热带太平洋微生物生态及其对碳循环的影响

摘要

本文源于国家海洋局海洋三所申请的中国大洋协会环境项目(DY105-02023)和科技部“973”项目(G2000078504)。搭乘“大洋1号”和“海洋4号”调查船，于2001年5月到2003年11月期间，对西太“暖池”区(8.4°～9.0°N、125.0°～148.7°E)、中太(8.6°N、177.7°W)及东太多金属结核区(7.6°～10.6°N、145.3°～154.1°W)以及东太热液区(11.8°～12.8°N、103.6°～104.6°W)，进行3个航次的调查，共设置28个站位，采集228份水体样品和136份沉积物样品。采用荧光显微镜直接计数技术，测定大洋水体和底质的细菌数量、体积和生物量；利用702SM自动滴定仪，通过现场和室内模拟试验，测定水体和底质的耗氧速率；同时分离深海霉菌并通过形态学方法进行初步鉴定。
　　 研究显示，调查洋区水体细菌数量(104 cells·cm-3)的几何平均值为11.5(n=228)、变化范围为0.392～357，底质的细菌数量(107cells·cm-3)的几何平均值为0.676(n=136)、变化于0.0179～22.6；细菌菌体(μ m3·cell-1)的平均值为0.0522(n=11，279)、底质的为0.0939(n=2，998)；水体细菌生物量(μ g·dm-3)处于0.0200～22.2之间、平均2.06(n=228)，底质细菌生物量(μ g·dm-3)的变化范围是1.73～3880、平均383。细菌数量的垂直分布，表现为由上向下减少的趋势，但洋底50m以下的水层略有增加，水体和底质菌数的最高值分别出现于50m和3cm以上的层次；其水平分布，表层200m的菌数，东太平洋明显高于中、西太平洋，而中层和底层(200m)其菌数则依西太“暖池”区-中太-东太结核区-东太热液区的方向，由西向东依次降低。这种分布特征，可能反映了沿赤道洋流把美洲西部较为丰富的营养盐向西携带并逐步稀释的过程并响应了西太“暖池”区上层海水高温乏营养盐的特征；同时也可能反映了洋底界面底质的扰动现象。
　　 通过微生物生态呼吸研究，获得调查洋区不同层次的生态呼吸率μgC·(cm3·d)-1，其中洋底界面“上覆水”的平均值为3.915(n=6)和底质[添加浓度为0.1％(V/V)时]为96.71(n=6)；同时引入“细菌比呼吸指数”的概念，以建立细菌生物量和生态呼吸率两参数之间的换算关系，前述上覆水和底质的“细菌比呼吸指数”(d-1)的平均分别为8.467(n=5)和13.11(n=6)，表明该环境中，细菌每天对C的矿物化通量约为其生物量的8和13倍。
　　 另外还从调查洋区分离到396株霉菌，根据形态学初步鉴定，主要为青霉属(Pencillium)、拟青霉属(Paecilomyces)、明枝霉属(Hya-lodendron)，同时还有曲霉属(Aspergillus)及头孢霉属(Cephalosporium)等。
　　 本研究结果可为大洋环境变化的监测与评估、深海的地球生物化学过程的C通量和环境自净能力的预测，提供微生物学的科学资料。