海院科研动态（177）|氨氧化古菌促进深海溶解有机质转化机制研究取得新进展

近日，海洋生态学研究团队在氨氧化古菌促进深海溶解有机质（Dissolved Organic Matter,DOM）转化机制研究方面，取得了新进展。该研究以南海深层水为研究对象，综合运用微生物生态分析、DOM光学表征以及傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等多种技术手段，解析了氮供应变化背景下的深海微生物群落响应、DOM转化过程及其分子组成变化，揭示了海洋氨氧化古菌在溶解有机质转化过程中的重要作用。

图1.铵态氮输入调控深海微生物—溶解有机质耦合过程的概念模型

研究背景

深海储存着全球海洋中规模巨大的溶解有机碳库，其中部分有机碳能够长期保存，是调节海洋长期碳循环的重要组成部分。传统观点认为，深海DOM的长期保存主要与其分子结构的化学惰性有关。然而，越来越多研究表明，深海DOM的稳定性并非完全由分子特征决定，其生物可利用性还受到营养条件、微生物代谢能力以及环境变化等多重因素共同影响。在全球海洋氮输入持续增加的背景下，营养条件变化是否能够改变深海微生物对长期保存DOM的加工潜力及其由此产生的碳循环效应，仍是海洋生物地球化学领域的重要科学问题。

研究结果

针对上述问题，研究团队利用南海500米和2000米深层海水建立模拟培养体系，开展了为期90天的铵态氮（NH₄⁺-N）添加实验，追踪了铵添加条件下深海微生物群落演替及DOM变化过程。研究发现，铵态氮添加后，体系中的NH₄⁺-N持续消耗，并伴随亚硝酸盐的积累，氨氧化古菌（Thaumarchaeota）的相对丰度显著增加，表明该类群是培养体系中氨氧化的主要驱动者。伴随氨氧化古菌丰度的增加，DOM分子组成发生显著重组，与对照组相比，铵添加组的部分类多肽分子及分子不稳定边界（MLB）相关的组分增加，而高度不饱和化合物和稳定岛（IOS）等难降解组分比例下降，表明长期保存于深海环境中的DOM仍具有潜在生物可利用性，其转化过程受到营养条件变化和微生物生态过程共同调控。

图2.铵态氮添加驱动深海营养盐转化与微生物群落生态响应

图3.铵态氮添加驱动深海溶解有机质分子组成重组

研究意义

该研究进一步指出，铵态氮的增加可能缓解氨氧化古菌的能量限制，增强其驱动的自养固碳过程，并诱导类似“激发效应（priming-like response）”的生态响应，从而促进深海DOM的部分降解。该研究表明，深海DOM稳定性不仅取决于分子结构特征，也受到微生物生态过程与环境变化的共同调控，为理解全球变化背景下海洋碳循环反馈机制提供了新的科学视角。

文章相关信息

2026年8月，该研究成果以"Ammonium Enrichment Reveals Microbial Processing of Deep-Sea Dissolved Organic Carbon"为题发表于国际环境领域权威期刊《Environmental Science&Technology》（被Nature Index收录，中国科学院环境科学与生态学一区Top期刊，最新影响因子IF=12.2）。中山大学海洋科学学院为论文第一通讯作者单位，2023级博士研究生孙国栋和已毕业硕士生邱玲丽为共同第一作者，谢伟教授为通讯作者。2025级博士研究生郭怡晖、南方科技大学张鹏博士、中国石油大学（北京）史权教授和何晨博士等参与了研究工作。本研究得到国家自然科学基金项目（92051117、41776137）和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）项目（SML2024SP022）的支持。

论文信息：

Guodong Sun#,Lingli Qiu#,Peng Zhang,Yihui Guo,Chen He,Quan Shi,Wei Xie*.Ammonium Enrichment Reveals Microbial Processing of Deep-Sea Dissolved Organic Carbon.Environmental Science&Technology.DOI:10.1021/acs.est.6c07810