《Science》基于无人机阵列新型技术的亚热带海湾浮游微生物昼夜节律变化研究

浮游微生物在海洋生态系统的物质转化和能量传递中起着至关重要的作用。海洋微生物群落深受各种环境因素的影响，短时间尺度采样能揭示微生物对快速环境变化的响应。因此，在本研究中，我们进行了基于无人机阵列远程采样结合原位探头的小时尺度时间序列采样，对亚热带海湾浮游微生物群落的组成和活性进行了72小时的连续采样和观测。研究发现，海洋浮游微生物中过半呈现出明显的昼夜周期性变化，可能受到光强、潮汐、温度、营养盐和盐度等因素影响。研究结果不仅增进了我们对浮游微生物群落动态变化的理解，也为进一步时间序列研究和新型采样技术应用提供了重要的参考。

微生物在海洋生态系统中起着至关重要的作用，它们驱动着主要的生物地球化学过程并影响着全球气候。海洋浮游生物在丰度、生理、摄食和细胞分裂方面的变化常受到环境条件变化的影响。如在昼夜产生的溶解有机物和营养物质的数量差异，造成生物呈现出昼夜节律变化。海洋表面快速的光照强度日变化，可以影响环境中的各种物理变量，从而影响食物网动态和全球生物地球化学循环。同样，光合生物和异养生物通常表现出受光强、温度、病毒和营养物质影响的昼夜节律。这些模式可以极大地影响海洋微生物群落的整体活动和组成，从而影响生态系统的生产力和碳循环。生物分子技术和高分辨率采样方法的最新进展有助于更详细地研究海洋微生物群落的动态行为，揭示不同类群与环境因素之间的复杂相互作用。

大亚湾位于广东省是一个半封闭的海湾，有害藻华时有发生。然而，目前尚不清楚昼夜环境因素的波动如何影响相关微生物的群落和活性。了解生物的动态变化对预测海洋生态系统对不断变化的环境的响应以及制定有效的管理策略至关重要。在本研究中，我们采用高频时间序列采样方法，调查了大亚湾海洋浮游生物的昼夜模式。我们采集了高微生物丰度的表层海水（约1米深）。对样品进行了72小时水化学和生物分析，以阐明海洋微生物群落和活性的昼夜节律。

图3

在这项研究中，我们采用了高频时间序列采样来调查海洋浮游生物群落和活性的周期性变化，以及环境因素对其的影响。研究发现近一半的微生物（占总rRNA序列的46.8%）表现出强烈的昼夜节律，包括半数异养细菌（如Actinomarinaceae、Flavobacteriaceae、SAR11_clade、SAR116_clade和SAR324_clade）、大部分浮游植物（如硅藻、隐藻、定鞭藻和绿藻）以及部分浮游动物（如桡足类和纤毛虫）。具有昼夜节律的环境因素，如pH值、溶解氧、光照强度和潮位，可能是驱动海洋生物群落和活性变化的主要因素。这项研究为理解沿海地区生物的变化提供了参考，研究近海水体生物时间序列采样显得不可忽视。无人机阵列及原位探头在近海水体时空同步采样中发挥了重要作用，其在未来海洋调查中具有很好的应用潜力。

来源：OLAR海陆气研究、Science