????近日,中國科學(xué)院海洋研究所海洋生源物質(zhì)循環(huán)與碳匯過程研究組在海洋氮循環(huán)關(guān)鍵過程—厭氧氨氧化(anammox)研究中取得重要突破。研究團(tuán)隊(duì)利用獨(dú)特的細(xì)菌藿烷四醇立體異構(gòu)體(BHT-x)作為生物標(biāo)志物,揭示了西太平洋中等缺氧水體中厭氧氨氧化過程的存在及其空間分布規(guī)律,并闡明了暖渦對其垂直遷移的調(diào)控機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Geochimica et Cosmochimica Acta(Nature Index期刊)。
厭氧氨氧化細(xì)菌通過將銨鹽與亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)脫氮,貢獻(xiàn)了全球約30%的生物可利用氮損失。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為該過程僅活躍于極端缺氧環(huán)境(O2 < 20 μmol/L)。然而,在氧含量為60–100 μmol/L的中等缺氧水體中是否發(fā)生厭氧氨氧化尚不明確。BHT-x是海洋厭氧氨氧化細(xì)菌(主要是Ca. Scalindua屬)產(chǎn)生的特異性生物標(biāo)志物,相較于傳統(tǒng)的梯烷脂(ladderanes),BHT-x化學(xué)穩(wěn)定性更高,可在沉積物中長期保存,是追溯古海洋厭氧氨氧化活動(dòng)的理想工具。
研究團(tuán)隊(duì)搭載“科學(xué)”號科考船在西太平洋140°E斷面的四個(gè)站位,采集了從表層至深層(5–2000 m)的懸浮顆粒物樣品,綜合運(yùn)用高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜(HPLC-HRMS)、功能基因定量(amx-16S rRNA和amoA)及物理海洋學(xué)模擬等手段,系統(tǒng)分析了BHT-x的垂直與緯度分布、功能基因及環(huán)境參數(shù)。
結(jié)果表明,所有站位均同時(shí)檢測到厭氧氨氧化功能基因(amx-16S rRNA)和BHT-x,證實(shí)西太平洋氧躍層(O2 60–100 μmol/L)中存在厭氧氨氧化過程。amx-16S rRNA基因拷貝數(shù)在氧躍層或氧最小值深度(OMDs)達(dá)到峰值,而BHT-x豐度最大值出現(xiàn)在核心或下部OMDs,二者呈現(xiàn)明顯的垂直偏移,表明氧躍層產(chǎn)生的BHT-x會(huì)通過顆粒吸附向下輸送。在北赤道逆流(NECC)區(qū),暖渦活動(dòng)增強(qiáng)了這一向下輸送過程,導(dǎo)致BHT-x在更深水層富集。在不受暖渦影響的站位,BHT-x比值(BHT-x/總BHT)與溶解氧(DO)濃度呈顯著負(fù)相關(guān)(r = -0.87, p < 0.01),證實(shí)該比值可作為氧化還原變化的可靠代用指標(biāo)。
研究進(jìn)一步揭示了厭氧氨氧化細(xì)菌與氨氧化古菌之間的營養(yǎng)競爭關(guān)系。在不受暖渦影響的站位,NO2-濃度顯著高于NH4+,氨氧化古菌占優(yōu);而在暖渦影響的站位,NO2-被大量消耗,濃度低于NH4+,厭氧氨氧化細(xì)菌占優(yōu)。這種生態(tài)位分化決定了不同水層脫氮途徑的主導(dǎo)性。

圖1 暖渦驅(qū)動(dòng)BHT-x向下輸運(yùn)的機(jī)制示意圖

圖2 厭氧氨氧化細(xì)菌(Anammox)與氨氧化古菌(AOA)在不同營養(yǎng)條件下的競爭關(guān)系示意圖
該研究在西太平洋中等缺氧水域提供了厭氧氨氧化過程的生物標(biāo)志物和基因證據(jù),拓展了人們對厭氧氨氧化發(fā)生閾值的認(rèn)識。研究同時(shí)指出,中尺度暖渦可通過促進(jìn)顆粒物向下輸運(yùn),增強(qiáng)厭氧氨氧化生物標(biāo)志物向深海的埋藏,這一機(jī)制可能對深海有機(jī)碳儲(chǔ)存具有潛在影響。研究成果為評估全球變暖背景下缺氧海域氮損失過程及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了新的科學(xué)依據(jù)。
論文第一兼通訊作者為段麗琴研究員,合作者包括宋金明研究員、劉傳玉研究員、袁華茂研究員和李學(xué)剛研究員等。研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
論文信息:
Liqin Duan*, Jinming Song, Meiling Yin, Xiaowei Wang, Chuanyu Liu, Jiawei Kan, Zhuoyue Wang, Feng Zhao, Xuegang Li, Huamao Yuan, 2026. A bacteriohopanetetrol stereoisomer in Western Pacific oxycline indicates anammox-driven nitrogen loss and warm eddy dynamics. Geochimica et Cosmochimica Acta 416, 265-278.
https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.025