【摘 要】
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氮是构成生物体的重要元素,海洋氮循环是全球海洋初级生产力的主要控制因子。中国南海是我国最大的边缘海,长期以来由于其N:P 比低于Redfield 比值而被认为是一个巨大的寡营养水体。在中国南海,固氮作用在为海洋中的浮游生物提供可利用氨的同时,也将海洋中的碳、氮、磷、硅等一系列重要的生物地球化学循环相耦合。因此,海洋氮循环在海洋中发挥着极其重要的作用。为研究南海北部固氮微生物的多样性,本次研究采用高
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氮是构成生物体的重要元素,海洋氮循环是全球海洋初级生产力的主要控制因子。中国南海是我国最大的边缘海,长期以来由于其N:P 比低于Redfield 比值而被认为是一个巨大的寡营养水体。在中国南海,固氮作用在为海洋中的浮游生物提供可利用氨的同时,也将海洋中的碳、氮、磷、硅等一系列重要的生物地球化学循环相耦合。因此,海洋氮循环在海洋中发挥着极其重要的作用。为研究南海北部固氮微生物的多样性,本次研究采用高通量测序（HTS）技术对2017年和2018年采自南海北部的52个样品进行了以nifH基因作为分子标记基因的高通量测序、使用基于探针法的实时荧光定量PCR对104个样品中十种固氮微生物类群:丝状束毛藻、单细胞固氮蓝藻（UCYN-A1、UCYN-A2、UCYN-B、UCYN-C）、与硅藻共生的异型蓝藻（Het-1、Het-2、Het-3）,以及两种异养变形菌γ-24774A11和α-MH144511进行定量,同时测定了 2018年部分样品的固氮速率。通过开展以上研究,主要结论有:（1）在南海北部主要的固氮微生物类群是束毛藻、单细胞固氮蓝藻UCYN-B、以及γ-变形菌,这一结果与之前在中国南海开展相关固氮微生物组成的调查结果相似;2018年在不同站位固氮微生物的组成存在较大差异,而2017年在不同样品之间固氮微生物的组成较为均匀;（2）通过实时荧光定量PCR,发现三种具有明显昼夜节律的固氮微生物,其中束毛藻主要在白天执行固氮功能,UCYN-B和Het-1主要在夜晚执行固氮功能。束毛藻nifH基因的拷贝数随采样深度变化不明显,UCYN-B、Het-1 nifH基因拷贝数随着采样深度的增加而逐渐减少。关联网络分析图表明:白天执行固氮功能的束毛藻与夜晚执行固氮功能的UCYN-B和Het-1之间呈现显著的负相关,优势固氮蓝藻束毛藻、UCYN-B与其它固氮微生物之间多呈现负相关,丰度较低的固氮微生物间则主要以正相关为主,这一现象表明固氮微生物之间的相互关系可能与其在海洋中的丰度高低、昼夜节律等因素相关;（3）高通量测序结果显示:相比于通过采样时间（昼夜）,采样深度能将不同站位的固氮微生物进行区分,不同年份、不同采样深度影响固氮微生物群落分布的环境因子也有所不同。丰度较高的固氮微生物在绝大多数站位中普遍存在,而丰度较低的固氮微生物会更加倾向于分布在单一样品中。造成这一现象的原因可能与南海北部具体的水文特征、采样时具体的环境因素相关。（4）将高通量测序结果与中性模型拟合以及通过Mental检验分析不同环境因子、空间因素对固氮微生物群落构建的影响得出:2017年样品与中性模型的拟合程度为0.324,2018年样品与中性模型的拟合程度为0.527。相比于2017年,2018年样品受随机过程影响较大,这可能与台风、黑潮以及采样站位的密集程度相关。在固氮微生物群落构建的过程中,整体上受优势种影响较大;（5）在2018年检测的固氮速率样品中,固氮速率最高的样品是SCS3站位白天25 m处采集到的样品,在这一站位主要的固氮微生物是束毛藻。虽然同一站位在白天或者夜晚不同水层采集到的样品固氮速率较为接近,但整体上白天与夜晚固氮速率相差较大,且不同站位之间固氮速率也相差较大,这一结果表明固氮微生物其发挥的固氮能力可能会随着具体的采样环境有所变动。
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