水环境低温噬菌体多样性研究进展

低温环境分布最广,生物圈约80%以上的部分为常年低于5℃的低温地区,而在水环境（包括深海、极地海洋、海冰和高纬度湖泊等）中病毒的分布和含量是非常丰富的。在这些低温环境中,噬菌体在生态系统调控、全球生物地球化学循环（尤其是碳循环）、深海代谢和生物基因多样性保存等方面扮演着重要角色。该文主要对海洋和淡水湖泊中低温噬菌体的多样性进行简要综述。     

卷首语

<正>海洋,约占地球表面积的71%,蕴藏着巨大的资源与财富。在我国,海洋国土面积有300万平方公里,约占陆地国土面积的三分之一。海洋是生物多样性最丰富的地区,地球上80%的生物生存于海洋中,开发利用与保护海洋生物资源是解决21世纪人类资源匮乏的重要途径,海洋生物技术(marine biotechnology)作为有效利用与保护海洋生物资源的关键技术应运而生,海     

水环境中有机碳循环的重要驱动力-噬菌体

随着气候温暖化问题日益突出,维持全球碳平衡成为人类可持续发展的关键。在超过地球表面70%的水环境中,生物有机碳循环是所有元素循环中最重要的一环。噬菌体的分布十分广泛,且含量丰富,其丰度可达106~108/mL,仅海洋噬菌体的总量即可达1030个。噬菌体在维持生物有机碳循环中贡献巨大,据估算经由海洋病毒完成的可溶性有机碳就达到全球碳循环的26%。主要针对噬菌体在海洋、湖泊、冰尘穴及湿地有机碳循环的作用进行了综述。     

海洋天然产物与海洋生物技术

海洋天然产物与海洋生物技术管华诗（青岛海洋大学）世界海洋面积达三亿六千万平方公里,约占整个地球表面的７１％。海水总体积约为１３。７亿立方公里,约占地球总水量的９７％以上;现已从海洋发现的化学元素达８５种,所有这些就为种类繁多的海洋生物提供了浩大的活动空间及丰富的营养物质。据统计,整个地球生物的生产力每年相当于１５４０亿吨有机碳,而海洋就占了８７％。生活在海洋中的生物达２０余万种。     

极地和深海环境中低温噬菌体研究进展

极地和深海是地球上较为独特的生态系统,生活在其中的生物由于长期处于低温、寡营养和黑暗封闭的环境中,大多缺乏基本的光合作用,而被认为是研究生命进化和地球环境演化等问题的＂活化石＂。在这样的极端环境中,低温噬菌体的丰度却很高,越来越多的证据表明它们在维持这类环境的生态平衡和调控生物地球化学循环等方面扮演着非常重要的角色。对极地与深海中低温噬菌体的研究进行简要综述。     

深远海浮游动物生态学研究进展

深远海浮游生态系统依据水深的差别可以被划分为几个子系统,包括上层、中层、深层和深渊层等。目前大量的研究结果表明在海洋上层,由于光照、温度、海冰和营养盐补充等因素的影响,浮游生物群落往往呈现出显著的时空变化。但在海洋中层及更深的区域,传统观点认为随着水深的增加,海洋的理化环境趋向于稳定,在这一区域生态系统的时空变化要弱于海洋上层。同时受调查技术和经费的限制,人们对于这一广阔区域内浮游生态系统时空变化规律的认识要局限的多。随着我国海洋科学的发展和海洋强国战略的实施,海洋科学研究也逐渐由过去的以近海研究为主发展到当前的近海、边缘海和深远海研究协同发展。但与我国近海浮游生态学过去数十年间积累的大量研究成果相比,我国科学家对深远海,特别是中层、深层和深渊层浮游生态学方面的研究极为缺乏。从大洋浮游动物群落的垂直分布及其变化、种间关系与生态位分化、深海浮游动物群落在碳沉降和生物地球化学循环中的作用等多个角度全面总结了当前国内外深海浮游生态学的研究进展,同时介绍过去十余年来深海浮游生态学研究技术手段上的巨大进步,以期为今后国内同行的研究提供参考和借鉴。     

稻田土壤关键元素的生物地球化学耦合过程及其微生物调控机制

水稻土是在长期植稻下人为培育的特殊耕作土壤,是我国土壤学的特色,其研究也反映我国土壤学的国际地位。水稻土是研究土壤生物地球化学过程的理想模型。稻田土壤关键元素(碳氮磷硫铁等)的生物地球化学循环过程、耦合机理及其驱动机制研究是土壤生物学研究的核心之一。因此,以国际土壤年为契机,结合中国科学院院士工作局资助的"土壤生物学发展战略研究"项目的部分成果,以稻田关键元素(碳氮磷硫铁等)生物地球化学循环过程及其耦合的微生物驱动机制为核心,重点讨论了稻田土壤基本生物化学特征、稻田土壤碳-氮、碳-氮-磷、碳-氮-铁等多元素耦合过程及其与微生物之间的反馈机制,并由此提出了稻田土壤关键元素生物地球化学循环微生物驱动机制研究的未来重点发展方向为:1)土壤关键元素生物地球化学过程的异质性及其微生物过程的互作机制研究;2)微生物参与机制对土壤关键元素循环过程的响应、反馈机制与调控机制研究;3)土壤关键生物地球化学过程的计量学研究。     

铁施肥促进海洋浮游植物和生物碳泵的不确定性

铁作为浮游植物所必需的微量元素,限制了全球超过三分之一海域的初级生产力,尤其是在高营养盐、低叶绿素海域(high nutrient low chlorophyll,HNLC)。长期以来海洋铁施肥被认为是一项可以降低大气二氧化碳含量的地球工程策略。然而通过13次海洋人工铁施肥(artificial ocean iron fertilization,aOIF)实验发现,铁的额外添加对海洋深层碳输出量的促进作用要显著低于预期。本文简要地总结了碳在海洋和大气中的循环过程,回顾了人工铁施肥实验对生物碳泵和碳通量等的影响,分析了从海洋铁施肥到海洋碳汇关键生物地球化学过程的影响因素。综上分析发现,科学界对生物碳泵过程及其调控机制的认识仍十分浅薄,考虑到海洋铁施肥还会对海洋生态系统带来一定的负面作用,铁施肥能否作为降低大气中CO₂的有效手段,以达到碳中和并缓解温室效应仍需进一步研究。     

第六届全国微生物资源学术暨国家微生物资源平台运行服务研讨会

<正>微生物是地球上生物多样性最为丰富的资源,其生物多样性在维持生物圈和为人类提供广泛而大量的未开发资源方面起着主要的作用。海洋,占地球面积约71%,是生命的最初起源地;其中蕴藏着丰富的、最具优势和特色的海洋微生物资源。海洋以其独特、复杂的生态系统为海洋微生物的物种多样性提供了重要支撑。海洋微生物具备的与高压、高盐、低温、寡营养等极     

海洋沉积物微生物介导有机碳转化研究进展

海洋沉积物是地球上最大的有机碳库,其中生存的微生物总量大、分布范围广、类群多样、代谢方式复杂,并共同构成海洋沉积物微生物组。海洋沉积物微生物组介导的有机碳降解与矿化过程不但能为沉积物中的生命活动提供物质和能量,也能参与调控碳循环过程,并在长时间尺度上对地球气候系统产生重大影响。沉积物中的有机碳在复杂多样的微生物代谢活动下被逐步降解,其最终的矿化过程与不同的电子受体消耗相偶合,并形成对应的地球化学分区。研究海洋沉积物微生物及其介导的有机碳转化过程对我们深入认识沉积物中的元素循环过程,并进一步评估其对整个地球系统的影响具有重要科学意义。本文对海洋沉积物微生物组的体量、包含的微生物多样性、代谢活性以及在不同地球化学分区中主要的微生物类群和代谢机制进行综述,最后基于研究现状展望了海洋沉积物微生物组的未来研究方向。     

植物在硅生物地球化学循环过程中的作用

硅是地球上重要的矿质元素,在许多生物地球化学过程中起着重要作用。传统认为硅的循环主要受岩石风化、矿物溶解和水体沉积的影响。实际上,植物在硅的生物地球化学循环中起着重要作用。植物体本身就是一个相当大的硅库,它们能以无定型硅(SiO2.nH2O)的形式积累硅,称作生物硅(BSi)、植硅石或蛋白石。陆地植物每年以BSi的形式固定约1.68×109～5.60×109t的硅,通过枯枝落叶返回到土壤中的BSi有92.5%被植物再吸收,7.5%进入土壤库。陆地植物从土壤BSi库吸收的硅量远超过从岩石风化释放吸收的硅量,植物-土壤内循环的有效性强烈地影响着陆地生态系统中的硅向河流和海洋的输送。在海洋中,硅藻通过吸收、溶解和沉积在很大程度上影响着海洋里的硅循环,硅藻每年固定的硅约为5.60×109～7.84×109t,同样,在向海底沉积的过程中,97%的BSi重新被硅藻吸收,每年只有1.43×108～2.55×108t(约3%)沉积到海底。可见,植物在陆地生态系统和水生生态系统硅的循环中均起着非常重要的作用,研究硅的全球生物地球化学循环时必须考虑到植物的作用。     

深海微生物多样性

海洋面积约占地球总面积的70％,平均深度3,800 m,海底平均压力38 MPa,海水以下更是包含有物理化学性质迥异的多种地质结构,例如海洋沉积物、洋壳、热液口以及冷泉等.这些性质迥异的地质结构环境造就了丰富的生物多样性,构成了地球上最大的微生物生态系统.深海海水中最主要的微生物类群是α-,γ-变形菌(Alpha-&Gammaproteobacteria),以及海洋古菌群I(Marine Group I).深海沉积物中微生物含量与有机物含量和距离大陆板块的距离相关,以异养微生物为主.深海冷泉区富集了厌氧甲烷氧化古菌ANME和硫酸盐还原菌(Deltaproteobacteria);深海热液区由于具有化学物质的多样性和快速的动态变化而导致形成微生物的高度多样性.洋壳主要由基性、超基性岩构成,含有丰富的矿物,其中不乏参与铁、锰、硫等关键代谢反应的化能自养微生物.同时,由于环境中99％以上的微生物没有已培养的亲缘种,因此对深海微生物的多样性、生理功能特性以及生物地球化学作用的理解和研究仍然存在巨大的挑战.本文将尝试从不同的深海环境分区来综述深海海水、沉积物、洋壳,以及冷泉区和热液口等特殊生态环境中微生物的分布和多样性.     

中国伐木制品碳储量时空差异

森林生态系统碳储量是全球变化研究的热点问题之一,在国内外已经进行了深入的研究。然而,森林采伐后生产的伐木制品碳储量研究相对较少,因此基于IPCC提出的大气流动法,综合考虑伐木制品废弃情形,以2000年为基准年,估算了我国2000—2009新生产伐木制品的碳储量。结果表明,我国伐木制品是一个巨大碳库,且碳储量呈不断增加趋势。2000—2009年我国新生产的伐木制品,在2009年净碳储量为306.52 TgC,非纸木制品、纸类和竹材制品碳储量分别为114.71 TgC、4.33 TgC和199.07 TgC,而薪材燃烧累计碳释放量为11.60TgC,其他伐木制品累计碳释放量共为37.76 TgC。在2009年,终端伐木制品碳储量为318.12TgC,木材制品和竹制品碳储量分别占37.42%和62.58%;在木材制品中,非纸木制品和纸类碳储量为114.71TgC和4.33 TgC,各占96.36%和3.64%。与方精云估算的我国1999—2003年森林年碳汇量168.1 TgC/a相比,这一时期生产的伐木制品年净碳储量为25.21 Tg/a,占森林年碳汇量的15%,这说明伐木制品在维持碳平衡具有重要的作用。本文估算的竹制品碳储量约为木材制品碳储量的1.67倍,这说明竹材制品碳储量在伐木制品碳储量中占相当大的比重,是一个重要的碳库。此外,按照终端伐木制品净碳储量情况,可将我国分成高储量区、中储量区和低储量区。高储量区包括福建、浙江、湖南、云南、广西、江西6个省,这些地区终端伐木制品净碳储量占全国的67%;中储量区包括安徽、广东、湖北、四川、黑龙江、吉林和内蒙古等地区,其他地区为低储量区。我国7个地区按终端伐木制品净碳储量顺序排列为:华东、华中、华南、西南、东北、华北、西北。此外,研究还表明我国南方和北方伐木制品碳储量分别以竹材制品和木材制品储存为主。     

细菌与古菌之间的直接电子传递

冰川占地球陆地表面的11%,储存了约10⁴ Pg有机碳。随着冰川消融有机碳被释放至下游生态系统中,刺激海洋、湖泊和径流的初级生产力进而影响其生态系统。微生物参与的固碳过程决定了冰川有机碳储量及向下游输出碳量。研究冰川固碳微生物群落构成及其生态功能,可为估算冰川碳积累量和保护下游生态系统提供数据基础。本文综述了冰川碳储量和释放量、冰川生态系统主要固碳途径、固碳微生物群落组成、固碳速率以及影响固碳速率的环境因素。最后基于研究现状展望了冰川生态系统固碳微生物的未来研究和发展方向。     

海水中胞外酶及其与赤潮发生关系研究进展

胞外酶在水生生态系统的物质循环和能量转化过程中具有重要作用,其研究对深入了解海洋中碳的生物地球化学循环过程及赤潮藻在赤潮发生过程中的应对机制具有重要意义．本文综述了海水中胞外酶的研究方法、活性分布特征、粒径分布特征、影响调控机制及生态学意义等方面的研究进展,同时介绍胞外酶作为一项新型营养状况指标的意义．     

红树林湿地硫酸盐还原菌的多样性及其参与驱动的元素耦合机制

红树林生态系统是热带和亚热带地区重要的滨海湿地,具有营养物质形态多样化和高效动态变化的特征,是驱动碳、氮、硫等元素循环的热区。硫酸盐还原菌(sulfate-reducing prokaryotes,SRPs)是地球最古老的微生物生命形式之一,在推动早期地球地质演化以及现代生物地球化学循环中发挥关键作用,但其在红树林湿地还缺乏全面深入研究。本文基于Genome Taxonomy Database中原核生物基因组的挖掘,系统总结了硫酸盐还原菌的类群,梳理了近年来国内外红树林中硫酸盐还原菌的分布情况及影响其分布的因素,分析了硫酸盐还原菌在红树林生态系统的碳、氮、硫及铁等元素地球化学循环中的作用,并对硫酸盐还原菌未来的研究方向进行了展望,以期为深入研究硫酸盐还原菌参与驱动的元素生物地球化学循环及其耦合机制提供参考。     

从岩石圈到生物圈 岩溶,连接无机和有机世界的桥梁

正附存在碳酸盐岩中是碳,是地球最大的碳库,其碳量达6.0×108亿吨,占地球总碳量的99.5%,是海洋和陆地植被碳库的1562倍和3.0×104倍。在地球演化的历史长河中,古老的硅酸盐岩风化消耗大气CO_2,在生物作用下,将地球大气CO_2转化为有机碳和无机碳,其转化的结果是,地球大气CO_2浓度由原始大气的25%降低到现代大气的0.03%。而根据化     

海洋浮游生物的生态化学计量学研究进展

生态化学计量学可以简单定义为从分子到生物圈的元素生物学,其跨越了环境和生命的各个层次,是构建从分子到生态系统统一化理论的新思路,是生态科学发展的必然趋势.海洋生物占地球生物圈总生物量的50%,是全球生物地球化学循环的重要组成部分,而浮游生物作为海洋生态系统物质循环和能量流动的重要环节,在海洋生态系统元素循环过程中起着关键作用.但是目前关于海洋浮游生物生态化学计量学的研究较零散和缺乏.因此,本文从限制元素影响海洋浮游生物的生态现象和机理、生化物质对营养限制的响应、营养限制的食物链传递与反馈4方面,对海洋浮游生物化学计量学研究进行综述,分析了该领域当前存在的问题,并对我国海洋浮游生物生态化学计量学研究的发展重点提出了展望.
     

海洋奇古菌门认知的拓展：从新类群到新功能

奇古菌门是全球海洋中的重要微生物类群,在海洋原核浮游生物中的比例可达20%–40%。作为一类化能无机自养微生物,奇古菌门成员可通过氧化氨获得能量,实现不依赖光照的无机碳固定,在碳、氮等元素的地球化学循环中起关键作用。奇古菌门是海洋中氨氧化反应的主要执行者,其化能合成的有机质是海洋特别是深海环境中微生物的重要能量来源。随着研究的逐步深入,有关该类群生理代谢特性的认知不断被拓展,包括奇古菌门异养代谢的揭示、不具氨氧化能力类群在深海中的发现,以及最新报道的奇古菌门在厌氧条件下介导氧气、氧化亚氮和氮气的产生等。这些研究揭示了奇古菌门参与海洋生物地球化学循环和气候变化调节的新机制,为围绕该类群的深入探究和培养提供了新的思路和方向。本文从群落组成、环境适应、生态功能、进化历史和培养现状等方面综述了近年来有关海洋奇古菌门的新发现和新认识,以期增进对该类群的了解。     

基于CEVSA2模型的亚热带人工针叶林长期碳通量及碳储量模拟

随着造林活动的开展,准确评估人工林的碳储量和固碳能力,对于准确估算全球和区域碳平衡具有重要意义。基于生态系统机理模型为分析和预测人工林生态系统碳储量和碳汇功能的动态特征提供了重要手段。CEVSA2模型是在CEVSA模型的基础上,改进了碳水循环关键过程的定量表达方法而发展的新版本。基于改进后的CEVSA2模型,模拟分析了亚热带红壤丘陵区人工林自造林以来生态系统碳储量和碳通量的变化特征。模拟结果表明,造林后,植被碳持续增加,研究时段内平均每年的增长速率为22%。土壤碳储量在造林后最初的7-8a间是逐渐下降的,而后逐渐升高,约15a后土壤碳增加到初始水平,随后土壤碳继续增加。生态系统的总碳储量也表现为先降低后增加,造林4a后,总碳储量由降低转为增加趋势,6a后,总碳储量即超过造林当年的总碳储量。造林后,总初级生产力和净初级生产力逐渐升高,而总呼吸则先降低后升高,呼吸组分中自养呼吸所占比例逐渐升高而异养呼吸逐渐下降。人工林在造林初期表现为一个碳源,随着人工林的生长,碳汇功能逐渐增强。由此可见,造林初期,生态系统碳储量下降,生态系统向大气释放碳,随着人工林的生长,生态系统转变为一个碳汇,植被碳、土壤碳和总碳储量均显著增加。