海洋在全球气候变化中扮演着举足轻重的作用,具有吸收和储藏CO2的能力,对海洋碳循环的研究已经成为当今的热点。微型浮游生物在海洋呼吸作用中发挥了很大的作用,且主要通过代谢活动实现碳在海洋生态系统中循环。呼吸作用代表着海洋中有机物的消耗及循环流通,对于有机碳在沉积物中的积累,或者输出到大气中的CO2的量是十分重要的,这对于衡量生态系统中碳收支平衡必不可少。因此,海洋微型生物呼吸作用的研究为我们更好地了解海洋生态系统的碳通量提供了依据。微生物呼吸速率的研究已经在迅速发展,同时环境因素对原核生物呼吸速率的影响也得到了一定的证实。但由于测定方法的不同及不同水体生态系统中呼吸速率对环境因子响应存在差异,这对我们理解微型浮游生物呼吸速率与受控因子之间的关系仍然有很大的限制。因此,对这些微生物群落的呼吸作用以及影响因素的研究对于充分了解碳通量是至关重要的。为了阐明南海珠江口到南海海盆区微型生物群落呼吸速率的分布及影响因子;本研究采用电子传递体系统(Electron Transport System,ETS)活性检测方法,开展了微型生物群落呼吸(Microbial community respiration,MCR)、海洋浮游生物中细菌和古菌类群多样性及受控因子的调查研究;为了说明模拟体系中不同层位、不同粒径微生物群落呼吸速率对于藻液添加的响应及其呼吸速率的受控因子影响,在Aquatron模拟实验体系中通过藻液碎片的添加,长时间序列下监测了表层和底层(10m)呼吸速率的响应。揭示了大于0.2μm的MCR(0.2MCR)与大于0.8μm的MCR(0.8MCR)两种粒径范围中的微型生物代谢对添加的藻液的直观响应,为我们更好地了解碳通量提供了基础。研究结果如下:1、通过对南海珠江口到南海海盆区的微型浮游生物呼吸速率的空间分布特征分析,说明了该地区呼吸作用消耗的碳量;通过调查微型生物的呼吸速率与环境条件的相关关系,揭示了微生物群落呼吸速率的影响因子。南海北部水体呼吸速率的总体分布特征为从近岸到远海,从表层到底层逐渐降低(Seats站除外)。相比于北大西洋,南海北部区域呼吸速率偏低。南海北部群落呼吸速率不仅与原核生物(细菌与古菌)丰度、叶绿素、温度等因素呈现显著正相关,还与磷酸盐、溶解氧、硅酸盐等非生物因素呈现显著负相关性,可能是因为原核生物对于溶解态的营养盐循环十分重要,因为它们可以作为营养盐的分解者存在。2、在南海北部珠江口近岸到外海的的研究中发现,细菌、古菌类群多样性的分布特征对南海珠江口到南海海盆区的环境梯度有一定的响应,古菌类群的分布特征为近岸水体古菌量比较低,含有少量的MGⅠ;MGⅡ等为表层海水的优势类群;MGⅠ等为海洋的200m以下的无光层区域的优势类群,叶绿素最大层及陆架区底层主要的优势类群为MGⅠ及MGⅡ。通过群落呼吸速率与微生物群落多样性及原核生物丰度的相关关系分析发现,微生物的群落呼吸作用主要由该环境中的优势类群贡献。南海北部,近岸中对微生物群落呼吸速率贡献比较大的作用细菌类群是放线菌、δ-变形菌及γ-变形菌等;陆架区的表层对呼吸速率贡献比较大的作用类群是Y-及α-变形菌等;深层无光海水中,主要的作用类群是α-变形菌及Y-变形菌等群落。3、Aquatron体系克服了“瓶子实验”无法分层等缺点,进行了藻液添加对不同层位呼吸速率影响的分析。通过对Aquatron培养条件下微生物群落呼吸速率影响因素的研究发现,表层的0.2 MCR与培养体系中原核生物丰度及氧化还原电位呈现显著正相关关系,底层的0.2 MCR与原核生物丰度呈现显著的正相关性。破碎藻液的添加为呼吸作用提供了有机物来源,有机物的提供及原核生物丰度对于微生物呼吸速率的影响比较大。藻液添加后,底层0.2MCR变化相比于表层的比较小,表明,表层0.2MCR对添加的颗粒物质的响应更大,初步分析,可能是受到上层原核生物的对碳消耗作用(呼吸作用)的影响。4、由上可知,在南海北部,微生物呼吸速率主要受原核生物丰度、叶绿素及温度影响,并且对呼吸速率贡献的主要类群为此环境下的优势类群,如变形菌等。模拟体系的结果显示,表层0.2MCR对添加的颗粒物质的响应更大,会受到上层原核生物呼吸作用对颗粒物质消耗的影响,同时原核生物丰度对呼吸速率影响也比较大。通过对比自然环境与模拟体系中群落呼吸速率的受控因子发现,二者共同点为原核生物丰度都对呼吸速率呈现正相关关系,都是影响呼吸速率的主要因素,不同点为自然水体中,温度与呼吸速率呈现正相关,影响比较大,而模拟体系中,温度的影响作用不显著。这可能是因为模拟体系的温度相对稳定,变化不大,外源有机物的输入影响了微生物呼吸速率。