《Regional Studies in Marine Science》：Nutritional Regimes Transcend Hydrographic Boundaries: Determinants of Microbial Diversity Across Frontal Systems at fine scale
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海洋前锋对北海湾微生物多样性及分布的影响表明，前锋未能作为生态边界促进微生物分室，营养因素（氮、磷）比物理前锋更显著影响微生物群落结构，揭示近岸海域微生物分布主要由营养动态调控。
Rajapakshalage Thashikala Nethmini|Qing He|Gonglingxia Jiang|Qinghua Hou|Qingxiang Chen|Xiaolei Li|Ke Dong|Lingling Xie|Nan Li
广东省教育厅大陆架海洋与深海气候、资源与环境重点实验室，广东海洋大学海洋与气象学院海岸海洋变化与灾害预测重点实验室，湛江524088，中国
摘要
海洋锋面代表了具有陡峭环境梯度的动态物理边界，这些边界促进了生态位的分化并影响了微生物多样性。然而，它们在更精细的空间尺度上对微生物多样性和分布的调控作用仍不明确。在这项研究中，我们调查了中国北部湾半封闭海域内温度、盐度和叶绿素-a海洋锋面上的微生物多样性和季节性分布模式。研究结果表明，海洋锋面并未作为促进北部湾内微生物群落生态位分化的边界。层次聚类分析显示微生物群落分布与锋面区域之间没有空间对应关系，线性和非线性回归分析也未发现锋面强度与微生物α多样性之间存在显著相关性。相反，营养物质始终是决定微生物分布的主要因素，其影响远大于水体性质和海洋锋面的作用，其中氮化合物和磷酸盐被认为是细菌和真菌多样性模式的关键驱动因素。我们的发现表明，在边缘海域中，主要是营养物质介导的生物地球化学过程而非物理海洋锋面调节了微生物群落结构，这突显了营养物质动态对微细尺度海洋系统中微生物分布机制和多样性维持的重要性。
引言
海洋生态系统是具有复杂生物地球化学相互作用和跨时空维度生物多样性的多面体（Chaffron等人，2021年）。海洋微生物促进了关键的生物地球化学循环和气候调节（Liao等人，2016年），但同时也容易受到非生物因素和环境扰动的影响（Nguyen等人，2020年）。最近的研究表明，包括海洋锋面边界、中尺度涡旋和主要环流模式在内的水动力结构显著影响了海洋微生物动态，进而调节了营养物质通量、初级生产力梯度和微生物扩散机制（Baltar等人，2016年；Baltar和Aristegui，2017年；H?rstmann等人，2021年；Siegelman等人，2019年）。例如，Baltar等人（2010年）指出，中尺度涡旋通过产生物理异质性重构了上层水柱中的原核生物群落，从而提高了生产力。此外，Khandeparker等人（2021年）证明，锋面年龄和区域驱动了细菌群落的显著生理变化，表现为非锋面水域中的代谢休眠种群向锋面区域内的更活跃种群转变。尽管人们认识到物理海洋过程和非生物因素对海洋微生物生态学起着关键作用，但这些因素在调节微细尺度微生物群落多样性和分布动态中的相对重要性和相互作用仍不够明确。
海洋锋面被定义为狭窄的过渡带，其中水文性质的水平梯度增强，分隔了不同的水体（Baltar等人，2016年），它们作为生态边界划分了微生物群落，并通过主导分类群的变化产生了生物多样性热点（Khandeparker等人，2021年）。最近的研究表明，大规模、持久的海洋锋面系统显著调节了微生物群落结构、组成和多样性的时空异质性，起到了生态边界的作用（Siegelman等人，2019年；Allen等人，2020年；H?rstmann等人，2021年）。例如，Baltar等人（2016年）证明，亚速尔锋面有效地将北大西洋副热带环流划分为具有明显不同微生物群落和酶活性特征的区域，显著影响了群落多样性和生物地球化学过程。同样，Sturm等人（2024年）发现，南太平洋的亚热带和极地锋面作为生物地理边界，塑造了不同海洋区域的微生物群落。此外，虽然水文锋面特征经常区分不同的微生物群落，但新兴证据表明，特别是营养物质的可用性可能对锋面区域内的微生物分布和多样性模式有更深远的影响。例如，H?rstmann等人（2021年）观察到，微生物活动与营养物质的渐进变化之间的相关性比与物理海洋边界的相关性更强。因此，我们假设，在开阔海洋盆地中，海洋锋面虽然区分了微生物群落，但在半封闭海洋系统中，营养物质梯度对微生物多样性施加了更大的选择压力。
北部湾是中国南海西北部的一个半封闭浅水盆地，毗邻中国大陆、印度支那半岛和海南岛。该地区的海洋条件受季节性季风、淡水流入、风力和沿海河流排放的影响，这些因素带来了大量营养物质，改变了水柱结构并影响了生产力（Sun等人，2025年）。因此，为了验证这一假设，我们使用16S rRNA基因和ITS区域的高通量测序技术分别表征了细菌和真菌微生物。2023年，在中国北部湾的三个季节（春季4月9日至22日、夏季7月20日至8月10日、冬季12月7日至19日）收集了水样。本研究旨在阐明海洋锋面和营养物质状况对海洋微生物多样性和分布的影响，为了解水文边界和营养条件对近岸环境中海洋微生物多样性的重要意义提供了关键见解。
采样地点和环境因素测量
样本采集自中国北部湾的不同地点。2023年春季（4月）、夏季（8月）和冬季（12月）期间，从48个地点采集了海水样本用于细菌分析，从37个地点采集了样本用于真菌分析。在每个采样点，使用五点采样方法（5米×5米的样方和5升无菌桶）获取了五个重复的海水样本。
海洋锋面的季节性变化
基于海表温度（SST）、盐度以及相关叶绿素-a浓度的海洋锋面在春季、夏季和冬季表现出季节性变化（补充图S1）。春季的海表温度锋面活动最为强烈，SST梯度最大强度达到2.5°C/km，主要集中在北部和东北部沿海边界。盐度锋面主要局限于河口和河流影响区域，最大梯度为0.4 PSU/km。
讨论
海洋锋面系统被认为是微生物群落结构和生物多样性模式的基本驱动因素，形成了促进生态位划分并在大范围海洋尺度上维持不同微生物群落的明显生态边界（Baltar等人，2016年；Sturm等人，2024年）。然而，水文特征在微细空间尺度上对微生物群落结构的影响尚未得到充分研究。因此，我们研究了这些因素的季节性多样性和分布情况。
结论
在这项研究中，我们调查了中国北部湾三个季节中海洋锋面对原核和真核微生物多样性的影响。尽管SST、盐度和叶绿素-a锋面存在明显的季节性变化，但锋面系统并未作为划分细菌或真菌群落的生态边界。营养物质始终是决定群落结构的主要因素，其影响远大于水体性质和海洋因素的作用。
未引用的参考文献
(Manohar和Raghukumar，2013年；Wang等人，2019年)
CRediT作者贡献声明
Ke Dong：写作——审稿与编辑。Lingling Xie：写作——审稿与编辑。Xiaolei Li：写作——审稿与编辑。Rajapakshalage Thashikala Nethmini：写作——审稿与编辑，撰写初稿，监督，方法论，概念化。Nan Li：写作——审稿与编辑，可视化，方法论，调查，正式分析，概念化。Qinghua Hou：写作——审稿与编辑。Qingxiang Chen：写作——审稿与编辑。Qing He：写作——审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究由广东海洋大学创新团队（海洋灾害预警）（项目编号2023KCXTD015）、广西重点研发计划（项目编号AB24010109）、广东海洋大学科研启动基金以及韩国国家研究基金会（项目编号NRF-2022R1F1A1066643）共同资助。此外，本研究还得到了中科院中国-斯里兰卡教育与研究联合中心的支持。
利益冲突
作者声明没有竞争性利益。
数据可用性
