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華南植物園揭示未來氣候CO2情景對藻源碳分配的影響
碳是生物必需的營養物質，也是元素循環過程的關鍵驅動因素。浮游植物作為水域生態系統中碳動態的主要調節者，通過碳固定和碳分配在調節水生生態系統碳循環中發揮著至關重要的作用。它們通過調節顆粒態有機碳(POC)和溶解性有機碳(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系統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控機制的探索尚不充分。針對這一科學問題，本研究通過模擬三種不同CO2濃度情景(400 ppm、850 ppm和1370 ppm)，系統探究了聚球藻FACHB-410株在碳分配方面的響應機制。
研究發現，在中等CO2濃度(850 ppm)下，聚球藻的碳分配模式與當前水平(400 ppm)相比未發生顯著變化。然而，在極端高CO2環境(1370 ppm)下，聚球藻的總有機碳含量顯著降低47.05%，同時細胞外溶解性有機碳(DOCex)的比例顯著上升，而POC和細胞內DOC(DOCin)則顯著減少。DOCex在總DOC中的比例從22.66%上升至44.32%(圖1、2)。這一結果表明，極端高CO2環境下，聚球藻更傾向于將碳以潛在惰性DOC的形式釋放至水體中，而非用于構建細胞結構的DOCin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變，表明其通過生物碳泵(BCP)途徑貢獻碳匯的能力可能減弱，而通過直接釋放DOC對表層碳庫的貢獻增強。這一發現對準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”為題發表在國際藻類學經典期刊Journal of Applied Phycology(《應用藻類學雜志》)上。中國科學院華南植物園聯合培養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計及論文寫作等方面給予指導意見。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和廣東省自然科學基金等項目的支持。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
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