海洋所研究發(fā)現(xiàn)長江口低氧區(qū)厭氧光合細(xì)菌的固碳作用巨大
近日,中國科學(xué)院海洋研究所海洋生源物質(zhì)循環(huán)與碳匯過程研究組在Limnology and Oceanography發(fā)表了題為“Bacteriochlorophyll reveals estuarine hypoxia and anoxygenic photosynthetic carbon fixation”的研究論文。該研究系統(tǒng)解析了長江口水體與表層沉積物中細(xì)菌葉綠素(Bchls)的分布、來源及其對(duì)低氧和水體分層的響應(yīng),揭示了厭氧光合細(xì)菌在河口固碳過程中的重要貢獻(xiàn),為全球缺氧海域碳循環(huán)途徑提供了新的證據(jù)和視角。
在氣候變化與人類活動(dòng)疊加影響下,近海缺氧區(qū)持續(xù)擴(kuò)張,與之相協(xié)同的厭氧光合細(xì)菌生長與固碳潛力日益引發(fā)關(guān)注,但至目前,關(guān)于近海缺氧區(qū)中細(xì)菌葉綠素的來源、降解過程及其對(duì)氧化還原環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制仍不清楚,限制了對(duì)其厭氧光合固碳貢獻(xiàn)的準(zhǔn)確評(píng)估。
該研究基于對(duì)長江口水體和表層沉積物中Bchls分布與來源的解析,揭示了其對(duì)低氧和水體分層的響應(yīng)程度,評(píng)估了厭氧光合細(xì)菌在河口固碳過程中的重要貢獻(xiàn)。結(jié)果顯示,河口內(nèi)表層水體中Bchls含量較高,且僅檢測(cè)到與其來源相關(guān)的鞘氨醇單胞菌科(Sphingomonadaceae),表明該區(qū)域的Bchls主要來源于好氧不產(chǎn)氧光合細(xì)菌;而河口外底層水體Bchls含量偏高,僅檢測(cè)到與其來源相關(guān)的著色菌科(Chromatiaceae)和外硫紅螺菌科(Ectothiorhodospiraceae),表明該區(qū)域的Bchls主要來源于紫硫細(xì)菌。此外,水柱中Bchls濃度與溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān),與表底層鹽度差(ΔS)呈正相關(guān),表明Bchls可作為指示低氧與水體分層的有效標(biāo)志物。預(yù)估研究顯示,在未來百年尺度內(nèi),隨著長江口外低氧區(qū)持續(xù)擴(kuò)展,厭氧光合細(xì)菌對(duì)該區(qū)域固碳的貢獻(xiàn)將顯著增加,最高可達(dá)浮游植物固碳量的16%,這是一個(gè)不可忽視的初級(jí)生產(chǎn)固碳途徑。該研究不僅對(duì)確立Bchls作為低氧與水體層化的可靠生物標(biāo)志物提供了理論支撐,也為重新評(píng)估全球近海缺氧系統(tǒng)的碳固定機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

圖1 長江口水體Bchls及Chls的斷面分布

圖2 長江口水體低氧參數(shù)相關(guān)性
a.水體中Bchls與溶解氧(DO)的相關(guān)關(guān)系,陰影區(qū)域?yàn)?5%置信區(qū)間;b. 基于溫度和鹽度數(shù)據(jù)的長江口水體分層狀況。
中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生闞家薇為論文第一作者,段麗琴研究員為論文通訊作者,宋金明、李學(xué)剛、袁華茂、王應(yīng)霞等為論文的共同作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
論文信息:
Kan,J.,Duan,L.*,Song,J.,Yin,M.,Li,X.,Liu,X.,Wang,Y.,2025. Bacteriochlorophyll reveals estuarine hypoxia and anoxygenic photosynthetic carbon fixation. Limnology and Oceanography,70(10):3089-3101. https://doi.org/10.1002/lno.70203.
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