式过滤效果稳定、无污染,而在线过滤效果不稳定,易污染;(2)不同大小培养体系(30–480 mL;表面积/体积比为:1.64–0.67 cm^–1)之间的细菌生长速率和DOC利用量没有显著性差异;(3)培养体系稀释度越高,细菌生长速率越高,对数生长期细菌丰度及DOC利用量越低。【结论】综合考虑,建议BDOC和RDOC测定实验中采用抽滤过滤的方式及不进行稀释的培养体系;常用的滤膜和培养体积对BDOC评估无显著影响。结合研究结果,我们提出了评估海洋RDOC的方法。

中国近海养殖环境碳汇形成过程与机制

中国是世界上海水养殖规模最大的国家,通过开展近海养殖增加海洋碳汇(亦称蓝碳)是应对全球气候变化和促进低碳发展的一条新的科学途径.蓝碳是"蓝色粮仓"建设的重要内容之一,通过提高贝藻等的养殖产量,增加可移出的碳汇,是近海蓝碳开发的一部分.而微型生物蓝碳、溶解有机碳(主要指惰性溶解有机碳)、颗粒碳的沉积等都是养殖碳汇的重要组成部分,是以往被遗漏的碳汇部分.从不同角度全面揭示近海养殖环境的碳汇形成过程与机制,科学评估近海养殖碳汇功能,不仅可为渔业经济可持续发展和生态文明建设提供重要的理论与技术支撑,并可能在未来碳市场中创造新的经济价值.

海洋微型生物碳泵储碳机制及气候效应

海洋中存在一个巨大的惰性溶解有机碳(RDOC)库,可与大气CO2碳量相媲美.两个碳库之间的交换势必影响气候变化.RDOC可在海洋中保存数千年,构成了海洋储碳的重要机制.探寻RDOC碳库形成机制是认识海洋如何储碳的关键.新近提出的"海洋微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump,MCP)"理论指出,海洋微型生物是RDOC碳库的主要贡献者.本文从MCP的主动机制和被动机制及其环境调控出发,论述了海洋RDOC的组成与生物来源,RDOC组分的微型生物代谢途径,病毒的裂解过程以及浮游动物活动对RDOC生产的贡献,不同类群微型生物有机碳代谢特征及其生物标记物与碳氢同位素表征,以及MCP的能量代谢特征与储碳效率,并结合MCP储碳的地史证据展望了MCP在增加海洋储碳能力方面的应用前景.

海洋微型生物碳泵理论的发展与展望

微生物是驱动海洋元素循环的主体,在调节全球气候变化中起着重要作用.近半个世纪海洋研究的一个谜团就是"为什么有着一个相当于大气CO2碳总量的惰性溶解有机碳(Recalcitrant Dissolved Organic Carbon, RDOC)库在海洋中长期存在?".生物泵(Biological Pump, BP)和微食物环(Microbial Loop, ML)研究加深了我们对生物在海洋碳循环中作用的理解,但直到微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump, MCP)理论的提出,才真正阐释了海洋惰性溶解有机碳来源和存储的生物地球化学机制. MCP是由微型生物介导的溶解有机碳(非沉降)转化和迁移的海洋储碳新机制,提出了RDOC产生的3个重要途径:(1)微型生物特别是异氧细菌和古菌在有机质降解代谢过程中改造并分泌RDOC;(2)病毒颗粒裂解宿主导致细胞的死亡并释放RDOC;(3)原生动物等捕食者摄食微型生物并释放RDOC. MCP揭示了海洋RDOC的惰性机制,定义了两类RDOC组分(RDOCc和RDOCt),为调节气候和改善生态环境提供了可验证的理论.为纪念中国科学家在海洋碳循环领域的突出贡献,文章在回顾海洋微型生物与碳循环相关研究基础上,系统总结并讨论了MCP理论提出以来中国在此领域的国际引领地位和影响力,并展望了未来研究的方向.