廈大,|,海洋微微型浮游植物晝夜變動研究新進展

微微型浮游植物擁有巨大的細胞數量和廣泛的海洋地理分佈,是海洋生態系統中非常重要的初級生產者,在海洋生物地球化學迴圈中發揮著重要作用。近來的研究發現微微型浮游植物的生物量也呈現白天新增夜間下降的晝夜變動特徵。關於捕食者在調控微微型浮游植物晝夜變動上的作用的研究仍是有限的,甚至出現一些相互衝突的結論。

近日,廈門大學環境和生態學院黃邦欽教授研究團隊以“Quasi-antiphase diel patterns of abundance and cell size/biomass of picophytoplankton in the oligotrophic ocean”為題在Geophysical Research Letters期刊上發表最新研究成果,證實並擴展了先前關於寡營養海域中微微型浮遊植物的晝夜週期變化的研究結果,並進一步指出微微型浮游植物細胞豐度與細胞大小/生物量呈現的准反相晝夜變化關係很可能是近穩態寡營養生態系統的一個普遍特徵。

研究背景

地球表面近一半是寡營養的海洋環境。寡營養海域中食物網以微食物環為主,浮游植物以微微型浮游植物(粒徑<2µm,包括原綠球藻、聚球藻和微微型真核浮游植物)主導。微微型浮游植物擁有巨大的細胞數量和廣泛的海洋地理分佈,是海洋生態系統中非常重要的初級生產者,在海洋生物地球化學迴圈中發揮著重要作用。早期研究表明微微型浮游植物細胞豐度的晝夜變動特徵表現為夜間上升白天下降,而細胞大小表現為白天增大夜間變小。近來的研究發現微微型浮游植物的生物量也呈現白天新增夜間下降的晝夜變動特徵。關於捕食者在調控微微型浮游植物晝夜變動上的作用的研究仍是有限的,甚至出現一些相互衝突的結論。然而,上述研究都是獨立進行的,需要進一步綜合研究這些參數(細胞豐度、細胞大小、生物量及捕食等下行調控因素)之間的聯系。

圖1:南海夏季航次時間序列觀測站位及SeaFlow數据集資料分佈圖

研究成果

研究團隊利用國家重點研發項目(MARCO項目)南海航次,於2019年6–7月在南海北部三個寡營養測站開展了24或48小時的時間連續觀測,並通過經實驗室藻株“校準”的流式細胞儀同時測定三個類群的微微型浮游植物的細胞數量、細胞大小和生物量。觀測資料表明微微型浮游植物的細胞數量、細胞大小和生物量均呈現明顯的晝夜變動,並且原綠球藻和聚球藻細胞數量的晝夜變動規律與細胞大小/生物量呈接近反相的關係。而且生物量與細胞豐度之間幾乎相反的晝夜變動規律與基於同期開展的甲板培養實驗得到的淨生長率的晝夜差异相一致。此外,培養實驗還發現在白天與夜間微型鞭毛蟲對原綠球藻和聚球藻的捕食壓力是相當的。

圖2:南海北部表層三個類群的微微型浮游植物細胞數量、細胞大小和生物量時間序列

為了探究南海北部觀測到的微微型浮游植物晝夜變動模式是否具有普適性,研究人員進一步利用已公開發表的包含37個航次的高解析度時空變動的SeaFlow數据集與南海北部的數據進行聯合分析。通過執行時間標準化和數值標準化等操作,不同海域、不同日期、不同經緯度以及不同數量級的數據可以直接比較。在每半小時平均的水准上,三個類群的微微型浮游植物的細胞大小和生物量呈現顯著的晝夜變動,而細胞數量的晝夜變動不是特別明顯。進一步的余弦分析檢驗確定了相當比例的有效日(一天當中的缺失值少於41.7%視為一個有效日)是具有顯著的晝夜變動規律;從所有有效日的晝夜變動峰值時刻的分佈可以看出細胞數量與細胞大小/生物量的晝夜變動呈現一個接近反相的關係,即峰值時間相差接近12 hr。研究人員認為寡營養海洋生態系統中占主導的微微型浮游植物的細胞豐度與細胞大小/生物量呈現的這種准反相晝夜變動關係很可能是普遍存在的。這項研究提高了我們對這種最小的自養生物的認知,有助於更好地理解寡營養海區生態系統和生物地球化學過程。

圖3:南海夏季航次觀測與SeaFlow數据集的聯合分析(a):全部38個航次每半小時平均的三個類群的微微型浮游植物細胞數量、細胞大小和生物量的變動。此處數值已經標準化,因而它們是無組織的,並圍繞1上下波動。(b):環形箱形圖與beeswarm圖相結合顯示三個類群的微微型浮游植物細胞數量、細胞大小和生物量的晝夜週期變動峰值時間的分佈。每個點對應一個具有顯著晝夜變動的有效日。

研究團隊

該院博士生李長林為本文第一作者,黃邦欽教授為通訊作者,臺灣海洋大學蔣國平教授、美國路易斯安那州立大學Edward Laws教授、廈門大學柳欣教授和陳紀新高級工程師、美國加州大學聖克魯茲分校黃毅彬博士、英國Strathclyde大學陳炳章博士以及臺灣海洋大學蔡安益教授為共同作者。該研究得到了國家自然科學基金(42130401,U18052414212204441890803)等資助。

論文來源

Changlin Li,Kuo-Ping Chiang,Edward A. Laws,Xin Liu,Jixin Chen,Yibin Huang,Bingzhang Chen,An-Yi Tsai,Bangqin Huang*,Quasi-antiphase diel patterns of abundance and cell size/biomass of picophytoplankton in the oligotrophic ocean,Geophysical Research Letters,49,e2022GL097753.

全文連結:https://doi.org/10.1029/2022GL097753

資料標籤: 植物 科普
本文標題: 廈大,|,海洋微微型浮游植物晝夜變動研究新進展
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656004726936215
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