近岸水柱是气候变化与人类活动冲击的最前线，但浅水层化观测长期稀少。加拿大拉瓦尔大学团队在圣劳伦斯湾西北部七岛地区沿岸布设35个观测站，于2022年5月至10月无冰期内逐月开展温盐深剖面观测，挂接在温盐深仪上的Seapoint叶绿素荧光计与Seapoint浊度计同步输出了叶绿素a与浑浊度序列，勾画出春夏水柱层化与浮游植物动态的完整图景。数据论文发表于2026年的Earth System Science Data。 研究背景 圣劳伦斯湾的海冰覆盖在过去十年显著减退，这与冬季气温升高直接相关，未来近无冰冬季将越来越常见；自2010年以来，湾内已出现4个季末近乎无冰的冬天。七岛地区正处湾域西北岸，坐拥北美最重要的矿产输出港，城市、工业与航运活动密集，生态系统承受着气候变暖与人为扰动的双重压力。 对这类亚北极近岸系统而言，水柱温跃层是调控层化的关键结构：它把水柱分隔成不同层次，既阻挡生物交换，也决定营养盐与浮游植物的分布。既往水柱层化研究多在远离海岸的深水区开展，浅水近岸的层化证据零零星星——爱尔兰西岸在离岸10公里内观察到层化，韩国南部水深5至30米处发现热层化，但系统性的浅水观测仍然稀缺。在七岛地区建立水柱基线，既是评估生态变化的参照，也是当地港口生态系统研究计划的基础工作。 研究过程 研究断面覆盖七岛地区海岸线，自西边的卡捷港至东边的马塔梅克保护区，共35个站点，按岸线利用类型分为三个区：西段1至15号站、七岛湾内16至27号站、湾东至马塔梅克28至35号站，站区水深介于2至52米。观测在2022年5月至10月逐月进行，共6个航次；受设备故障影响，仅34号站的5月与25号站的6月缺测。 每次观测将温盐深仪以平均每秒1米的速度下放至离底2至3米处，以4赫兹频率连续采集。仪器除温盐与光合有效辐射传感器外，还挂接了两支Seapoint光学传感器：一支测体内叶绿素荧光，作为浮游植物叶绿素a生物量的代用指标；一支测浊度。传感器最近一次标定在2017年，因此叶绿素数值按相对值解读，但仍足以刻画季节与空间格局。每个站点的温度、盐度、浊度与荧光垂直剖面按月成图，叶绿素与环境变量的关系再用散点图与Spearman相关分析定量检验。 图1. 美国Seapoint公司SCF叶绿素荧光计 图2. 七岛地区35个观测站位与主要河流分布（论文 Figure 1） 实验结果 水柱从混合到层化再回归混合。5月水柱最冷且基本均质，表层平均5.56摄氏度，22个站出现3至4米深处的近表层温跃层雏形；6月表层升至8.69至11.99摄氏度，水体仍大体混合；7月起层化明确建立，温跃层多位于4至5米；8月温跃层继续加深，西部站可达4米厚，东部站在4至12米间加深；9月全柱最暖，深站底部仍保留约4.2摄氏度冷水；10月全断面温度重新均一，表底差平均仅1.28摄氏度。整个无冰季表层温度的最大变化出现在5至6月（升高5.02摄氏度）与9至10月（骤降9.30摄氏度）。 图3. 各月各站温度热图，粉框为温跃层厚度（论文 Figure 2） 盐度揭示河口淡水印记。5月莫西西河口的29、30、31号站表层盐度低至17.8至20.1，是春季融雪径流的信号；全季6月平均盐度最低（27.8），7月最高（约30.6）；9月淡水印记再现于Brochu河与圣玛格丽特河附近站。温跃层、盐跃层与密度跃层深度在全季大体对齐，温度与盐度在整个数据集中显著反相关（相关系数-0.84），说明盐度对密度层化的贡献尤其在6月举足轻重。 浑浊度聚焦湾内与河口。断面浊度介于0至8.4 FTU，高值集中在七岛湾内16至21号站（4.8至8.4 FTU，最高值出现在20号站）以及5月和10月的河口站。7月与9月全断面浊度普遍低于2 FTU。漫衰减系数与深度平均浊度显著正相关（决定系数0.59），与荧光关系微弱，说明该海域光衰减的主导因素是悬浮颗粒物而非浮游植物。 图4. 各月各站浊度热图（论文 Figure 5） 叶绿素夏季次表层峰值与秋季表层回弹。荧光5月最低（表层均0.37毫克每立方米），6月升至1.07，7月虽表层均值仅0.53，但多个站在15至24米深处的温跃层之下出现超过4毫克每立方米的次表层峰值，最高4.28；8月峰值整体变浅（5至26米），多位于温跃层之上或层内，最高2.73；9月表层荧光达到季节峰值（均1.59，13号站达4.06），构成与邻近海区一致的秋季水华信号；10月回落至1.11。叶绿素与温度的关系随季节反转：5、6月正相关（相关系数0.89与0.81），7月转负（-0.61），恰对应次表层冷水中的峰值。 图5. 各月各站叶绿素a热图（论文 Figure 6） 图6. 叶绿素a与温度、盐度、光照及浊度的关系散点图（论文 Figure 8） 研究结论 2022年无冰季的七岛近岸水柱呈现出温带近岸的典型节律：春季冷而混合，盛夏强烈层化，深秋回归均一；叶绿素峰值夏季藏于温跃层之下、秋季重返表层。与湾域惯例的春华秋华两峰不同，本研究主峰出现在夏季，可能与未覆盖4月末春季水华有关。团队建议后续补充营养盐观测以捕捉上升流事件，并持续维持逐月断面以追踪快速变化。 浅水近岸的浮游植物动态藏身于层化结构的细节之中，只有高分辨率的原位荧光剖面才能捕捉。Seapoint叶绿素荧光计功耗低、体积小、耐压6000米，采用调制光荧光检测并可选增益，与温盐深仪挂接即可在一次下放中同步获取叶绿素a、浊度与理化参数剖面。对近岸基线监测、港口水环境评估与水华早期预警而言，这类小型荧光载荷是以最低成本把生物量观测纳入常规剖面的可靠方案。 参考文献 Arseneault E., Joshi N., Carrière J., et al. Oceanographic dataset of the near-shore water column of the northeastern Gulf of St. Lawrence, Canada, during the ice-free season. Earth System Science Data, 2026, 18: 4771–4791. https://doi.org/10.5194/essd-18-4771-2026 相关产品链接 美国Seapoint公司 叶绿素荧光计SCF 美国Seapoint公司 浊度仪STM

2023年，美国佛罗里达州立大学、阿拉斯加大学费尔班克斯分校与斯克里普斯海洋研究所的团队，依托“加州沿岸生态系统长期生态研究”（CCE-LTER）计划2006至2021年的11个航次，首次在同一批准拉格朗日实验中同步量化了海洋生物碳泵的三条主要途径——下沉颗粒、昼夜垂直迁移的主动输运、以及由俯冲与垂直混合构成的物理泵。研究中，浮游动物样品经法国HYDROPTIC公司ZooSCAN成像系统扫描后完成分类与体型测量，用于估算主动输运通量。结果表明，下沉颗粒在输出与固碳两方面均居首位，而主动输运因再矿化深度更深，其固碳效率高于物理泵。成果于2023年发表于《Nature Communications》。 研究背景 海洋生物碳泵把表层生产的有机碳输往深海，是长期碳封存的关键。碳进入海洋内部并非只有一条路：颗粒可以自身下沉；昼夜垂直迁移的浮游动物与大洋中层鱼可在夜间表层摄食、白天回到深层呼吸排泄，形成“主动输运”；富碳水体也可被俯冲与垂直混合直接带入次表层。然而多数研究只测量其中一条途径，缺少三者同时刻画的观测，难以判断各自相对重要性及未来变化。 加州沿岸生态系统兼具近岸上升流区与寡营养外海两种生境，动力过程与生态滞后交织成复杂镶嵌格局，是检验多途径并行量化的理想海域。研究要回答的是：在同一水体包裹里，三条途径各自输出多少碳、又能真正封存多少碳。 研究过程 采样依托2006—2021年的11个航次，多数在春夏进行。每个航次围绕约4天的准拉格朗日实验展开，用卫星跟踪漂流浮标与阻力伞追踪同一混合层水团以重复取样。净初级生产力以碳-14法在真光层6—8个深度逐日测定。 浮游动物经昼夜配对的分层网自表层拖至450米、垂直分辨率约50米；样品以1.8%缓冲福尔马林固定后送入ZooSCAN扫描，先由深度学习划分大类，再经人工全量核验，并提取体长、体宽等形态参数，用体长—碳关系换算生物量。每个网次按11个对数间隔的粒径区间（0.2毫米以下至10毫米以上）汇总生物量，据各层位昼夜生物量之差计算主动输运；呼吸速率由异速生长关系估算，溶解有机碳排泄按呼吸的31%计；大洋中层鱼的主动输运则由昼夜配对拖网结合生物能量学模型估算。 图1. 法国HYDROPTIC公司 ZooSCAN浮游动物样品扫描分析系统 下沉通量由自由漂流沉积物捕集器测定（99组三重平行测量）；物理泵把现场估算的颗粒沉降速度谱与数据同化三维流场耦合，以拉格朗日粒子追踪模拟俯冲与混合。固碳时长由北太平洋500年拉格朗日模拟确定：统计100至1000米各深度释放的二氧化碳重新进入混合层的时间。 实验结果 一、三条途径的输出通量各有量级，且空间变异极大。 100米层的下沉颗粒输出平均为9.0±2.2毫摩尔碳每平方米每天，区域跨度2.6至41；主动输运平均2.9，物理泵平均3.8。作为参照，全球卫星估算的100米层平均下沉通量约为3毫摩尔碳每平方米每天，说明该海域输出高于大洋平均，但主要来自近岸上升流区。下沉通量随深度按幂律衰减，平均指数0.72（95%置信区间0.68—0.76），相当于从100米到200米减少39%；其后在200米、500米与1000米分别降至5.5、2.8与1.7毫摩尔碳每平方米每天。 图2. 加州沿岸生态系统的时空变异与三条途径的碳输出：d为下沉颗粒、e为昼夜垂直迁移主动输运、f为颗粒俯冲（改编自 Stukel et al. (2023)） 二、主动输运与物理泵通量不低，但衰减更快。 浮游动物的主动输运介于0.3至5.1毫摩尔碳每平方米每天，鱼类约为其一半；二者合计在100米层平均2.9，其呼吸再矿化峰值分别出现在200—250米与450米。物理泵在100米层可达3.8，但74%的碳在抵达200米前即被再矿化，至500米与1000米分别仅剩0.20与0.059毫摩尔碳每平方米每天；在200米与300米层，俯冲从未贡献超过20%的输出。 图3. 三条输出途径的区域平均再矿化随深度变化（蓝：下沉；红：主动输运；绿：俯冲与垂直混合），黑线为固碳时长（改编自 Stukel et al. (2023)） 三、沉降颗粒输出最多，主动输运固碳效率更高。 模拟显示，100米处释放的二氧化碳平均固碳时长仅102±3年，而1000米处达1335±57年。以固碳时长与再矿化速率的深度积分计，下沉颗粒封存1931摩尔碳每平方米（平均586年），高于主动输运的498（468年）与物理泵的386（279年）；折算到约1.7×10⁵平方公里的研究区，三者分别封存3.9、1.0与0.8拍克碳，合计5.7拍克碳。该区溶解无机碳储量实测13.6拍克碳，即生物碳泵贡献了其中约一半。 图4. 三条途径在100—400米、400—1000米与1000米以深三个层位对输出（白箭头）与固碳（橙字）的贡献（改编自 Stukel et al. (2023)） 研究结论 研究指出，把三条途径放在同一水体里比较，才能看清各自的真实地位：下沉颗粒既是最大输出者、也是最有效的封存者；主动输运输出通量虽略低于物理泵，但因再矿化发生在更深处而封存更多碳；物理泵只在上层碳收支中重要，对中层以深的输出贡献有限。研究还发现，总输出效率与局地生产力反向相关——上升流区单位初级生产力输出到深海的碳反而更多；上升流春季最强、拉尼娜年更强，并随气候变化长期增强，预示该海域生物碳泵结构将持续改变。 浮游动物的主动输运通量，建立在对迁移类群生物量与体型谱的准确估算之上。本研究中，ZooSCAN把网采样品逐个体成像并提取形态参数，配合深度学习分类与全量人工核验，使各类群在0.2毫米至10毫米间的11个粒径区间获得一致的丰度—生物量转换，从而把昼夜生物量之差换算为碳通量。法国HYDROPTIC公司的ZooSCAN与ZooCAM系列可标准化地把浮游动物样品转化为可比较的图像与形态数据，是长时序、跨区域生物泵研究的成像基础工具。 参考文献 Stukel, M. R., Irving, J. P., Kelly, T. B., Ohman, M. D., Fender, C. K., Yingling, N. Carbon sequestration by multiple biological pump pathways in a coastal upwelling biome. Nature Communications, 2023, 14: 2024. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37771-8 相关产品链接 法国Hydroptic公司 ZooSCAN浮游动物样品扫描分析系统

塑料污染在海洋中形成了一类新的人为微生物栖息地，被称为「塑料圈」。相比细菌与真菌，古菌这一生命第三域在塑料圈中的面貌长期缺少系统认识。一项研究以香港与青岛沿海为对象，将漂浮塑料与邻近表层水成对采集，通过扩增子测序与宏基因组分析，首次系统刻画了海洋塑料圈的古菌群落，揭示塑料表面正在重塑古菌的多样性与生态功能。 研究背景 塑料具有持久、疏水、可漂浮以及聚合物种类多样等特性，进入海洋后其表面会迅速被微生物定殖，形成一个以塑料为中心的独特生态系统。以往研究已发现塑料圈会选择性富集特定的细菌、真菌与藻类群落，甚至富集病原菌与降解有机物的微生物，但对古菌的关注十分有限。古菌在海洋氮、硫、甲烷等元素循环中扮演关键角色，其在塑料圈中是否也发生类似的群落重塑，关系到塑料污染对海洋生物地球化学过程的影响。要回答这一问题，需要在同一海域同时采集塑料与水体样品进行对照比较，并覆盖不同的污染梯度与生境类型，才能得到可推广的规律。 研究过程 采样于2021年8月和2022年2月进行，覆盖中国香港与青岛两地的沿海海域，分别代表亚热带与温带环境，并横跨干湿两个季节。采样生境类型多样，包括海滩、城市河口、海水养殖区、港口、海洋保护区以及污水处理厂排放口附近，构成从相对清洁到高度污染的完整梯度。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司 Manta微塑料拖网 漂浮塑料的采集使用德国HYDRO-BIOS公司的Manta表层拖网，其网目为333微米。网具由船后拖曳，每次拖曳约30分钟，随后用灭菌镊子从网底收集所有可见塑料碎屑。每个站位在采集塑料的同时，同步采集一份邻近表层水样作为对照。样品在采集后立即置于冰上，当天运回实验室并于4℃保存至处理。 研究共获得94份塑料碎屑样品与对应的94份水样。经筛选剔除配对不完整的样品后，最终用于古菌分析的有88对（共176份样品），用于细菌分析的有92对，真菌分析的有51对。研究对样品开展古菌扩增子测序以刻画群落组成，并结合宏基因组测序解析功能潜力，同时测定水体中的溶解有机碳与抗生素等污染指标，以考察污染梯度的影响。 实验结果 1. 塑料圈古菌多样性更高。 塑料圈与周围水体的古菌群落结构存在显著差异。塑料圈中古菌的分类学α多样性（辛普森指数）显著高于水体，这一模式与细菌中观察到的一致；塑料圈的β多样性也更高，说明不同塑料「岛屿」之间的群落组成差异更大。 图2. 塑料圈与水体的古菌群落差异（论文 Fig. 1） 2. 优势门类发生选择性变化。 塑料圈中的优势古菌门为奇古菌门、广古菌门、Woesearchaeota、Pacearchaeota与泉古菌门，它们合计占古菌序列的97%以上。其中广古菌门与泉古菌门在塑料圈中显著富集，而奇古菌门、Woesearchaeota与Pacearchaeota则相对减少。在更细的分类层级上，发生显著变化的多数类群在塑料圈中的丰度低于水体。 图3. 塑料圈古菌的功能潜力变化（论文 Fig. 2） 3. 甲烷、氮、硫循环相关基因富集。 宏基因组分析显示，参与甲烷、氮与硫循环的古菌基因在塑料圈中富集，表明塑料表面可能成为这些元素转化过程活跃的微环境。 4. 古菌群落组装以随机过程为主导。 通过随机性比率分析，研究发现古菌群落的组装远比细菌与真菌更受随机过程支配：群落组成主要由漂变与扩散限制等偶然因素决定，而细菌与真菌则更多地受环境筛选与生物相互作用塑造。这一差异可能源于古菌更宽的生理耐受范围与塑料表面微生境的高度异质性。 图4. 塑料圈中古菌、细菌与真菌的组装机制对比（论文 Fig. 3） 5. 污染越重，分化越大。 研究还发现，塑料圈与水体之间在古菌α多样性、广古菌门相对丰度以及甲烷、氮、磷循环通路丰度上的差异，随水体中溶解有机碳与多种抗生素浓度的升高而增大。线性回归显示，污染越重的水域，两类群落在分类与功能上的分化越明显。 图5. 环境因子对古菌群落结构与功能的驱动（论文 Fig. 4） 研究结论 该研究以中国近海成对的塑料与水体样品，系统刻画了塑料圈的古菌群落，证明塑料正在重塑海洋古菌的多样性与生态功能：塑料圈古菌多样性更高、群落组成更异质，广古菌门与泉古菌门选择性富集，甲烷、氮、硫循环基因增多，且群落的组装更受随机过程支配。研究者据此指出，塑料污染可能改变海洋古菌的多样性与生物地球化学功能，在污染较重的水域尤其值得关注。 在这项覆盖两地、两季、多种生境的调查中，漂浮塑料样品的代表性与可比性是结论可靠的前提。德国HYDRO-BIOS公司的Manta表层拖网在本研究中承担了全部漂浮塑料的采集，其贴近水面拖曳的网口设计与333微米的网目，能够在统一的拖曳时长与航速下稳定富集海表塑料，使不同海域、不同季节、不同生境的样品在一致方法下比较，为跨区域的塑料圈研究提供了可靠基础。Manta表层拖网是海表微塑料与漂浮生物调查的常用网具。 参考文献 Li C., Wang Y., Zhou A. S. K., Pan X., Zhu Y., Zhang X., Chen T., Xiong A., Ho Y.-W., Liu J., Zhou Z., Wang J., Adyel T. M., Fang J. K.-H., Bank M. S., Rillig M. C., Jin L. Unraveling the coastal marine plastisphere archaeome. Nature Communications 17: 9780 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-76782-z 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 Manta微塑料拖网

由美国特拉华大学牵头，美国国家海洋与大气管理局太平洋海洋环境实验室、夏威夷大学、得克萨斯农工大学等机构参与的研究团队，在夏威夷Loihi海山、大西洋中脊与马里亚纳弧后三大海底热液区采集铁微生物席样品，使用配备德国AMT公司深海玻璃pH电极的热液流体与颗粒物采样器原位获取热液流体化学数据，结合宏基因组、宏转录组与铁加富培养实验，验证了中性铁氧化菌关键基因cyc2所介导的铁氧化通路在天然环境中真实运转。相关成果于2020年发表于《mSystems》。 研究背景 铁氧化物是土壤、水源与生态系统的重要组分，能够圈存养分、碳与金属。微生物可以把可溶性的二价铁氧化为不溶性三价铁并形成铁氧化物，但这一过程在自然界是否显著，长期缺乏可追踪的手段——与碳、硫、氮代谢不同，微生物铁氧化长期以来没有公认的标记基因。此前对嗜酸菌氧化亚铁硫杆菌的研究提出了以铁氧化酶Cyc2为核心的一条假设铁氧化通路，但Cyc2在中性铁氧化菌中的功能一直缺乏在天然铁氧化环境中的直接验证。 在中性pH环境下催化铁氧化的代表性微生物是泽塔蛋白细菌纲（Zetaproteobacteria）。它们在海底热液铁微生物席中往往占据优势地位，是铁席形成的关键类群。研究团队因此选择三大热液区的天然铁席为对象，试图回答：cyc2是否广泛分布于铁氧化菌中、是否在原位高表达，以及它的表达是否随二价铁供应而变化。 研究过程 研究样品来自三个航次、三类热液环境：夏威夷Loihi海山裂隙直接排放形成的大尺度铁席、大西洋中脊Rainbow、TAG与Snake Pit热液区黑烟囱外围的弥散流铁席垫丘，以及马里亚纳弧后Urashima热液区一座7米高铁烟囱上的铁席。这些铁席所处的温度介于10至63 °C，席内二价铁浓度为1.3至190 μmol/L，溶解氧最低低于3 μmol/L检出限，条件有利于生物铁氧化；在马里亚纳，低温铁席中的总溶解铁相对保守混合线亏损了49%至74%，说明大量二价铁已在席内被氧化沉淀。 原位化学数据分两路获取：大西洋中脊与Loihi样品以循环伏安法原位测定；马里亚纳样品则使用热液流体与颗粒物采样器，该系统以钛质进样口按每分钟1至4升的流量抽取热液流体，流体经钛与特氟隆歧管连续冲洗后，分流至样品容器或化学传感器——联机的光学溶解氧传感器与AMT深海玻璃pH电极直接给出原位读数，避免了热液流体离开海底后因氧化与沉淀而失真的问题。在此基础上，团队对铁席样品开展了16S rRNA基因调查、宏基因组与宏转录组测序，从53个新恢复的高质量宏基因组组装基因组出发比较了泽塔蛋白细菌纲各谱系的铁氧化基因库，并以船载二价铁加富培养检验基因表达响应。 实验结果 一、天然铁席由泽塔蛋白细菌纲主导。 16S rRNA基因调查显示，三个海区铁席中泽塔蛋白细菌纲占细菌群落的16.4%至95.9%（Loihi）、10.7%至31.3%（大西洋中脊）与37.1%至79.9%（马里亚纳）；一份正在活跃生长的铁席表层样品中该类群占比高达96%。这说明采样体系正是研究中性铁氧化的理想模型。 图1. 德国AMT公司pH传感器 图2. 三海区铁席中泽塔蛋白细菌纲在16S rRNA基因、宏基因组与宏转录组中的相对丰度（论文 Figure 2） 二、Cyc2序列在中性铁氧化菌中高度保守。 对Cyc2氨基酸序列的系统发育分析显示，泽塔蛋白细菌纲与盖氏铁柄杆菌科等中性铁氧化菌的Cyc2同聚为一簇（簇支持率92%，泽塔谱系内97%），而嗜酸菌的Cyc2分属另外两簇，提示簇内序列保守、功能同源。 图3. Cyc2最大似然系统发育树显示中性铁氧化菌聚为一簇（论文 Figure 3） 三、铁氧化通路基因广泛分布于全部谱系。 基因分布分析表明，以cyc2为核心、辅以胞外电子传递与电子传递链相关组分的模型通路，在各泽塔谱系中广泛存在且核心组分高度保守，由此更新了中性铁氧化通路模型。 图4. 铁氧化通路基因在各泽塔谱系基因组中的分布（论文 Figure 4） 图5. 泽塔蛋白细菌纲铁氧化通路模型（论文 Figure 5） 四、cyc2在原位高表达并随铁供应上调。 宏转录组数据显示，cyc2在天然铁席中高表达，常常位居表达量最高的基因之列；船载二价铁加富培养中，各谱系cyc2表达在加铁后进一步上调，碳固定与中心代谢相关基因的表达同步上升，与其承担铁氧化功能的判断一致。 图6. 铁加富实验中cyc2及通路基因表达上调（论文 Figure 6） 研究结论 这项研究在天然环境中验证了中性铁氧化菌的Cyc2铁氧化通路：cyc2广泛分布、原位高表达、受铁供应调控，具备作为铁氧化能力乃至活性标志物的潜力，为定量评估中性铁氧化菌在海洋与陆地环境中的作用提供了分子工具。 原位化学链路是这项研究取信于人的关键一环。热液流体离开喷口后随即发生氧化与沉淀，pH是解读流体混合与矿物沉淀过程的核心变量；德国AMT公司的深海玻璃pH电极与采样器联机直读，在高温、低pH、高颗粒负荷的热液环境中持续给出原位pH数据，与溶解氧、循环伏安法数据互为印证，省去了取样回实验室复测的时效损失。对于海底热液、冷泉与深海资源调查中需要在恶劣环境下获取可靠原位化学参数的工作而言，AMT深海pH电极与配套电化学传感器是经得起远洋航次检验的选择。 参考文献 McAllister, S. M., Polson, S. W., Butterfield, D. A., Glazer, B. T., Sylvan, J. B., Chan, C. S. Validating the Cyc2 neutrophilic iron oxidation pathway using meta-omics of Zetaproteobacteria iron mats at marine hydrothermal vents. mSystems, 2020, 5(1): e00553-19. https://doi.org/10.1128/mSystems.00553-19 相关产品链接 德国AMT公司 pH传感器

爱沙尼亚生命科学大学等机构的研究团队，以丹麦KC-Denmark公司的Limnos采水器在爱沙尼亚与俄罗斯交界的Peipsi湖逐月采集全水柱混合水样，通过检测甲壳类浮游动物肠道内容物中的mcyE基因，原位量化了各主要类群对潜在产毒微囊藻的摄食强度，并指出这一过程更多取决于优势摄食者的数量，而非环境中产毒藻株的丰度。相关成果于2025年发表于《Toxins》。 研究背景 蓝藻水华及其代谢产物是全球淡水生态、渔业与旅游面临的重要问题。浮游动物既可通过摄食削减产毒藻的生物量，也可能把毒素沿食物链向上传递，是连接产毒蓝藻与鱼类等上层营养级的关键环节。由于微囊藻毒素多以细胞内形式存在于藻细胞中，浮游动物的摄食本身即构成一种移除机制；但摄食强度究竟由环境中产毒藻株的丰度决定，还是由能够摄食产毒藻的摄食者数量决定，在天然水体中一直缺乏直接证据。以往判断浮游动物能否摄食产毒蓝藻多依赖室内实验，而室内条件难以再现自然水体中多样的食物组成与摄食选择。Peipsi湖是欧洲大型浅水富营养湖泊，微囊藻是其主要的产毒蓝藻属，为开展原位研究提供了合适对象。 研究过程 研究于2021年6月至10月逐月采样，站位包括Peipsi正经湖区的P11、P38与中部湖湾Lämmijärv的P17。全水柱水样以丹麦KC-Denmark公司的Limnos采水器按1 m间隔连续采集——该采水器在采集过程中采样腔全程敞开、水体自由流通，属深度积分型取水器——各层水样汇入水箱混匀后，用于浮游植物群落与生物量、产毒微囊藻mcyE基因定量以及浮游动物群落、丰度与生物量的分析。浮游动物样品取20 L混合水样经48 μm浮游生物网浓缩至200 mL，以酸化卢戈氏液固定保存。mcyE基因定量取90—1000 mL混合水样现场过滤至0.2 μm滤筒，每样三份平行，滤膜存于96%乙醇并于−80 ℃保存，采用微囊藻特异性mcyE定量PCR与内标标准曲线进行绝对定量。为分析肠道内容物，另以300 μm浮游生物网垂直拖网采集混合浮游动物，立即以去离子水反复冲洗去除附着的藻细胞，经液氮速冻后于−80 ℃保存；随后挑出主要类群——溞属、象鼻溞属、宽尾溞、真镖水蚤、异尾水蚤、小剑水蚤以及掠食性的薄皮溞与尾突溞——逐一提取DNA并做mcyE定量PCR。浮游动物生物量在博戈罗夫计数框中于体视显微镜下分析，体长按经验公式换算为湿重。 图1. 丹麦KC-Denmark公司Limnos采水器 图2. Peipsi湖采样站位：P11与P38位于Peipsi正经湖区，P17位于中部湖湾Lämmijärv（论文 Figure 1） 图3. 各站位浮游植物组成与生物量，以及微囊藻各物种生物量与mcyE基因拷贝数的季节动态（论文 Figure 2） 实验结果 1. 产毒藻株丰度的站间差异小于微囊藻生物量的差异。 蓝细菌与硅藻主导浮游植物生物量，蓝细菌生物量在0.04—11.14 mgWW/L之间；微囊藻占蓝细菌生物量的4%—89%，以微绿微囊藻、铜绿微囊藻、葡萄囊藻与惠氏微囊藻为主。微囊藻生物量在8月（P17）或9月（P11、P38）达到峰值，富营养程度更高的P17约为另两站的2—4倍；但携带mcyE合成酶基因的微囊藻丰度在各站总体相近，峰值出现在9月。 2. 摄食普遍存在，但类群间效率差异显著。 mcyE基因在所有受检甲壳类类群的肠道中均被检出。个体水平最高摄食量出现在异尾水蚤（6429个含mcyE细胞/个体）与小剑水蚤；滤食性枝角类中溞属最高，可达303个含mcyE细胞/个体。以单位体重计，异尾水蚤（每100 mg体重611个）与小剑水蚤（494个）同样居前，最小的宽尾溞为216个，明显低于桡足类。 图4. 各采样点主要甲壳类类群丰度与生物量的季节动态（论文 Figure 3） 3. 种群摄食以桡足类为主。 甲壳类种群的产毒微囊藻摄食量介于199—27,736个含mcyE细胞/（种群·L）之间，多数采样日低于1000。按全期与全湖平均，桡足类贡献约54%、枝角类约46%；在小剑水蚤大量出现的P17的6月与7月，其常占据摄食量的主体，而枝角类的贡献更多出现在溞属丰度较高的季节早期。 4. 摄食强度取决于摄食者而非环境产毒藻丰度。 甲壳类总摄食量与桡足类丰度呈显著正相关（r=0.68，p<0.01），与小剑水蚤、真镖水蚤的丰度与生物量关系最强；而与水体中微囊藻生物量、mcyE基因拷贝数均无显著相关。主成分分析前两轴合计解释57.1%的变异（第一轴37%、第二轴20.1%），摄食量与环境营养盐、温度、透明度等参数之间同样未见明显关联。 图5. 甲壳类种群对产毒微囊藻摄食量的季节动态与枝角类、桡足类的贡献占比（论文 Figure 4） 图6. 摄食量、微囊藻生物量与环境参数的主成分分析（论文 Figure 5） 研究结论 研究说明，在天然富营养湖泊中，产毒微囊藻向食物网的传递更多由优势摄食者的数量驱动，仅依据水体中产毒藻株的丰度来评估风险可能产生偏差；桡足类，尤其是体型小、常在水华湖中占优的小剑水蚤，在此过程中作用突出。这一结果提示，在预测产毒蓝藻沿食物链的传递时，应把主要摄食者的种群动态纳入考量。研究也指出，结论基于单一湖泊一年的观测，尚需更多年份与水体加以验证。 在本研究中，丹麦KC-Denmark公司的Limnos采水器承担了全部全水柱混合水样的采集。该采水器在采样过程中采样腔全程敞开、水样自由流通，可自表层至湖底按固定间隔连续积分取水，特别适合Peipsi湖这类浅水、受风浪充分混合而难以分层的湖泊；采样器下潜至目标深度后，以投送使锤触发闭合完成取样，操作简便、重复性好，适用于湖泊、水井与钻井孔等水体的分层或积分取水。 参考文献 Agasild H., Gonzales Ferraz M.E., Saat M., Zingel P., Piirsoo K., Blank K., Kisand V., Nõges T., Panksep K. Crustacean zooplankton ingestion of potentially toxic Microcystis: in situ estimation using mcyE gene gut content detection in a large temperate eutrophic lake. Toxins 17(1): 42 (2025). https://doi.org/10.3390/toxins17010042 相关产品链接 丹麦KC-Denmark公司 Limnos与Ruttner采水器

德国GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心（Kiel）联合美国史密森尼国家自然历史博物馆、格罗宁根大学、蒙特雷湾水族馆研究所（MBARI）与佛得角大西洋技术大学，借助德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet Maxi多联采样网，在佛得角群岛周边海域对浮游被囊动物——大西洋火体虫（Pyrosoma atlanticum）开展了系统调查，结合网采定量、拖曳相机原位观测与eDNA分子检测，首次量化了该物种通过昼夜垂直迁移向深层输送有机碳的通量：火体虫可将约13.3%的粪粒运出混合层，相当于1.96–64.55 mg C m-2 day-1的碳输出。相关成果于2021年发表于《Scientific Reports》。 研究背景 胶质浮游动物对全球碳循环的贡献正被日益重视，但这一庞杂类群中许多物种的生态角色仍不清楚，大西洋火体虫便是其中之一。火体虫是会发光的群体性被囊动物，以大量个体聚集成空心圆柱状群体，在东热带北大西洋时常形成暴发。它们白天沉入中层、夜间上浮至表层觅食，若能把表层摄食形成的粪粒带到深层，就会成为连接初级生产与深海碳汇的“生物碳泵”活跃环节；然而要定量评估这一过程，必须同时掌握它们的丰度、垂直分布与迁移幅度，这对采样技术提出了很高要求。 传统单网垂直拖网只能给出整个水柱的混合样品，无法分辨火体虫昼夜间在不同水层的分布，也难以精确计算各层生物量。MultiNet多联采样网一次下放即可按预设水深依次开启多个网袋，分层获取样品，配合电子流量计精确定量滤水体积，从而为估算各水层的火体虫丰度与加权平均深度（WMD）提供可靠基础。研究还同步使用拖曳相机平台PELAGIOS记录原位影像，与网采数据互为补充。 研究过程 调查依托2018年2月14日至3月1日（POS520航次）和2019年2月4日至24日（POS532航次）的两航次“波塞冬号”（R/V Poseidon）科考，站位位于佛得角群岛周边，涵盖岛链迎风侧的佛得角海洋观测站（CVOO）、两个气旋式涡旋核心，以及圣安唐岛与福古岛背风侧的近岸和离岸站位；多数站位进行了昼夜两次采样。 火体虫的垂直分布与丰度采用两种方法测定。第一，使用德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet Maxi多联采样网进行倾斜分层拖网，该网网口面积0.5 m²、网孔2 mm，配备九个可关闭网袋与电子流量计，拖曳速度约2节，据此采集不同水层的火体虫群体，并测量其体长、体宽与湿重，进而以各层湿重和中层深度计算加权平均深度。第二，使用拖曳相机平台PELAGIOS进行阶梯式走航，按约0.51 m s-1的航速获得水平与垂直视频断面，并用蒙特雷湾水族馆研究所开发的VARS系统进行视频标注；2018年在福古站和涡旋站把相机安装于多联网上（构成MuViNet），以线性模型比对视频计数与网采结果。此外，2019年在涡旋站（400、600、1000、1900、2200、2500 m）和CVOO站（1000、1300、1900、2500 m）用CTD玫瑰采水器的10 L Niskin瓶采集eDNA样品，每个深度设三个平行，经0.22 µm滤膜过滤后−80 ℃保存用于火体虫条形码检测。 图1. 德国HYDRO-BIOS公司MultiNet Maxi多联浮游生物采样网 图2. 多联网与PELAGIOS在圣安唐、福古及两个气旋式涡旋站位记录的火体虫垂直分布（2018年左、2019年右） 实验结果 1. 昼夜垂直迁移显著。 火体虫白天分布于混合层（约100 m）之下，夜间大部分群体迁移至表层，平均迁移距离达313 m，白天加权平均深度约359 m、夜间约46 m；其白天分布恰好与300–400 m的缺氧区（OMZ）核心重合。 2. 表层生产力驱动丰度。 P. atlanticum 除2018年CVOO站外几乎在所有站位出现。统计模型显示，丰度与叶绿素a浓度正相关、与表层温度负相关，说明岛屿与涡旋引起的上升流带来的高生产力为火体虫暴发创造了条件。夜间最高密度达1.61 colonies m-3，高于地中海、塔斯曼海与2018年俄勒冈外海的报道，但低于刚果河口与2017年俄勒冈外海。 3. 昼夜迁移实现显著的碳输出。 夜间混合层内粪粒产量估计为2018年14.75–295.51 mg C m-2 day-1、2019年19.12–485.57 mg C m-2 day-1；黎明下沉时约13.3%的粪粒被带出混合层，对应1.96–64.55 mg C m-2 day-1的碳通量。垂死群体平均还向碳通量贡献15.09 ± 17.89 mg C m-2。 4. 记录到极深的火体虫分布。 PELAGIOS在2018年圣安唐离岸夜站观测到7个群体出现在1300–2500 m深处，是迄今中层水域最深的火体虫记录之一；这些个体形态弯曲甚至近球形，呈半透明粉紫色，与典型圆柱形群体明显不同。 图3. 佛得角群岛周边火体虫碳沉降量分布（JAGO载人潜器与OFOS拖曳平台观测） 研究结论 该研究证明，佛得角群岛周边的上升流与涡旋带来的高生产力是火体虫暴发的主要驱动力，而火体虫通过昼夜垂直迁移把表层粪粒携带至混合层以下，构成一条不可忽视的碳输出通道；同时，eDNA检测在迁移范围之下也探测到火体虫遗传物质，提示其生态影响可延伸至上层水体之外。研究强调，原位影像观测与网采取样的相互印证，是厘清胶质浮游动物生态功能的关键。 德国HYDRO-BIOS公司的MultiNet Maxi多联采样网在本研究中提供了定量化的分层生物量与深度数据，其0.5 m²网口、2 mm网孔与九个可关闭网袋的组合，使研究团队能够在一次倾斜拖网中同时获取多个水层的火体虫样品，配合电子流量计准确换算滤水体积，成为估算夜间生物量与碳通量、计算加权平均深度的数据基础；它也作为MuViNet的载体，支撑了视频计数与网采结果的标定。MultiNet系列可选Mini、Midi、Maxi与Mammoth等规格，网数、网孔与网口可按需配置，最大工作水深6000 m，并支持加装CTD及荧光、浊度等传感器，是胶质浮游动物与生物碳泵研究的可靠采样平台。 参考文献 Stenvers, V. I., Hauss, H., Osborn, K. J., Neitzel, P., Merten, V., Scheer, S., Robison, B. H., Freitas, R., Hoving, H. J. T. Distribution, associations and role in the biological carbon pump of Pyrosoma atlanticum (Tunicata, Thaliacea) off Cabo Verde, NE Atlantic. Scientific Reports 11: 9231 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-88208-5 相关产品链接 德国HYDRO-BIOS公司 MultiNet多联浮游生物网