海洋浮游生物种类繁多而分布广泛,是地球碳、氮循环的重要参与者,也是全球初级生产力的重要贡献者。人们对海洋浮游生物群落结构的时空变动及海洋初级生产力等已有广泛研究。目前绝大多数浮游生物仍然无法分离培养,因此对于海洋中单一谱系浮游生物的特定功能的研究仍然充满挑战,如对海洋中某些浮游生物固碳活动的研究,同时一些海域的海洋浮游生物功能基因数据库也急需补充。本研究利用宏转录组学方法对南海北部陆架区及陆坡区浮游生物（真核生物+原核生物）进行测序,建立该海域的浮游生物功能基因集,数据信息覆盖了真光层的真核生物、原核生物及少量病毒的功能基因信息。补充完善了该海域浮游生物的功能基因集。基于该宏转录组数据库,我们对南海北部陆架区及陆坡区多个水层中不同浮游生物在固碳、固氮等过程中的功能差异进行探讨,并分析其影响因素。本研究的主要结果概括如下:1.通过宏转录组测序建立了南海北部真光层浮游生物功能基因集,测序目标涵盖了真核生物、原核生物及部分病毒,测序共得到881Gb原始数据,组装后得到4,499,414条unigene,约37%是可注释基因。其中分布广泛且表达活跃的unigene主要涉及微生物代谢、光合作用、氨基酸合成、氧化磷酸化和双组分系统等通路,该数据库的建立补充完善了南海北部海域功能基因集。2.基于宏转录组数据库及样本中浮游生物RuBisCO基因的表达量,我们在supergroup水平及目水平上对不同水层中各浮游生物的光合固碳贡献度进行了估算,结果显示南海北部陆架区及陆坡区浮游生物光合固碳相对活跃程度在DCM层高于其他水层,陆架区的光合固碳活跃程度高于陆坡区,光合固碳主要由硅藻、绿藻、蓝藻、定鞭藻和非硅藻类不等鞭毛藻贡献,受环境因素的影响各类别的浮游生物的光合固碳贡献度存在差异。硅藻门、定鞭藻门和绿藻门的内吞作用促进了自身光合固碳过程,而甲藻的内吞作用与其光自养活动存在互补关系。3.本研究的数据揭示了浮游生物非光合碳固定的巨大潜力,通过基因表达预测海洋非光合作用固定的碳主要由黄杆菌目、交替单胞菌目、海洋螺菌目及红杆菌目贡献。这些非光合固碳细菌中自由生活和附着生活的细菌有着大致相当的非光合固碳量。此外,在黄杆菌目、交替单胞菌目、远洋杆菌目及红杆菌目中,非光合固碳活动的活跃程度与其质子泵视紫红质基因的表达呈现显著正相关,表明它们的非光合固碳可能得到视紫红质获取的光能的支持。这一研究为进一步研究海洋固碳奠定了方法论和信息基础。4.基于样品中关键基因的表达情况,对南海陆架区和陆坡区参与固氮过程的浮游生物进行鉴定,并估算其在相关过程中的贡献及影响因素。陆架区氮固定主要由古菌和拟杆菌作用,而陆坡区表层变形菌的固氮能力更强,真光层底部则由蓝藻主导固氮,这种差异可能与浮游生物在该海域的分布有关。物种信息上看,固氮微生物共有17种,其中两个物种仅在陆架区固氮而6个物种仅在陆坡区固氮,Rhodovulum PH10等主要固氮生物的固氮活动受到不同环境因子的影响。此外海洋中反硝化作用的活跃度与硝酸盐及亚硝酸盐浓度成正比,主要由噬纤维菌目和海洋螺菌目作用,浮游生物的氮同化作用由原核生物主导,特别是变形菌门。