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异养细菌在海洋碳循环过程中发挥至关重要的作用,作为“生产者”能够吸收转化溶解有机碳为颗粒有机碳,通过原生动物摄食作用向更高营养级传递;作为“分解者”通过呼吸作用降解有机质释放二氧化碳和无机营养盐。有机碳与病毒分别是异养细菌代谢活动主要的上、下行调控因素,有机碳的浓度与性质影响着异养细菌的代谢过程,病毒对异养细菌体内有机碳的流向起一定的决定作用。低纬度地区由于降雨充沛、河流径流量大,陆源有机碳通量比中高纬度地区更大,高温使得低纬度地区细菌的代谢活动更加活跃。以往关于有机碳-细菌-病毒相互作用机制的研究多集中于中高纬度海域,低纬度海域研究相对较少,本研究希望通过探究珠江口及南海北部海域三者相互作用机制,提升我们对低纬度海域碳循环过程的认识。 本文首先基于3H-亮氨酸示踪法采用实验手段研究了珠江口及其邻近海域亮氨酸与碳的转换系数随环境梯度的变化特征,明确了细菌转化系数与环境因素间的关系;详细探讨了珠江口海域异养细菌丰度与代谢活动时空变化特征及其调控机制;最后希望通过比较分析南海北部海域不同区域、不同水层病毒裂解与原生动物摄食作用对细菌死亡的贡献,以揭示不同环境下微生物环有机碳的分流机制。本文主要研究发现如下: (1)珠江口及其邻近海域亮氨酸与碳的转换系数变化特征。发现亮氨酸与碳转换系数随环境梯度呈明显空间变化,在富营养低盐海域(盐度<15)亮氨酸与碳转换系数最高(1.27~1.69kg C/mol Leu),在盐度为15-25的海域次之(1.03~1.25kg C/mol Leu),在受珠江径流影响较小的高盐海域(盐度>25)最低(0.48~0.85kg C/mol Leu)。亮氨酸与碳转换系数的变化主要受控于营养物质的供应,在寡营养环境下,部分亮氨酸被用于呼吸作用以获取能量维持生存,导致转换系数明显偏低。 (2)珠江口海域异养细菌组成及其丰度时空变化特征。珠江口海域异养细菌丰度季节变化明显,春季最高,夏季次之,冬季最低。空间上,异养细菌丰度从河口上游至下游呈递减趋势,这主要与上游污水输入以及珠江径流与高盐外海水在河口内的混合有关;雨季,河口中下游盐度锋面区出现异养细菌丰度和叶绿素的高值区,锋面区增加营养物质的停留时间,促进浮游生物生长。珠江口水体异养细菌中附生细菌占主导,三个季节附生细菌占总细菌丰度的比例都在70%左右,附生细菌丰度从河口上游至下游呈递减趋势,高值区基本与浑浊带重叠。附生细菌以代谢活跃的HNA类群为主,可能与悬浮颗粒物为细菌提供营养有关,游离细菌则主要以LNA类群为主,代谢活性整体相对较低。 (3)珠江口异养细菌代谢活动时空变化特征及其影响机制。研究发现,珠江口异养细菌生产力总体从河口上游至下游呈下降趋势,河口细菌生产力季节变化明显,夏季最高,春季次之,冬季最低,夏季单细胞细菌生产力(sBP)分别是春季和冬季的2倍和3倍。细菌呼吸率季节间未见显著差异,三个季节大致为~200μg C/L·d,但春夏季节单细胞呼吸率(sBR)明显小于冬季,大致只有冬季的1/2,春、夏季节sBR低值分别集中于上游DOC高活性区和下游叶绿素高值区。细菌生长效率(BGE)空间变化基本与DOC活性变化趋势相吻合,春夏季节BGE明显高于冬季。以上结果说明,珠江径流输入带来丰富营养物质,会增加细菌生产力,降低细菌维持生长的能量消耗,导致细菌生长效率增加。 (4)南海北部海域病毒裂解与原生动物摄食对异养细菌死亡的调控机制。研究显示,细菌的下行控制因子随环境梯度而变,高生产力区域原生动物摄食起主导作用。富营养的近岸海域表层原生动物摄食率(范围为0.284~1.104d-1)大约是寡营养的外海表层的3倍(范围为0.085~0.437d-1)。近岸海域及外海叶绿素最大层细菌死亡由原生动物摄食主导(>50%),尤其在锋面区域原生动物摄食导致>90%细菌死亡;寡营养外海海域,除叶绿素最大层外,其它层位病毒裂解主导细菌死亡,导致58.04~82.77%的细菌死亡。原生动物摄食作用强度高低主要与叶绿素水平高低有关。由此可见,富营养海域微生物环的碳流主要以细菌向浮游动物传递为主,而寡营养海域则是通过病毒回路将大部分细菌生物量转化为溶解有机碳。