聚球藻是一种广泛分布于全球海洋的微微型浮游生物。聚球藻对海洋生态系统的碳固定和初级生产起着至关重要的作用，其贡献的净初级生产量能达到全球海洋的16.7%。聚球藻固定的部分有机碳可以通过生物泵（BP）等途径转化为“蓝碳”，实现在海洋中的长期封存。近年来的研究发现，聚球藻具有形成聚集体的能力，从而可能显著提高了它们在BP途径颗粒有机碳（POC）输出中的能力。然而，在生态尺度上聚球藻对BP途径的实际贡献和机制还需要进一步研究。

    黄河是中国第二长的河流，其入海水量占渤海淡水总量的75%以上。此外，黄河是全球泥沙输送量第二大的河流，几千年来向海洋输送了6%的泥沙。黄河携带的泥沙中含有硅和钙等粘土和非粘土矿物，它们可以作为碳沉降的压载矿物。因此，黄河口及其附近海域是研究聚球藻聚集和沉降的理想区域。在本研究中，通过采用分粒径过滤法，分析了黄河口及其附近海域海水中营聚集（AG）和自由（FL）生活方式的聚球藻及其对原位POC的贡献，并深入探讨了AG聚球藻与共现异养细菌的相互作用和形成聚集体的潜在过程（图1）。

图1 河口近海水域聚球藻与共现细菌相互作用形成聚集体并沉降的机理图

研究亮点一：AG聚球藻对黄河口近海海域的POC输出具有潜在贡献

    研究发现，黄河河口近海海水中的AG聚球藻占总聚球藻丰度的14.7%至85.4%。相关性分析揭示了AG聚球藻与POC含量之间的显著正关联（p < 0.01）。随机森林回归分析进一步表明，所构建的模型能解释POC变化的40.9 %，其中AG聚球藻显示出最高的%IncMSE（increase in MSE，用于解释变量重要性），说明其在所有变量中对POC含量的重要性最强，对该海域的POC输出具有潜在贡献。该现象可能得益于黄河口近海海域内丰富的泥沙的存在，它们充当了聚集体的压载矿物，促进了聚球藻的聚集和沉降。

研究亮点二：AG和FL聚球藻的谱系组成及组装过程存在差异

    通过对rpoC1基因的高通量测序，发现了AG和FL样本中不同聚球藻谱系比例及群落构建过程的差异，特别是S5.1分支I在AG样本中的比例显著高于FL样本（p < 0.05），且AG聚球藻群落的组装和演替主要受到包括分散限制（29%）和未主导过程（67%）的随机过程的支配而非确定性过程。这说明不同的聚球藻谱系对聚集具有不同的偏好性，而聚集体的形成很可能来自于具有聚集潜力的谱系的机会性耦合。

研究亮点三：细菌-聚球藻耦合形成聚集体

    构建了聚球藻和异养细菌的共现网络，阐明了AG样品网络的“小世界”特性和更高的稳定性。通过对偏向AG的聚球藻谱系与细菌功能间的耦合分析发现，这可能是由聚球藻和共存细菌之间基于碳-氮元素互换的相互作用所促进的。

    以上研究结果有助于更好地理解聚球藻在近海生态系统中的生态角色，以及它们对POC输出和生物泵的潜在贡献，凸显了在河流水库建设中考虑水沙平衡性的重要性，并对矿物增效的生物泵假说提供理论支撑。

    该研究以“Aggregating Synechococcus contributes to particle organic carbon export in coastal estuarine waters: Its lineage features and assembly processes”为题发表在Science of the total Environment上。中国科学院烟台海岸带研究所为论文第一完成单位，李佳霖研究员和秦松研究员为论文通讯作者，博士生王挺为论文第一作者。研究得到国家自然科学基金（42176131）和研究组群项目（YICE3510303）的资助。研究的数据及样品采集得到国家自然科学基金委员会共享航次计划项目“黄河口关键过程及物质输运协同效应重大科学考察航次”（项目批准号：42149301）的资助。该航次（航次编号：NORC2022-304）由“创新一”号科考船实施，在此一并致谢。

论文信息：

WANG T,LI J,XU Y,et al. Aggregating Synechococcus contributes to particle organic carbon export in coastal estuarine waters: Its lineage features and assembly processes[J]. Science of the total Environment,2024,917: 170368.

论文链接：

    https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170368