近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室（LTO）研究員李芊團隊聯合加拿大紐芬蘭紀念大學教授Richard B. Rivkin、美國康涅狄格大學教授林森傑，揭示了大灣區近海矽藻水華以及氧脂類代謝物在磷循環中的作用機制。相關研究成果發表在《整體環境科學》（Science of the Total Environment）上。矽藻在地球的總初級生産中占據20~40%的份額。矽藻通過在水體中的垂直沉降，對全球海洋碳輸出和碳儲存發揮着重要作用。在近海，矽藻的水華會在藻華後期因真光層中的氮磷等營養鹽耗盡而消亡，進而伴随着大規模生物量沉降到海底。在此過程中，異養細菌對矽藻的有機物質降解和再礦化對矽藻水華動力學、海洋營養鹽循環和碳循環産生顯著影響。然而，盡管矽藻和細菌在海洋中長期共存，并通過藻際環境等多界面快速交換代謝産物和信号化合物，但科學家對信号化合物介導的矽藻-細菌互相作用過程以及藻華動力學和近海碳循環的調控機制的認知仍有待完善。該工作關注矽藻在藻華後期産生的多不飽和醛（PUAs）氧脂類代謝有機物。它們被證明在調節不同浮遊生物碳功能類群的互相作用中起着關鍵作用。科研團隊剖析了PUAs在磷限制的河口近海顆粒物微生物磷循環中的作用。該研究選擇典型的受人類活動影響顯著的海域——粵港澳大灣區近海，并聚焦在珠江羽流影響下的藻華海區（圖1A）。在藻華區，浮遊植物群落以産生PUAs的矽藻為優勢種群，合成了高濃度的藻源顆粒結合态PUAs（圖1B）。該研究通過結合原位大體積過濾技術和PUAs現場衍生化監測方法，确定了藻華區内外顆粒吸附态PUAs的濃度水準群組成差異（藻際環境、微摩爾量級，圖2A）。該團隊在原位受控實驗中發現，低濃度的PUAs（<30μM）對藻華區内和區外的顆粒附着細菌堿性磷酸酶（APase）活性和細菌豐度沒有顯著影響。然而，高濃度的PUAs（300μM）緻使藻華區外的附着細菌APase活性和豐度顯著降低，而藻華區内沒有明顯變化（圖2B）。這表明藻際環境中的微摩爾量級的藻源PUAs在磷限制的近海矽藻水華區域的細菌磷降解和再礦化中發揮着重要作用。藻際環境下的顆粒附着細菌可适應矽藻（或矽藻碎屑）釋放的高濃度PUAs，協同維持高速的有機磷循環速率，支援近海的矽藻水華和淨生産力。這些過程造成的額外生物碳積累或增加近海二氧化碳吸收和pH值，進而對抗近海酸化和缺氧現象。是以，富含PUAs的矽藻與細菌之間的互相作用或影響全球各地河口近海的浮遊植物藻華生消和碳封存（圖3）。該研究揭示了矽藻氧脂類代謝信号化合物在近海顆粒有機磷循環和藻華生消中的作用與調控機制，為大灣區海域生态環境的保護和全球富營養化磷限制近海藻華的管理奠定了理論基礎。研究工作得到廣東省自然科學基金-區域聯合基金重點項目、國家自然科學基金面上項目和中國科學院國際人才計劃（PIFI）等的支援。
▲圖1. 研究區域為全球富營養化河口的典型代表——粵港澳大灣區近海，以及珠江羽流影響下的矽藻大規模水華海區（A：以葉綠素代表藻華生物量）。B：藻華區内和區外表層水中藻源顆粒結合态PUAs的原位監測結果（水柱環境中的納摩爾級别水準）。
▲圖2. 藻華區内和區外底層水中顆粒吸附态PUAs的原位監測對比（A：藻際環境中的微摩爾級别水準)；顆粒物附着細菌對微摩爾級PUAs受控實驗的響應規律對比（B：包括堿性磷酸酶活性和細菌豐度）。
▲圖3. 全球影響與應用——富營養化河口近海的磷限制矽藻水華以及相關藻源PUAs類信号代謝物在藻華動态和近海碳彙中的潛在功能。來源：中國科學院南海海洋研究所