近日，厦门大学环境与生态学院、海洋生物地球化学全国重点实验室、福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站（台海站）肖武鹏副教授团队围绕南海北部珠江羽流的生态效应，系统探讨了河口羽流驱动下溶解有机质（DOM）–微生物互作机制及其对生态系统功能的影响，研究成果先后发表于Water Research和ISME Communications。该系列成果是在前期浮游植物响应机制研究基础上的延伸拓展，团队此前已深入剖析了羽流–上升流系统对浮游植物群落结构、生物量变化及营养限制格局的影响，识别出典型的磷限制阈值与类群生态位分化机制（Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2023; Frontiers in Marine Science, 2024; Progress in Oceanography, 2024）。此次研究进一步将视角拓展至与浮游植物功能密切相关的营养盐来源与有机质转化过程，系统揭示了DOM驱动下浮游细菌群落结构与生态功能的耦合机制，深化了对羽流生态系统中营养盐转化与生态响应过程的理解。
DOM-浮游细菌相互作用是连接资源转化与生态功能的关键环节
浮游细菌是海洋碳循环的重要组成部分，广泛参与有机质的降解转化与次级生产，并在调控碳流动与能量再分配中发挥核心作用。其群落结构与功能表现高度依赖外源资源供应及环境梯度变化，体现出显著的生态适应策略。作为典型的陆海交汇系统，河口羽流输入了大量成分多样的DOM，不仅改变了近岸海域的碳来源与可利用性，也深刻影响着浮游细菌的性状构成、谱系结构与代谢功能，并进一步影响整个浮游生态系统的结构和功能。厘清DOM组成变化如何驱动细菌群落重构与功能响应，是揭示微生物调控下碳转化与储存机制、评估生态系统稳定性与响应潜力的关键科学命题。
从DOM质量视角解析微生物“饥饿游戏”假说
研究以南海北部珠江羽流影响区为实验场，结合傅里叶变换离子回旋高分辨率质谱（FT-ICR MS）和高通量测序，追踪了盐度梯度下DOM分子组成的变化及浮游细菌群落响应。研究发现，羽流中的陆源输入和生物生产过程共同富集了高生物可利用性DOM（Bio-labile DOM, BLDOM），增强了DOM分子与细菌之间的特异性耦合。BLDOM的富集驱动高rRNA基因拷贝数、生态位较窄的r-策略细菌占据主导地位，进一步加剧了细菌的种间竞争。研究进一步验证并拓展了海洋细菌的“饥饿游戏”（Hunger Games）假说，指出除无机营养盐外，DOM的生物可利用性也可通过影响微生物性状策略调控其互作模式（图 1）。
该研究成果发表于Water Research，第一作者为我院博士毕业生蔡述杰（现任职于广东省科学院微生物研究所）和海洋与地球学院硕士毕业生周枭，通讯作者为肖武鹏副教授与郭卫东教授。合作者包括我院博士研究生刘尧、佟竺殷、徐超，温州大学瞿理印博士，中山大学李朋辉副教授，以及厦门大学黄邦钦教授。
图1. 河口羽流影响下近海DOM组成与浮游细菌群落内在关联示意图
羽流的选择效应驱动系统发育多样性与生产力的耦合
在此基础上，研究进一步以现场实证验证了以系统发育多样性表征生态系统生产力水平的新指标，并从生态机制层面解析了细菌群落功能表现的多样性来源，指出珠江羽流通过“选择效应”（selection effect）促成了浮游细菌系统发育多样性与次级生产力之间的耦合关系（图2）。羽流所营造的高营养环境显著促进了多类远缘的富营养型r-策略细菌（copiotrophs）生长，这些谱系对外源碳源响应迅速，能够通过快速的生物量积累为生态系统功能提供关键贡献。在羽流背景下，增强的种间竞争对群落结构提出更高要求，促使具备生态位分化优势的远缘谱系得以共存。这种通过生态位分化实现的谱系协同，为系统发育多样性调控生态功能提供了机制支撑。
该研究成果发表于ISME Communications，第一作者为我院博士研究生刘尧，通讯作者为肖武鹏副教授。合作者包括我院博士毕业生蔡述杰、博士研究生范文鑫，以及黄邦钦教授、柳欣教授和美国路易斯安那州立大学Edward A. Laws教授。
图2. 生态型分析揭示关键细菌谱系对多样性和次级生产的贡献
启示与展望
该系列研究从资源质量与谱系结构两个关键维度，系统揭示了河口羽流驱动的DOM组成变化如何通过调控浮游细菌的性状策略与系统发育结构，进而影响其生态互作模式与碳代谢功能。研究不仅深化了对“微生物—DOM”互作机制的理解，也拓展了“饥饿游戏”假说与选择效应理论在动态近海环境中的应用场景。相关成果可为进一步构建多维度、多尺度的微生物生态功能模型提供理论基础，并可为未来提升碳循环过程在气候变化背景下的模拟精度、识别近海生态系统中关键碳转化通路提供参考。
论文来源及链接
Cai S, Zhou X, Liu Y, Tong Z, Xu C, Qu L, Li P, Xiao W, Guo W, Huang B. Shaping microbial communities in coastal systems through DOM transformation in river plumes. Water Research 284, 123996 (2025). https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123996.
Liu Y, Cai S, Fan W, Xiao W, Liu X, Laws E, Huang B. Coupling between bacterial phylogenetic diversity and heterotrophic productivity in a coastal ecosystem affected by estuarine plumes. ISME Communications 0, 0 (2025). https://doi.org/10.1093/ismeco/ycaf102.
Cai S, Liu W, Tong Z, Lin L, Ou L, Xiao W, Huang B. Salinity threshold for phosphorus limitation in an estuary-coast continuum. Frontiers in Marine Science 11, (2024). https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1437405.
Tong Z, Ma L, Cai S, Chen Z, Wang L, Xiang M, Huang R, Wu M, Xiao W, Huang B. Reduced phytoplankton biomass in a subtropical plume-upwelling system induced by typhoons Bailu and Podul. Progress in Oceanography 229, 103375 (2024). https://doi.org/10.1016/j.pocean.2024.103375.
Tong Z, Ma L, Cai S, Wang L, Xiao W, Huang B, Laws EA. Responses of phytoplankton communities to the effect of both river plume and coastal upwelling. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences 128, e2023JG007486 (2023). https://doi.org/10.1029/2023JG007486.
供稿 | 蔡述杰 刘尧
责任编辑 | 肖武鹏
