玉龙雪山及周边地区是典型的季风海洋性冰川区,是研究冰川变化、地-气能量交换、植被群落演替以及生态系统碳水耦合的最重要的区域.水分利用效率(water use efficiency,WUE)是联系生态系统水-碳循环及其与气候因子之间响应关系的重要参数.本研究利用MODIS卫星遥感总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散发(evapotranspiration,ET)产品和 自适应帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer drought severity index,scPDSI)分析了2000-2020年玉龙雪山及周边地区植被WUE空间变化特征,研究了该区GPP、ET、WUE与scPDSI的相关性,探讨了该区不同地貌植被对水分利用及胁迫的适应策略.结果表明:2000-2020 年,研究区植被 WUE 平均值为 2.44 g C·m-2·mm-1,GPP 平均值为 1365.0 g C·m-2,ET 平均值为559.6 mm;WUE平均值最高区域分布在大起伏中山,为2.88 g C·m-2·mm-1;最低区域为大起伏极高山,为1.23 g C·m-2·mm-1.玉龙雪山地势起伏大,植被空间分布具有显著垂直地带性特征,植被WUE在3500 m以下区域随海拔上升而增加,3500 m以上则随海拔上升而减少.2000-2020年,研究区逐月WUE呈现增加—减少—增加趋势,不同地貌类型造就了植被WUE变化速率具有显著的差异性特征.玉龙雪山以及周边大起伏高山的植被WUE呈增长趋势,而中海拔平原呈减少趋势.研究区内植被WUE对干旱胁迫响应具有明显的季节性特征,WUE与scPDSI的多年逐月相关性呈现负相关—正相关—负相关—正相关的变化趋势.7月玉龙雪山WUE与scPDSI呈显著正相关,而5月则表现为显著负相关;玉龙雪山周边地区植被WUE与scPDSI在12月—次年6月呈负相关,在7-8月呈正相关.

工业生产和人类活动释放的大量CO2 是造成全球性气候变暖的主要诱因.气候变暖往往伴随着极端恶劣天气的发生,对人类的生活、财产和基础设施构成严重威胁.为了减轻由此产生的负面影响和应对全球变暖,各国纷纷设定了碳达峰和碳减排目标,并致力于对CO2 进行固定和资源化利用.海洋等鞭金藻(Isochrysis galbana)具有生长速度快和固碳效率高的特点,集成废/污水处理和生物固碳,转化合成蛋白质、多不饱和脂肪酸等多种高值生物活性物质的等鞭金藻固碳技术,被认为是最有前途的碳捕获和资源高值化利用的技术之一.本文首先介绍和比较了常用的CO2 捕获技术的优缺点,强调基于等鞭金藻的碳捕获技术的适用范围和固碳效率的优势.其次阐明了海洋等鞭金藻光合固碳机制及其与卡尔文循环、三羧酸循环等代谢通路的联系;探讨光和CO2 对微藻固碳能力和胞内碳流分布的影响,探究培养条件、光生物反应器、基因工程/合成生物学技术改造藻株等影响等鞭金藻固碳效率的因素.最后,概述了等鞭金藻光合固碳与岩藻黄素、多不饱和脂肪酸、蛋白质等高值生物活性物质合成的关系,为精深加工、开发高值化等鞭金藻提供理论和实践依据,推动等鞭金藻固碳技术的发展和应用,协同推进节能减排,为助力实现"双碳"目标提供一条经济可行的新策略.

牡蛎礁生境是指由聚集的牡蛎和其他生物及环境堆积形成的复合生态系统,其固碳和储碳潜力巨大,在海岸带生态系统中发挥着重要的作用.然而,目前对牡蛎礁生境碳源与汇的认识仍存在不足,主要在于牡蛎钙化和呼吸作用都释放CO2,而碳源与汇的评估忽视了钙化、同化和沉积过程带来的整体碳汇价值及牡蛎礁生态系统功能带来的碳汇效应.因此,有必要重新认识牡蛎礁生境的碳汇价值.一方面,牡蛎礁生境的碳源和碳汇需要从牡蛎礁自身的整体碳循环中进行评估,包括牡蛎礁系统中的沉积、钙化、呼吸作用及侵蚀、再悬浮和再矿化作用;另一方面,牡蛎礁生态系统服务引起的碳汇效应需从牡蛎礁的生态系统服务价值角度进行评估,将生态系统服务价值及碳价值进行关联,从而纳入碳汇核算体系.从实现海岸带可持续增汇角度出发,综述了牡蛎礁生境中碳的源与汇;阐述了容易被人们忽视的微生物在牡蛎礁生境碳汇中的作用;以保护和生态修复为目的,进一步提出可实现牡蛎礁生境最大潜在碳汇的策略,以期为实现海洋负排放及践行"国家双碳战略"提供理论和技术支撑.

[背景]海洋环境中分离到的微泡菌属菌株具有多糖降解能力,在环境中可以作为糖类代谢的重要执行者参与海洋碳循环过程.[目的]测定 2株微泡菌属菌株的多糖降解活性,通过与微泡菌属其他菌株基因组比较分析 2 株菌的多糖降解基因特征.[方法]通过 3,5-dinitrosalicylic acid(DNS)定糖法测定多糖降解活性,同时利用高通量测序技术对菌株基因组序列进行测定与组装,并与其他基因组注释结果进行比较分析.[结果]分离得到 2 株微泡菌属菌株YPW1 和YPW16,二者均为潜在新种.结果表明,菌株YPW1 能够降解琼胶、褐藻胶、果胶、几丁质、木聚糖、淀粉、普鲁兰等 7 种多糖,而菌株YPW16 仅可降解淀粉和普鲁兰.基因组分析表明,YPW1 具有上述 7 种多糖的降解酶基因,但菌株YPW16 只具有淀粉酶与普鲁兰酶降解基因.相较于其他微泡菌属菌株,菌株 YPW1 多糖降解范围、多糖降解酶基因种类与丰度较高,但菌株 YPW16 多糖降解范围却较为狭窄.由此可知,多糖降解酶基因在微泡菌属基因组中的分布差异性较大.[结论]本研究为微泡菌属提供了 2 株潜在的新型菌株资源,为生物多糖降解提供了生化工具,也为研究微泡菌属菌株中多糖降解基因分布与相关菌属的生态功能奠定基础.

浮游细菌在海洋生态系统中不可或缺,在海洋生物地球化学循环过程中起着关键性作用.[目的]为了解舟山群岛不同功能区划海域细菌群落结构及丰度变化,探索海洋生态因子对细菌群落结构的影响.[方法]于2016年夏季(8月)在舟山群岛不同功能区划海域共设置8个典型站位采集表层海水,基于细菌16S rRNA基因进行高通量测序;利用流式细胞术揭示各海域细菌丰度;利用典范对应分析(Canonical correspondence analysis,CCA)探讨海洋生态因子与细菌多样性之间的关系.[结果]共获取到305487条原始序列,基于97％相似性水平进行OTU (Operational Taxonomic Units)聚类分析,共得到1088个OTUs,包括29个门、62个纲、138个目、239个科、416个属.细菌群落组成在各个站位之间不尽相同,但都主要包括Flavobacteria、Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria三大优势菌纲.CCA结果表明细菌群落结构和多样性情况与站位分布和所在站位的环境因子息息相关,Cyanobacteria受硝酸盐影响显著,Parcubacteria受温度影响最大,而磷酸盐对本实验海域菌群影响甚微.对海洋菌群潜在功能进行预测的结果显示,各海域菌群在氨基酸代谢、碳水化合物代谢、膜运输等方面功能较为突出,为今后舟山海洋微生物研究提供了新的方向.[结论]高通量测序分析可以更精确地揭示海洋菌群的群落结构信息.该研究为细菌群落结构与环境因素的关联提供参考.本研究所取得的大量数据既可以作为对舟山市海洋功能区划施行情况的响应,又将为舟山及其邻近海域浮游细菌群落结构的进一步研究奠定基础.

硅是环境中最为常见的元素之一,在地壳中的丰度为28.8％,是多数植物生长的有益元素.在生态系统中,硅循环与碳和营养元素的循环密切相关.以往国内外对于硅循环的研究大多针对海洋和陆地生态系统,而湖泊-流域系统中硅的循环过程及其对碳和营养元素循环影响的研究尚且不多.本文结合国内外研究进展,综述硅在湖泊-流域系统的存在形态及分布,阐述硅在湖泊-流域系统中的基本循环过程,以及该循环过程对碳和养分循环的影响及其作用机制.在此基础上,提出了今后的研究工作应对湖泊硅素来源进行分析,并确定湖泊沉积物中植硅体与硅藻固碳量,同时完善湖泊氮、磷、硅含量及其生态化学计量关系,最后建立湖泊-流域系统硅-碳-养分耦合循环模型.本文有助于更好地了解湖泊-流域系统硅循环过程以及硅循环对碳、养分循环的影响机制,为缓解湖泊-流域水体富营养化现象和全球气候变化提供科学参考.

[目的]初步探究海洋线虫与微生物的相互作用对碳、氮循环的影响.[方法]利用16S rRNA和18S rRNA基因高通量测序方法,对33个近岸沉积物样品中细菌、古菌和真核生物的多样性进行调查;对海洋线虫与细菌、海洋线虫与古菌的共现性进行网络分析,并采用Spearman统计学方法,识别出与海洋线虫共现性呈显著相关性的微生物种类.[结果]在夏季,红树林和潮间带泥滩样品中线虫OTU平均相对丰度基本呈随深度增加而递减趋势;冬季的红树林样品中发现相类似变化规律,只有在冬季潮间带泥滩样品中线虫OTU平均相对丰度在深层较高于表层.相对丰度最高的海洋线虫隶属于单宫目(47％)、色矛目(19％)、刺嘴目(16％)和垫刃目(9％),它们与热源体古菌、深古菌、γ-和6-变形菌等微生物有显著正/负相关关系.[结论]在香港米埔湿地沉积物中,与相对丰度最高的5种线虫显著相关的几大类微生物均在碳、氮、硫等元素循环方面起十分重要的作用,暗示海洋线虫与微生物潜在的相互作用对元素地球化学循环具有重要影响.研究结果有助于深入了解线虫在生态系统中未被揭示的生态功能,有助于更清晰地认识海洋线虫在底栖生态系统中所扮演的角色.

硅元素是全球生地化循环的重要组成成分之一,对海洋生态系统中以浮游植物主导的初级生产力和硅碳循环具有重要的意义.普遍认为硅藻主导着全球海洋的硅循环,成为海洋硅循环和碳循环交互作用的重要桥梁.海洋单细胞聚球藻对海洋食物网和能量流具有关键启动和支撑作用,是全球碳循环中固碳过程的主要贡献者,近年又被发现其具有重要的硅质化作用,为我们提供了一个在海洋中(特别是寡营养海域),除硅藻之外,连接硅碳循环交互作用的新视角,对硅藻在全球海洋硅碳循环的绝对地位具有重要的挑战意义.面对聚球藻在大洋中如此巨大的生物量,甚至高于硅藻,有必要弄清楚其碳沉降机制以及准确的模拟其硅循环,然而关于其在海洋硅循环的研究极少,硅质化作用的吸收和储存机理以及环境调节机制也不清楚;另外,其对世界海洋硅碳循环的调节作用也未见报道.为此,通过前人对海洋单细胞聚球藻硅质化作用研究的基础上进行有针对性的探讨,可望对海洋单细胞聚球藻硅质化作用及其对硅碳循环的调控机制有一个基本的认识,为深入研究聚球藻在全球海洋硅循环中的作用提供基础.

海洋是地球上最大的碳库,通过对C02的固定以及与大气物质和能量的交换,海洋对全球气候的变化起到关键的调控作用.随着全球气候变化的加剧,增加海洋碳汇已经成为应对全球气候变化的热门研究课题和主要途径之一.海洋微型生物在海洋的固碳过程及碳循环中起到关键的作用,对海洋碳汇意义重大.本文综述了一类重要的海洋微型生物-单细胞原生生物在海洋碳汇研究中的重要性,分析了其中的代表——网粘菌门(Labyrintholomycota)原生生物在海洋碳循环和次级生产中的意义,并从清楚地认识海洋碳汇的过程和机制方面,提出未来该领域急需解决的科学问题和可能的研究方案,为丰富海洋碳汇研究的生物学基础提供理论依据.

氨基酸是海洋有机质尤其是有机氮的重要组分,其地球化学行为活跃,在海洋有机质生物地球化学循环过程中起着重要作用.氨基酸的含量、组成和分布等信息可有效指示有机质的降解状态.本研究系统总结了海洋颗粒物/沉积物中氨基酸的分布特征及影响因素,以及氨基酸对有机质降解程度的指示作用.海洋颗粒物/沉积物氨基酸的主要成分为甘氨酸(Gly)、谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)和天冬氨酸(Asp),其含量从近岸到大洋逐渐降低,并随深度增加呈下降趋势.氨基酸的碳、氮归一化产率(％ AA-C/TOC,％AA-N/TN)以及基于氨基酸组成的降解因子(DI)越低,表明有机质的降解程度越高.基于非蛋白质氨基酸以及D型氨基酸含量与组成的活性因子(RI)和D型氨基酸与L型氨基酸比值(D/L)等指标可以根据细菌对氨基酸的转化作用来指示有机质的降解程度,其中RI值越接近于0,D/L值越高,蛋白质与非蛋白质氨基酸的比值Asp/β-Ala和Glu/γ-Aba(氨基丁酸)越小,均表明有机质受到微生物的降解和转化程度越高.颗粒物/沉积物中氨基酸的迁移转化过程主要受到溶解氧、营养盐水平、有机质来源、沉积环境以及微生物转化等因素的影响.今后应加强颗粒物和沉积物之间的协同效应以及微生物对氨基酸的影响与具体调控机理研究.