碳是生物必需的營養(yǎng)物質(zhì)，也是元素循環(huán)過程的關(guān)鍵驅(qū)動因素。浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中碳動態(tài)的主要調(diào)節(jié)者，通過碳固定和碳分配在調(diào)節(jié)水生生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們通過調(diào)節(jié)顆粒態(tài)有機(jī)碳（POC）和溶解性有機(jī)碳（DOC）的分配，決定了POC沉降到沉積物中的比例、DOC釋放到周圍水體中的比例以及被微生物同化的比例，最終影響藻源碳對水域碳匯的貢獻(xiàn)途徑及大小。因此，了解浮游植物碳分配有助于評估其對水域生態(tài)系統(tǒng)的長期儲存能力的作用。然而，對未來高CO₂場景下浮游植物碳分配變化及其調(diào)控機(jī)制的探索尚不充分。針對這一科學(xué)問題，本研究通過模擬三種不同CO₂濃度情景（400 ppm、850 ppm和1370 ppm），系統(tǒng)探究了聚球藻FACHB-410株在碳分配方面的響應(yīng)機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)，在中等CO₂濃度（850 ppm）下，聚球藻的碳分配模式與當(dāng)前水平（400 ppm）相比未發(fā)生顯著變化。然而，在極端高CO₂環(huán)境（1370 ppm）下，聚球藻的總有機(jī)碳含量顯著降低47.05%，同時細(xì)胞外溶解性有機(jī)碳（DOC_ex）的比例顯著上升，而POC和細(xì)胞內(nèi)DOC（DOC_in）則顯著減少。DOC_ex在總DOC中的比例從22.66%上升至44.32%（圖1、2）。這一結(jié)果表明，極端高CO₂環(huán)境下，聚球藻更傾向于將碳以潛在惰性DOC的形式釋放至水體中，而非用于構(gòu)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)的DOC_in和下沉性的POC。

該研究首次揭示了聚球藻在極端CO₂條件下碳分配的顯著轉(zhuǎn)變，表明其通過生物碳泵（BCP）途徑貢獻(xiàn)碳匯的能力可能減弱，而通過直接釋放DOC對表層碳庫的貢獻(xiàn)增強(qiáng)。這一發(fā)現(xiàn)對準(zhǔn)確評估未來氣候背景下聚球藻在水體碳匯中的作用具有重要啟示。

相關(guān)研究成果近期以“Influence of simulated future climate CO₂?scenarios on carbon allocation in a keystone cyanobacterium?Synechococcus”為題發(fā)表在國際藻類學(xué)經(jīng)典期刊Journal of Applied Phycology（《應(yīng)用藻類學(xué)雜志》）上。中國科學(xué)院華南植物園聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生張焱焱為第一作者，盧哲副研究員為通訊作者，小良站站長王法明研究員作為共同作者在研究方案設(shè)計及論文寫作等方面給予指導(dǎo)意見。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和廣東省自然科學(xué)基金等項目的支持。文章鏈接：https://doi.org/10.1007/s10811-025-03639-1

圖1. 三種不同CO₂濃度對聚球藻不同碳餾分濃度的影響

圖2. 三種不同CO₂濃度下DOC餾分占總DOC的占比