近日，中国科学院海洋研究所宋金明、袁华茂团队联合德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心（GEOMAR）在地学期刊《Journal of Geophysical Research:Oceans》发表了题为“Influence of hydrodynamics on the composition and reactivity of particulate organic matter in alarge river influenced ocean margin”的研究成果，研究团队聚焦受水团运动、涡流和台风等多种水动力过程影响的长江口及邻近黄东海的海水POC，揭示了水动力过程对边缘海颗粒有机质构成和活性的影响机制。 边缘海占全球海洋表面积的约7%，但却具有初级生产力高、异养代谢活跃和有机碳埋藏迅速的特点，在全球碳循环中发挥着重要作用。边缘海特别是受大河影响下的边缘海通常具有复杂的水动力过程，加之受到人类活动和气候变化的影响，导致这一区域有机质的来源及生物地球过程异常复杂。尽管在过去二三十年已在边缘海进行了大量研究，但对于水动力过程是如何影响颗粒物构成、生物活性及细菌转化等重要科学问题并未探明。 本研究通过科学三号考察船于2017年春季和秋季在长江口及邻近区域采集了悬浮颗粒物及水样，通过探析颗粒有机碳含量及其组分D/L氨基酸并结合营养盐浓度以及细菌群落结构，深入探究了有机碳的构成、活性和细菌转化过程。 研究发现，在受长江冲淡水、气旋型涡流和台风影响的区域，颗粒有机质具有相对较高的生物可利用性，这与水动力过程增强营养盐供给、促进新鲜有机质的浮游生物生产有关。相比之下，受台湾暖流影响的区域虽然台风促进了水体混合，但其寡营养的特征仍导致颗粒有机质的生物活性较低。进一步分析发现，具有高生物活性的颗粒有机质伴随较高的胞外酶活性，表明活性有机质可以迅速激发异养转化。通过细菌生物标志物D-氨基酸估算了细菌对颗粒有机碳的贡献，结果显示高生物活性的颗粒有机质同时具有高的细菌有机碳贡献，并且约2/3的细菌有机碳以细菌残骸的形式存在，表明高生物活性的生物热点区域可能代表了碳封存的重要场所。本研究揭示了边缘海新鲜有机质的生产在很大程度上受水动力过程驱动的营养盐供应控制，对进一步认识动态边缘海的碳转化和碳封存具有重要意义。 论文第一作者为中国科学院海洋研究所郭金强博士（现为德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心GEOMAR博士后），宋金明研究员、袁华茂研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、崂山实验室、中国科学院先导专项等项目的联合支持。 论文信息： Guo,J.Q,Zhou,B.,Achterberg,E.P.,Song,J.M.,Duan,L.Q.,Li,X.G.,&Yuan,H.M.(2024).Influence of hydrodynamics on the composition and reactivity of particulate organic matter in alarge river influenced ocean margin.Journal of Geophysical Research:Oceans,129,e2023JC020488. 原文链接： https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JC020488 查看详细>>

近日，国际期刊Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences(Nature Index)刊发海洋所徐奎栋研究组关于营养盐与蓝细菌-异养细菌互作关系的最新研究成果，揭示了寡营养大洋区域营养盐浓度对蓝细菌-异养细菌相互作用关系的调控作用，从生物相互作用的角度强调了全球变化对细菌多样性和功能的潜在负面影响。 由于全球变暖，全球海洋上层的热分层现象有所加强，阻碍向透光层的垂直营养供应，从而直接影响海洋初级生产力及碳汇。海洋浮游光合生物贡献了地球近50%的初级生产力。其中，蓝细菌是海洋最主要的初级生产者之一，贡献了海洋净初级生产力的约25%。海洋蓝细菌和异养细菌参与复杂的生态相互作用，可直接或间接影响海洋生物地球化学循环。要了解全球变化下细菌在海洋生物地球化学循环中的作用，就必须厘清蓝细菌和异养细菌互作网络与营养盐供应的关系。在共培养系统中，蓝细菌与异养细菌之间可形成一种互利关系，使蓝细菌能够在没有营养盐额外供应的寡营养环境中生存和生长。这种互利关系易受营养盐浓度的影响，在高营养环境下互利关系受到破坏。然而，自然条件下，营养盐如何驱动蓝细菌和异养细菌的相互作用关系，仍不清楚。 徐奎栋研究组选择寡营养大洋中海山作为研究区域，同时结合Tara Oceans全球海洋调查数据，对不同营养盐浓度下的蓝细菌-异养细菌相互作用关系开展研究，分析了营养盐浓度对蓝细菌-异养细菌互利关系的影响，并探讨了蓝细菌-异养细菌响应营养盐浓度变化的机制。 结果表明，营养盐垂直输送增强的海山区叶绿素最大层（DCM）细菌互作关系的复杂程度远高于营养盐垂直输送较弱的区域。营养盐在调节细菌互作关系中发挥重要作用；受营养盐影响的类群主要为原绿球藻和α变形菌SRA11类群。在全球尺度下，硝酸盐浓度与蓝细菌-异养细菌相互作用的比例呈显著正相关关系。研究表明，蓝细菌-异养细菌合作关系可调节细菌的相对丰度，改善细菌群落的均匀性，进而提高群落的稳定性。在一定阈值下，升高的营养盐浓度增加了原绿球藻的丰度和多样性，进而使得与蓝细菌存在代谢关系的类群得以与之建立更多的互利关系。 研究指出，全球气候变化导致表层海水温度逐渐升高，这一过程将加剧海水分层，阻碍深层海水向表层的营养输送。在寡营养海洋中，营养盐供应的减弱可能会导致蓝细菌的相对丰度和多样性下降，蓝细菌与异养细菌之间的相互作用减少，从而对海洋初级生产力和生物地球化学循环产生潜在的负面影响。而在营养物质丰富的沿岸地区，与人类活动有关的营养物质供应的急剧变化可能会进一步扰乱蓝细菌与异养细菌之间的相互作用。 论文第一作者为博士研究生刘巍岳，通讯作者为赵峰研究员和徐奎栋研究员，研究得到了国家自然科学基金重点项目、中国科学院战略性先导科技专项、崂山实验室、中国科学院青年创新促进会联合资助。 文章信息如下： Liu W,Zhao F,Li X,Zheng S,Li L,Zhao R,Xu K.2024.Enhanced nutrient supply promotes mutualistic interactions between cyanobacteria and bacteria in oligotrophic ocean.Proc.R.Soc.B 291:20240788.https://doi.org/10.1098/rspb.2024.0788 查看详细>>

近日，海洋所沙忠利团队在甲壳动物适应深海热液、冷泉环境分子机制方面取得新进展，相关成果以封面文章发表于深海研究领域重要国际期刊Deep-Sea Research Part I。 深海化能合成生态系统主要包括热液、冷泉和其他还原型生态系统（如鲸落），其中深海热液和冷泉活动是海底流体活动最为直观的表现形式之一，一直处在国际海洋科学研究的前沿和热点领域。热液和冷泉虽然同为深海化能合成生态系统，但二者成因和分布不同，环境特征也存在较大差别。铠甲虾是深海化能极端环境中的优势甲壳动物之一，中国科学院海洋研究所沙忠利团队前期对西太平洋冲绳热液区和南海冷泉区共有优势甲壳物种柯氏潜铠虾Shinkaia crosnieri Baba and Williams,1998开展了简化基因组和比较转录组分析，从多角度揭示了深海甲壳动物微进化和环境适应的遗传基础，相关成果吸引了系统学、进化生物学及生态学等领域国际同行的关注，相继被Trends in Ecology and Evolution，Global Change Biology，Molecular Biology and Evolution等国际权威期刊引用和论证。 除了柯氏潜铠虾，劳盆拟刺铠虾Munidopsis lauensis Baba and de Saint Laurent,1992也是少数能够在热液、冷泉均有分布的甲壳动物之一。聚焦深海热液与冷泉生物群落对环境适应机制是否存在差异这一科学问题，团队对依托国家大科学装置“科学”号在西太平洋马努斯热液区和南海冷泉区采集的劳盆拟刺铠虾开展了多组织转录组测序与分析。研究发现，不同组织共有的差异表达转录本呈现出环境相关的聚类模式，提示存在环境介导的基因表达模式。进一步分析发现，与抗氧化、解毒、DNA损伤修复以及先天免疫相关的基因大多在热液个体中表达上调。考虑到马努斯热液和南海冷泉环境中的硫化氢浓度差异以及硫化氢的细胞毒性，对参与硫化氢代谢与解毒的基因进行了筛选与分析，发现线粒体硫化氢氧化、内源性硫化氢合成及氧化磷酸化相关的基因均发生显著的差异表达，且大部分基因在热液个体中表达上调。 这些结果揭示出劳盆拟刺铠虾可能通过调节环境适应性的关键基因表达模式以适应不同的深海化能环境，如不同的硫化氢、重金属浓度与微生物组成等。该研究与团队前期对柯氏潜铠虾的研究发现相互印证，共同揭示出环境适应关键基因的表达分化可能是甲壳动物适应不同深海热液、冷泉环境的重要策略，丰富了对深海大型生物环境适应机制的认识。 程娇副研究员和研究生闫晗为论文共同第一作者，沙忠利研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金杰出青年项目、崂山实验室“十四五”重大项目和中国科学院战略性先导科技专项等项目联合资助。 相关论文信息： 1.Jiao Cheng#,Han Yan#,Min Hui,Zhongli Sha*.Novel insights into deep-sea hydrothermal vent and cold seep adaptation inferred from comparative transcriptome analysis of amunidopsid squat lobster distributed in both environments.Deep-sea Research Part I,2024,205:104245.https://doi.org/10.1016/j.dsr.2024.104245  2.Jiao Cheng,Min Hui,Yulong Li,Zhongli Sha*.Genomic evidence of population genetic differentiation in deep-sea squat lobster Shinkaia crosnieri(Crustacea:Decapoda:Anomura)from Northwestern Pacific hydrothermal vent and cold seep.Deep-sea Research Part I,2020,156:103188.https://doi.org/10.1016/j.dsr.2019.103188  3.Jiao Cheng,Min Hui,Zhongli Sha*.Transcriptomic analysis reveals insights into deep-sea adaptations of the dominant species,Shinkaia crosnieri(Crustacea:Decapoda:Anomura),inhabiting both hydrothermal vents and cold seeps.BMC Genomics,2019,20:388.https://doi.org/10.1186/s12864-019-5753-7 查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所宋金明、袁华茂团队在揭示长江口海域多因素驱动下的营养盐循环机制方面取得新认识，研究成果发表于国际学术期刊Marine Pollution Bulletin。 营养盐是海洋生态系统的物质基础，控制着海洋初级生产的水平与规模，对海洋生态系统的稳定至关重要。探讨多因素驱动下的营养盐空间异质性对明晰海洋生态系统的物质循环过程具有重要意义，特别是大河河口海域的营养盐循环受到自然和人为双重影响，展现了独特的分布格局和空间异质性，厘清该区域的营养盐循环过程和受控因素显得尤为重要。 研究团队基于2020年8月对长江口海域的综合调查，阐明了NO3-N、PO4-P、SiO3-Si等3种营养盐的分布格局，解析了水文、化学、生物、地形等环境因素对营养盐循环的控制作用。结果表明，研究区域的NO3-N、PO4-P、SiO3-Si浓度总体呈近岸高于远岸，表层低于底层的特征。海流驱动着营养盐的分布格局，上层水体中长江冲淡水（CDW）、黄海沿岸流（YSCC）的输送提高了研究区域的营养盐水平，而上层水体和下层水体中台湾暖流（TWC）分别降低和升高了该区域营养盐水平。地形、天气等因素引起的沉积物再悬浮，导致部分站位底层水体营养盐的异常升高。三种营养盐的主控因素不尽相同，NO3-N受人类活动影响显著，受CDW、YSCC等近岸输送的影响最为强烈。PO4-P和SiO3-Si受人类因素影响相对较小，其中PO4-P与有机物分解作用关系最为密切；SiO3-Si也与有机物分解有一定的联系，但其生物利用性较PO4-P相对较弱。 研究通过对长江口海域营养盐水平、水文环境、化学参数和生物因素等的深入分析，探明了长江口海域多因素驱动下的营养盐空间异质性、循环过程，及其与生态环境的相互作用关系，对揭示以长江口为代表的典型河口营养盐循环调控机制及其与生态环境的内在关系具有重要意义。 论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生温丽联，通讯作者为宋金明研究员。研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、崂山实验室等项目的支持。 论文信息： Wen,L.,Song,J.,Dai,J.,Li,X.,Ma,J.,Yuan,H.,Duan,L.,Wang,Q.,2024.Nutrient characteristics driven by multiple factors in large estuaries during summer:A case study of the Yangtze River Estuary.Marine Pollution Bulletin 201,116241. 查看详细>>