自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室 - 自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

大洋生态研究团队揭示合成菌群协同降解聚乙烯的潜在机制

近日，我室大洋生态研究团队在国际期刊 Water Research 在线发表题为 “Synergistic degradation of polyethylene by a restructured bacterial consortium isolated from marine plastic debris” 的研究成果。我所博士后戎振为第一作者，吴月红研究员与许学伟研究员为共同通讯作者。研究团队从海洋塑料碎片富集体系中分离获得聚乙烯降解菌，并将Nitratireductor sp. Z-1、Gordonia sp. Z-2和Gordonia sp. Z-3三株细菌重组构建人工合成菌群 Z123，系统分析其对低密度聚乙烯（LDPE）的降解效果及潜在机制。人工菌群显著提升聚乙烯降解能力。聚乙烯具有稳定的碳-碳骨架和较高分子量，在海洋环境中难以被微生物有效降解。研究发现，单一菌株对LDPE的降解能力相对有限，而三株细菌组成的菌群 Z123表现出更强的聚乙烯结构破坏能力。经过30天培养，Z123使LDPE薄膜质量损失达到 9.98%，重均分子量降低 50.88%，数均分子量降低 32.90%，均明显高于单菌处理组。扫描电镜观察显示，Z123处理后的LDPE表面出现了更明显的裂纹、孔洞和不规则侵蚀。红外光谱分析还表明，聚乙烯表面形成了羟基、羰基和碳碳双键等氧化官能团，说明菌群能够促进聚乙烯表面氧化和高分子链断裂。培养过程中，三株细菌的相对丰度经过早期调整后逐渐趋于稳定，形成了相对稳定的群落结构（图1）。图1 人工合成菌群 Z123 对LDPE的降解效果及群落变化。不同菌株可能承担不同功能。多组学分析显示，Z123中的三株细菌具有不同的功能特征。Z-1携带多铜氧化酶相关基因，并表现出较强的物质转运和群落支持功能；Z-2和Z-3则具有更多与聚合物氧化、脂肪酸代谢和中间产物利用相关的功能。进一步的酶学实验表明，来自Z-1的多铜氧化酶 MCO1 和来自Z-2的乳胶清除蛋白 Lcp3 均能够对LDPE产生改性作用。两种酶联合处理时，聚乙烯表面出现更明显的裂纹和侵蚀，表明它们可能在聚乙烯氧化降解过程中发挥互补作用。研究团队据此推测，Z123可能通过功能分工共同完成聚乙烯降解：菌群成员中菌株Z-2和Z-3主要参与聚乙烯表面氧化和分子链断裂，菌株Z-1则主要参与低分子中间产物的转化和利用。（图2）。图2 人工合成菌群 Z123 降解LDPE的机制模型。本研究表

2026-09-09 查看详情

海洋生物地球化学研究团队揭示极端干旱重塑长江口颗粒有机碳循环与低氧过程

近日，MED海洋生物地球化学研究团队联合上海交通大学、浙江大学等单位，在《Marine Pollution Bulletin》发表研究论文“Extreme drought-induced significant reduction of particulate organic carbon (POC) and its impact on apparent oxygen utilization (AOU) in the Changjiang Estuary and adjacent East China Sea”。该论文于2026年8月正式发表。我所与上海交通大学联培博士生虞宁晓为论文第一作者，金海燕研究员为通讯作者。河口和邻近陆架海作为陆地碳向海洋物质输送、转化与埋藏的关键通道，其中物质来源、通量和空间分布对地表径流变化高度敏感。2022年夏季，长江流域经历了1961年以来最严重的干旱事件。研究团队基于2022年极端干旱年8月的综合航次调查，系统分析POC、POC稳定碳同位素（δ13C-POC）、营养盐、水文参数和表观耗氧量（AOU）等指标，并结合历史数据和端元混合模型，系统评估极端干旱对POC输入、来源和空间分布的影响，进一步揭示其与水体耗氧及底层低氧形成之间的耦合关系。图1 长江流域年降水（a）、年径流（b）与输沙量变化（c），以及2021年和2022年月均径流（d）对比（原文图2）。观测结果表明，研究海域POC的最高浓度2022年仅为2021年的六分之一。结合对真光层群落净生产力（NCP）的估算，干旱年POC总输入通量相较于平水年（2021）下降约63%。同时，径流减少使长江冲淡水及浑浊锋、盐度锋明显收缩；增强的近岸上升流将富磷底层水输送至上层，在高盐海域促进了海源POC的生产。两种过程共同导致了POC来源分布的空间异质性。研究指出，尽管POC输入和表层生产均明显降低，2022年底层水体仍发生了严重的低氧现象，并表现出低氧水层增厚、分布向外海扩展的特征。统计结果显示，缺氧海域水体AOU不仅与海源POC呈显著（p<0.01）正相关，同时与低温高盐信号表现出显著的统计学相关性，表明陆架底层水（SBW）在干旱年缺氧的发生中起着重要作用。水团混合模型进一步证实，干旱年具有较低溶解氧背景的SBW的平均贡献由正常年的31.9%提高到63.4%。增强的SBW入侵降低了深层水的溶解氧背景，在夏季强层化限制垂向通风的条件下，使得有限的海源POC再矿化仍足以推

2026-09-08 查看详情

大洋生态研究团队揭示季节性温度变化塑造光滩微生物群落格局与固碳基因波动模式

近日，MED大洋生态研究团队在国际地球科学类期刊Communications Earth & Environment发表题为 “Seasonal temperature changes shape microbial community patterns and carbon-fixing gene fluctuations in tidal flats” 的研究论文。该论文已于2026年8月在线发表。我所与浙大学联合培养博士马阔建为第一作者，我所双聘研究员许学伟研究员与浙江理工大学孙聪副教授为共同通讯作者。滨海蓝碳研究中，红树林、盐沼和海草床往往更容易获得关注，但缺乏植被覆盖的光滩同样面积广阔，并具有可观的碳埋藏和碳固定潜力。光滩沉积物中富集了大量参与碳、氮、硫循环的微生物，其中化能自养微生物能够利用还原性硫化物、氮转化等过程提供的能量进行暗碳固定，从而影响沉积物碳库及近岸生态系统碳收支。光滩受到潮汐扰动、沉积物粒径、氧化还原梯度、营养盐供给和季节性温度变化共同作用，使不同光滩类型和不同深度的微生物群落呈现明显空间异质性。已有研究较多关注微生物群落的垂向分布、潮汐尺度变化或单季节差异，但对于长期年度尺度上的微生物节律，尤其是这些节律是否会牵动碳固定功能变化，仍缺乏系统认识。基于上述科学问题，研究团队在舟山朱家尖岛设置泥滩和沙滩两个长期采样站，从2020年11月至2022年10月开展连续24个月采样，并结合理化因子、16S rRNA扩增子测序、宏基因组、MAGs重建和宏蛋白组分析，旨在评估季节变化和空间异质性如何影响光滩沉积物中微生物群落组成及碳固定功能潜力，并解析在碳固定中可能发挥关键作用的节律性微生物类群。研究结果表明，光滩存在节律性微生物，但不同底质中光滩微生物具有差异化的节律性（图1）。温度是光滩微生物年度节律最稳定的环境信号，泥滩和沙滩具有截然不同的沉积环境与微生物组成，泥滩和沙滩呈现相反的节律空间格局，泥滩中节律性微生物随深度增加而增强，而沙滩中节律性微生物主要集中于表层；光滩微生物碳固定通路相关基因的丰度同样存在明显的季节节律，其中深层泥滩rTCA循环最为突出，其关键基因aclA和aclB在夏季达到峰值。图1 不同类型光滩中微生物群落物种（左）和功能（右）的节律性变化多组学证据表面弯曲杆菌门（Campylobacterota）中的硫卵菌科（Sulfurovaceae）等硫氧化微生物类群是驱动深层泥滩rTCA循环季节波动的重要类群，

2026-09-07 查看详情

科研动态

大洋生态研究团队揭示合成菌群协同降解聚乙烯的潜在机制

海洋生物地球化学研究团队揭示极端干旱重塑长江口颗粒有机碳循环与低氧过程

大洋生态研究团队揭示季节性温度变化塑造光滩微生物群落格局与固碳基因波动模式

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海洋痕量元素采样技术的应用及进展

极端环境化学测量仪器与传感器研究

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