近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室、台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站黄毅彬副教授团队，在浮游植物—细菌碳耦合机制的研究中取得新进展，相关成果以“Linking Phytoplankton-Derived Dissolved and Particulate Carbon Production to Bacterial Metabolism across Physical Dynamics in a Subtropical Marginal Sea”为题，发表于期刊Journal of Geophysical Research: Oceans。
该研究依托台湾海峡7个航次的现场观测，揭示了浮游植物光合作用介导的溶解有机碳生产和释放过程对异养细菌代谢以及食物网碳流结构的关键调控作用，为理解藻菌互作过程与区域碳循环提供了重要依据。
研究背景
浮游植物光合作用是海洋有机碳最主要的来源，其光合产物可根据碳库类型，分为颗粒态初级生产与溶解态初级生产两类。前者是浮游植物用于合成自身生物量的有机碳，后者则是未被浮游植物同化利用，直接以溶解有机态的形式释放至水体的光合产物。溶解有机碳生产通常可占浮游植物总初级生产的10%–60%，既是海洋溶解有机碳库的重要组成，又具有较高的生物可利用性，被认为是驱动海洋异养细菌代谢、调控藻–菌生态互作的关键因子。
然而，过往的相关研究大多仅聚焦浮游植物颗粒态的光合生产，普遍忽视了溶解态初级生产的贡献，这不仅对精确定量浮游植物初级生产力带来挑战，也进一步制约了对藻-菌耦合机制以及区域碳循环的理解。
研究结果
浮游植物溶解态初级生产对细菌代谢过程的调控作用
研究团队选取具有显著的水文和生态梯度的台湾海峡作为研究区域，开展涵盖浮游植物颗粒态、溶解态初级生产力以及细菌次级生产、呼吸等关键参数的同步观测。结果显示，在研究海区，溶解态有机物生产是初级生产力中不容忽视的部分，平均占浮游植物总初级生产力的17%，整体由近岸向外海递增，在寡营养水体平均可达28%（图1）。通过耦合同步观测的细菌碳代谢过程分析发现，细菌呼吸和浮游植物光合过程中颗粒态有机碳的生产呈现更好的相关性，而细菌的次级生产过程则和溶解碳的光合生产具有更好相关性（图2），这暗示细菌这两个核心碳代谢过程可能受到了来自不同有机碳来源的驱动。进一步分析发现，虽然浮游植物溶解有机碳的光合生产无法满足细菌代谢总需碳量，但其占总初级生产力比例，却显著影响着细菌的生长效率。在浮游植物光合过程中溶解态有机碳生产比例更高的海区，细菌在吸收有机碳后，将有更高比例碳用于合成自身生物量，而用于维持呼吸消耗的比例则相应减少，这一生长效率的提升将对微食物环的效率产生重要影响。
图1. 浮游植物不同碳库的初级生产与细菌碳代谢的空间格局及水团间差异
图2. 浮游植物不同碳库的初级生产与细菌碳代谢的相关性分析
不同水动力过程塑造差异化的区域食物网碳流模式
在浮游植物—细菌碳耦合模式下，研究还进一步揭示不同水动力过程如何通过改变营养供给与碳分配格局，塑造区域差异化的食物网碳流路径（图3）。寡营养水体中，浮游植物胞外溶解有机碳释放占比与细菌生长效率均处于最高水平，碳循环过程以微食物网为主导。近岸羽流区的初级生产多转化为颗粒态有机碳，浮游植物向细菌的碳传递比低，意味着更多的有机碳得以流向经典食物链或者向下埋藏。上升流区与多水团交互区的溶解态初级生产占比虽然相近，介于羽流和寡营养水体之间，但多水团交互区的细菌生长效率显著低于上升流，其可能受水团交汇影响，碳源供给与微生物代谢需求出现失衡，细菌呼吸损耗占比偏大。
图3. 不同水团的颗粒态和溶解态初级生产碳分配、细菌生产和呼吸碳分配以及浮游植物—细菌碳流的比较
研究意义及展望
该研究揭示了浮游植物光合作用中生产的溶解有机碳在调控细菌代谢和区域碳循环的关键作用，表明其不仅是初级生产的重要组成部分，更可以通过调节藻-菌互作，影响细菌生长效率与食物网碳流结构。同时，不同水团进一步通过改变水体营养水平、塑造出区域差异化的碳分配格局。研究成果进一步深化了对浮游生物在碳循环中作用的理解，并为气候变化下海洋碳汇潜力评估提供了科学支撑。
研究团队及资助
该论文共同第一作者为厦门大学2021级博士研究生刘尧和自然资源部第三海洋研究所康建华研究员，通讯作者为厦门大学黄毅彬副教授，其他作者还包括黄邦钦教授和博士研究生薛成文。该研究获得国家自然科学基金项目（42406099）、自然资源部第三海洋研究所科研基金项目（2024009）、福建省自然科学基金项目（2024J01182、2025J09005）、厦门市自然科学基金项目（3502Z202472006）以及中央高校基本科研业务费（20720240105、20720240053）的联合资助。
论文来源及链接
Liu, Y., Kang, J., Huang, Y*., Xue, C., & Huang, B. (2026). Linking phytoplankton‐derived dissolved and particulate carbon production to bacterial metabolism across physical dynamics in a subtropical marginal sea. Journal of Geophysical Research: Oceans, 131,e2026JC024071.
https://doi.org/10.1029/ 2026JC024071
供稿：刘尧 黄毅彬
编辑：房月 苏颖
排版：陈蕾
审稿：郑强 曹知勉
