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高坤山教授团队在束毛藻固氮与光生物学方面取得了新进展，相关成果以“Moderate exposure to ultraviolet radiation under phosphate limitation increases Trichodesmuim nitrogen-fixation and suppresses photosynthesis”为题，发表于Limnology and Oceanography.

束毛藻，作为一种重要的固氮浮游植物，能够通过固氮酶复合体的催化作用，将惰性氮气（N₂）转化为生物可利用的氨（NH₃），从而为寡营养盐海域补充关键养分，提升海洋生产力。然而，在磷元素普遍匮乏的寡营养海区，束毛藻如何维持高效固氮与生长，是尚未解决的科学问题。团队基于前期 “UVR可抑制束毛藻及其它浮游植物光合放氧”的研究结论，提出科学假设：磷限制条件下束毛藻能够利用适当水平的 UVR 抑制其光合放氧，从而维持固氮酶活性并提升自身的固氮作用，进而促进生长。为验证该假设，本研究以束毛藻（Trichodesmium IMS 101）为研究对象，通过测定并分析多种生理参数，系统探究其光生物学过程，最终阐明了 UVR 对其固氮作用的正负效应，核心结果如下：

1.在接近寡营养海域的磷限制条件下（0.5 μM），低、中强度 UVR 可显著提升束毛藻的固氮速率（提升幅度为 75–175%）并促进其生长（31%）；但高强度 UVR（相当于海面中午时段）会同时抑制光合作用与固氮作用，最终导致细胞死亡。

2.磷限制与中强度 UVR 耦合会显著降低束毛藻的光合放氧速率，从而提高束毛藻的光合商（固碳与放氧的分子比）与固氮商（固氮与放氧的分子比）。相较于未接受 UVR 照射的对照组，光合商和固氮商分别提升了 159% 和 245%，表明适度 UVR 暴露可显著提高束毛藻光合和固氮效率（图1、图2），从而促进其生长。

综上，本研究表明：在阴天、上午早段、下午晚段或较深水层等场景下，磷限制条件下的束毛藻可利用太阳 UVR 促进自身固氮作用和生长。这一发现为解释寡营养海域中束毛藻藻华（bloom）的形成机制提供了新视角，并提示未来海洋 UVR强度变化（如臭氧层波动、水体混合层变动）可能显著影响全球氮循环。

图1. 不同磷浓度与辐射处理下束毛藻 (Trichodesmium erythraeum IMS 101) 的固氮商(NQ，固氮与光合放氧量的分子比，表示单位放氧的固氮效率)与光合商 (PQ，固碳与光合放氧的分子比，表示单位放氧的固碳效率)相关性。注：磷限制与中水平UVR（空心三角形）导致最大NQ与PQ。

图2. 束毛藻 (Trichodesmium erythraeum IMS 101) 在磷限制条件下的光生理学过程。红色箭头表示正效应，蓝色箭头表示负效应。Ps，净光合作用；Re，呼吸作用；Nf，固氮作用；Nif，固氮酶；ROS，活性氧。在较低紫外辐射下，束毛藻固氮作用因光合放氧受抑制而被促进；在高阳光紫外辐射下，DNA与蛋白质受损及ROS的积累，导致碳氮代谢过程受阻及细胞死亡。

该论文第一作者为厦门大学博士生徐田朋，通讯作者为高坤山教授，共同作者为美国南加州大学的David A Hutchins教授。该研究获得国家自然科学基金（42361144840，41720104005）等的联合资助。

Xu, T. P., Hutchins, D. A., Gao, K. S.* 2025. Moderate exposure to ultraviolet radiation under phosphate limitation increases Trichodesmium nitrogen-fixation and suppresses photosynthesis. Limnology and Oceanography. doi: 10.1002/lno.70230

https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lno.70230

供稿：徐田朋 曾祥兰

编辑：朱佳 苏颖

审核：高光 游伟伟