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真光层营养盐的缺乏限制了浮游植物的初级生产力,其中氮营养盐是真光层最缺乏的营养盐之一。越来越多的研究表明异养细菌除了吸收溶解有机氮(dissolved organic nitrogen,DON),也吸收溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)。异养细菌与浮游植物竞争氮营养盐,不仅直接影响浮游植物的生产力,其对NH4+和NO3-的吸收,也使新生产力和再生产力的估算变得更加复杂。古菌群落对真光层氮循环也非常重要,特别是氨氧化古菌的氨氧化作用。在真光层,光辐射和有机质的可获得性是影响微生物群落的两个重要的环境因子。基于此,本研究在南中国海中营养的陆架区(I1站)和寡营养的海盆区(SEATS站),对20%表层有效光合辐射(surface photosynthetically active radiation,sPAR)水层和 1%sPAR 水层海水进行了现场原位海水添加15N标记的氮营养盐的模拟培养实验,并将DNA-稳定同位素探针技术(stable isotope probing,SIP)与氮吸收率测定、荧光定量PCR(quantitative PCR,qPCR)技术和高通量测序相结合,探究两个水层的<20 μm粒径微生物群落(没有去除3μm-20 μm粒径的浮游植物)和<3 μm粒径微生物群落(去除3μm-20μm粒径的浮游植物)对DIN(NH4+、NO3-和NO2-)和DON(尿素)的吸收特性。本研究的微生物群落(<20μm和<3μm),特别是细菌群落,对NH4+的吸收率均略大于尿素,明显大于NO3-和NO2-。在有浮游植物提供有机质能源的情况下(I1站<20μm样品),微生物群落氮营养盐吸收率没有随着光辐射的明显减弱而减弱,而在缺乏浮游植物提供有机质的情况下(I1站<3 μm样品和SEATS站的两个粒径样品),微生物群落氮营养盐的吸收率随着光辐射的减弱而减弱,表明微生物群落氮营养盐吸收受有机质来源和光辐射的共同影响,越是在寡营养的环境,光辐射的影响越大。在寡营养的SEATS站,真核浮游植物和古菌的DNA标记率在20%sPAR水层显著高于1%sPAR水层,而细菌DNA标记率在两个水层之间没有显著差异(但高通量测序表明细菌群落结构在两个站位两个水层均存在显著差异,特别是在SEATS站位),暗示真核浮游植物和古菌的氮营养盐吸收受光的影响较细菌大。进一步针对古菌而言,不仅在SEATS站,在11站的20%sPAR水层的古菌群落对氮营养盐吸收(特别是对NH4+的吸收)的DNA标记率也普遍高于1%sPAR水层,即古菌可能主要在20%sPAR水层吸收NH4+,我们猜测,那么在1%sPAR水层,古菌可能利用NH4+的途径主要是靠AOA类群的氨氧化活动。古菌16S rRNA基因高通量测序数据佐证了我们的猜测,该结果表明,1%sPAR培养样品中的古菌类群主要是Marine Group I(MGI)类群(古菌氨氧化的主要类群),20%sPAR培养样品中的古菌类群主要是古菌MGII类群(异养古菌,能够代谢有机质和同化氮营养盐)。针对细菌而言,I1站和SEATS站细菌丰度占细菌、真核浮游植物和古菌总丰度的87.43%-99.6%,表明细菌群落是最主要的微生物组成部分。同时,I1站原核生物丰度高于SEATS站,且I1站现场原位模拟培养样品的原核生物群落增长率普遍高于SEATS站。由于11站相对SEATS站更富营养,以上结果暗示营养条件的差异将影响微生物群落增长率,影响对氮营养盐吸收特性。15N DNA标记率和氮营养盐吸收速率结果还表明I1站的浮游植物(3-20 μm)有利于细菌群落(<3 μm)吸收氮营养盐;而SEATS站可能由于浮游植物(3-20 μm)丰度很低,对细菌群落吸收氮营养盐的刺激作用不明显,暗示浮游植物可能通过释放DOM来刺激细菌群落的氮吸收。DNA-SIP与细菌、古菌16SrRNA基因高通量测序的结合表明,同一个处理组,添加不同氮营养盐的细菌和古菌群落聚在一起,暗示在同一个环境中细菌和古菌群落对氮营养盐的选择具有多样性。针对细菌的具体类群,20%sPAR和1%sPAR水层之间的氮营养盐吸收细菌类群存在明显差异。吸收氮营养盐的蓝细菌多样性低,其Prochlorococcus类群的一个OTU成为I1站和SEATS站20%sPAR水层氮营养盐的主要吸收者。而吸收氮营养盐的主要异养细菌多样性较高,主要包括α-Proteobacteria 和 y-Proteobacteria 中的一些类群。此外,中营养的 I1 站 20%sPAR水层氮营养盐吸收细菌群落中α-Proteobacteria相对含量更高,而寡营养的SEATS站20%sPAR水层氮营养盐吸收细菌群落中Prochlorococcus相对含量更高。Prochlorococcus是中营养、寡营养海域稳定的氮循环重要参与者,而一些异养细菌类群,例如 α-Proteobacteria中的Rhodobacteri ce 和 y-Proteobacteria 的Pseudomonas,能够对环境改变做出迅速响应,并在适宜其生长的条件下成为氮循环的主要参与者。与此同时,蓝细菌和异养细菌存在对氮营养盐的竞争。在富营养的环境,特别是在高有机质高还原氮的环境,原位环境及浮游植物释放的有机质有利于异养细菌同蓝细菌竞争氮营养盐,不利于海洋固碳和储碳。