海洋溶解有机物（DOM）包含从活性到惰性不同生物可利用性的组分，其生物可利用性调控原核生物的摄取与释放过程，进而通过微生物碳泵（MCP）决定碳封存机制。研究人员于2021年5月31日和8月26日在西北地中海5 m水层采集DOM样品，将其添加至中层带原核生物群落中开展为期34天的培养实验。结果表明，不同原核生物类群的生长与碱性磷酸酶活性利用、较高病毒丰度相关联，驱动原核生物来源DOM的释放，该过程可通过溶解水解氨基酸及类腐殖质荧光DOM的积累示踪。类腐殖质组分的积累与原核生物特定类群的增殖同步：生长活跃期以弯曲菌目（Campylobacterales）和肠杆菌目（Enterobacterales）为主，培养末期则以黄杆菌目（Flavobacterales）中Tenacibaculum属、Pedosphaerales目和Chitinophagales目为代表。DOM与原核生物群落的平行分析揭示了两者间的耦合关系：自由生活原核生物群落随时间发生生态位演替，同时明确了地中海区域微生物碳泵的核心功能类群。
该研究针对海洋溶解有机物（DOM）在全球碳循环中的作用机制展开，聚焦微生物碳泵（MCP）介导的惰性DOM形成过程尚不清晰的科学问题。当前已知DOM是地球表层最大的还原碳库之一，其生物可利用性跨度从周转时间为小时级的活性DOC（LDOC）到千年尺度的超惰性DOC（UDOC），但原核生物如何将LDOC转化为可在海洋中长期保存的惰性DOM、不同季节来源的DOM如何影响深层群落代谢及碳输出，仍是未解明的关键问题。西北地中海作为半封闭海盆，其季节性层化、冬季混合与深层水形成过程会显著影响DOM的垂直输运与群落结构，是研究DOM-微生物互作的理想区域。研究人员通过开展移植培养实验，结合多参数生物地球化学分析与高通量测序，揭示了季节DOM质量差异对原核生物代谢、群落演替及DOM转化的调控作用，相关成果发表于《Environmental Microbiology Reports》。
研究采用的关键技术方法包括：在西北地中海Microbial Observatory Laboratory Arago（MOLA）时间序列站点，分别于2021年春季（5月31日）和夏季（8月26日）采集表层5 m DOM滤液，与500 m中层带预过滤去除捕食者的原核生物接种物按1:1体积混合，开展为期34天的黑暗原位温度培养；期间通过高温催化氧化法测定溶解有机碳（DOC）、过硫酸盐湿氧化法测定总溶解氮（TDN）与磷（TDP），结合荧光分光光度法表征荧光溶解有机物（FDOM）组分，手性衍生-高效液相色谱法测定溶解水解氨基酸（DHAA）对映体组成；利用流式细胞术计数原核生物与病毒丰度，微离心法测定原核生物异养生产量（PHP），荧光底物法检测碱性磷酸酶（APase）等胞外酶活性；最终通过16S rRNA基因高通量测序解析原核生物群落组成，所有数据均采用R语言完成统计分析。
研究结果如下：
3.1 原核生物与病毒丰度动态
原核生物丰度在两个处理中均于培养早期（0~5天）达到峰值，夏季DOM处理峰值更高（10×10⁵ cells mL⁻¹），随后分别下降3.7倍（春季DOM）和4.8倍（夏季DOM），后期补磷无显著响应。病毒丰度在春季DOM处理中下降18%，夏季DOM处理则持续上升，5~27天增幅达69%，与原核生物衰减阶段呈显著正相关。
3.2 原核生物生产与胞外酶活性
原核生物异养生产量（PHP）峰值出现在0~3天，夏季DOM处理全程维持更高水平。胞外酶活性呈现显著差异：培养第3天，春季DOM处理的酯酶活性显著高于夏季DOM处理，而夏季DOM处理的碱性磷酸酶（APase）与亮氨酸氨基肽酶活性更高；两类酶活性均随培养进程显著下降，补磷后仅暂时提升氨基肽酶与碱性磷酸酶活性。
3.3 原核生物多样性与群落组成
初始群落以硝化螺旋菌目（Nitrososphaerales）和Pelagibacterales目为主，培养7天内α多样性显著下降。生长活跃期，两个处理均以肠杆菌目、假单胞菌目和红杆菌目（Rhodobacterales）为优势类群，其中春季DOM处理富集红杆菌科未分类类群与Marinobacter属，夏季DOM处理富集Marinomonas属、弧菌属（Vibrio）与假交替单胞菌属（Pseudoalteromonas）。培养后期（7~27天），群落转为黄杆菌目与Pirellulales目主导，春季DOM处理以Rhodopirellulla-B属和未分类黄杆菌目为主，夏季DOM处理富集Tenacibaculum属、Pedosphaerales目与Chitinophagales目。
3.4 溶解有机物与营养盐变化
初始夏季DOM处理的溶解有机磷（DOP）比春季高50%，DOC:DON:DOP比值更低。生长阶段，春季DOM处理的TDN消耗速率更高，夏季DOM处理的TDP消耗速率更高，表现为更低的C:P与N:P计量比。DOP在夏季DOM处理中于第14天降至检测限以下，表明其有机磷需求更强。
3.5 DOM组成变化
两种处理的DHAA占DOC比例分别为3%和4%，初始夏季DOM处理的L型DHAA比春季高42%。培养过程中L型DHAA显著下降，D型DHAA在春季DOM处理中下降、在夏季DOM处理中保持稳定。类蛋白荧光组分（peak T）持续下降，类腐殖质荧光组分（peak C）在两种处理中均逐渐积累，夏季DOM处理的积累速率更高；peak M仅在夏季DOM处理的生长阶段上升，随后被peak C替代。
讨论部分总结：
研究证实季节DOM生物可利用性差异会调控深层原核群落的代谢与DOM转化路径。本次实验中夏季DOM表现出更高的活性，这与MOLA站点的常规季节模式相反，推测与2021年8月的一次定鞭藻水华有关，凸显了年际事件对DOM库的显著影响。DOM的消耗与释放过程伴随磷需求的升高、碱性磷酸酶活性的增强与病毒裂解作用：夏季DOM处理更高的碱性磷酸酶活性驱动了有机磷利用，同时病毒裂解可能促进了D型DHAA与类腐殖质DOM的释放。荧光DOM组分呈现演替特征，peak M可能为生长阶段的副产物，可被微生物利用，而peak C为更惰性的终产物。原核生物群落演替与DOM转化紧密耦合：生长活跃期的快生类群（如弧菌属、Marinomonas属）携带碱性磷酸酶编码基因，驱动有机磷降解与类腐殖质DOM积累；培养后期的类群（如Tenacibaculum属、Pedosphaerales目）适应于已加工的DOM，可能与微聚集体形成相关。研究明确了磷限制、碱性磷酸酶活性与病毒裂解是调控地中海微生物碳泵效率的关键因子，未来需结合多年观测进一步量化气候变化事件对DOM-微生物互作及碳封存的影响。
研究结论：
移植培养实验证实了季节DOM动态对其原核生物加工过程的调控作用。本次实验基于MOLA时间序列，因2021年8月的异常定鞭藻水华，获得了偏惰性的春季DOM与偏活性的夏季DOM样品，凸显了多年重复实验的必要性。结果表明，初始DOM组成的差异决定了原核生物生长及易进入惰性DOC库的DOM组分的释放。研究提出了类腐殖质DOM积累与原核生物磷需求、碱性磷酸酶活性及病毒裂解的强关联，该机制需在后续深海研究中验证。碱性磷酸酶活性与病毒裂解分别是中层-深层海洋胞外酶活性与原核生物死亡的主导过程，可驱动原核生物来源DOM的释放，参与碳封存。原核生物代谢与荧光DOM积累受时空变化影响，表层输出的活性有机物可通过促进高磷需求、具有机磷利用能力的快生类群生长，刺激微生物碳泵运转。未来需进一步明确年际变化如何通过DOM组成改变调控微生物功能，以应对气候变化对海洋碳循环的潜在冲击。
