研究团队根据化能自养的氨氧化微生物自身的生物特性（氨氧化更多将底物用于氧化以获取能量，仅1/113底物用于吸收并同化为自身生物量），提出通过测定氧化产物NO_X⁻积累的时间序列曲线，从而计算氨氧化微生物的表观生长速率。据此，团队首次将同位素示踪与经典的测定摄食速率的稀释法结合，提出了一种测定海洋中氨氧化微生物被摄食速率的新方法。此方法的检测精度相较于传统方法有极大的提升，尤其是在氨氧化微生物生长速率较慢（0.1 d⁻¹）的情况下，假定传统测定微生物丰度的方法理论分析误差为10%，而创新稀释法的理论分析误差低于实验差异的1‰（详见图2）。团队所提出的创新稀释法是继1982年Landry与Hassett提出稀释法，1987年Tremaine与Mills首次将稀释法用于异养细菌测定，1993~2002研究者相继将流式细胞技术，显微镜计数与高效液相色谱用于稀释法，2008年Demir等人将分子探针（qPCR）用于稀释法之后，近16年来稀释法方法发展的最新重大突破。

图2. 团队所开发的“创新稀释法”的原理及方法灵敏度

基于此方法，团队于西北太平洋黑潮延伸体N42站与北太平洋亚热带涡旋区（NPSG）S1站的真光层底部（1%海表光强）进行实地观测。结果显示，氨氧化微生物的底物饱和生长速率分别为0.77 d⁻¹和0.40 d⁻¹，摄食速率分别为0.45 d⁻¹和0.41 d⁻¹，摄食分别消耗了氨氧化微生物每日生长生物量的58%和103%，首次发现海洋真光层底部的氨氧化微生物受摄食的强下行控制。研究团队进一步分析全球数据库（Tang et al., 2023 Earth System Science Data），发现在全球海洋的真光层中普遍存在着氨氧化速率极大值层浅于氨氧化古菌丰度极大值层的现象（图3）。结合实测结果，团队提出，在光合自养微型生物与氨氧化微生物空间生态位重叠的区域，可能发生“兼带摄食”（“shared predation”），抑制了氨氧化古菌在次表层的丰度。由此，来自摄食的下行控制可能影响全球海洋中硝化速率与硝化微生物的空间分布。该技术突破与开创性工作为今后研究海洋中下行控制对硝化过程的影响提供了新方法与思路。

图3. 全球海洋真光层内氨氧化速率与氨氧化古菌丰度在垂向分布上的不耦合

数据库来源于Tang et al. (2023)及其内的参考文献

蓝色与彩色圆点表示数据库中的站位分布，两个黄色三角代表本研究N42与S1现场实验所在位置

图中其余细节请见Ni et al.(2024)

研究团队及资助

该论文第一作者为5123导航博士生倪司麟，通讯作者为海南大学徐敏副教授和高树基教授，共同作者还包括5123导航博士生杜墨戈。该研究获得国家自然科学基金青年科学基金项目与重大研究计划（42106048, 92058204, 41721005, 92258302），海南省自然科学基金（424RC466）及近海海洋环境科学国家重点实验室优秀博士生奖学金的联合资助，并获得基金委共享航次计划“NORC2022-306”（“嘉庚”号2022黑潮延伸体航次）与“NORC2021-582”（东方红3号2021西太582航次）的支持，致谢5123导航王丽芳工程师、黄韬工程师、田莉工程师、邹文彬工程师与博士生汤锦铭。

供稿｜倪司麟 徐敏 高树基

编辑｜朱佳 苏颖

排版｜陈蕾

审核｜柳欣