华南植物园揭示未来气候CO2情景对藻源碳分配的影响

碳是生物必需的营养物质，也是元素循环过程的关键驱动因素。浮游植物作为水域生态系统中碳动态的主要调节者，通过碳固定和碳分配在调节水生生态系统碳循环中发挥着至关重要的作用。它们通过调节颗粒态有机碳（POC）和溶解性有机碳（DOC）的分配，决定了POC沉降到沉积物中的比例、DOC释放到周围水体中的比例以及被微生物同化的比例，最终影响藻源碳对水域碳汇的贡献途径及大小。因此，了解浮游植物碳分配有助于评估其对水域生态系统的长期储存能力的作用。然而，对未来高CO₂场景下浮游植物碳分配变化及其调控机制的探索尚不充分。针对这一科学问题，本研究通过模拟三种不同CO₂浓度情景（400 ppm、850 ppm和1370 ppm），系统探究了聚球藻FACHB-410株在碳分配方面的响应机制。

研究发现，在中等CO₂浓度（850 ppm）下，聚球藻的碳分配模式与当前水平（400 ppm）相比未发生显著变化。然而，在极端高CO₂环境（1370 ppm）下，聚球藻的总有机碳含量显著降低47.05%，同时细胞外溶解性有机碳（DOC_ex）的比例显著上升，而POC和细胞内DOC（DOC_in）则显著减少。DOC_ex在总DOC中的比例从22.66%上升至44.32%（图1、2）。这一结果表明，极端高CO₂环境下，聚球藻更倾向于将碳以潜在惰性DOC的形式释放至水体中，而非用于构建细胞结构的DOC_in和下沉性的POC。

该研究首次揭示了聚球藻在极端CO₂条件下碳分配的显著转变，表明其通过生物碳泵（BCP）途径贡献碳汇的能力可能减弱，而通过直接释放DOC对表层碳库的贡献增强。这一发现对准确评估未来气候背景下聚球藻在水体碳汇中的作用具有重要启示。

相关研究成果近期以“Influence of simulated future climate CO₂ scenarios on carbon allocation in a keystone cyanobacterium Synechococcus”为题发表在国际藻类学经典期刊Journal of Applied Phycology（《应用藻类学杂志》）上。中国科学院华南植物园联合培养硕士研究生张焱焱为第一作者，卢哲副研究员为通讯作者，小良站站长王法明研究员作为共同作者在研究方案设计及论文写作等方面给予指导意见。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和广东省自然科学基金等项目的支持。文章链接：https://doi.org/10.1007/s10811-025-03639-1

图1. 三种不同CO₂浓度对聚球藻不同碳馏分浓度的影响

图2. 三种不同CO₂浓度下DOC馏分占总DOC的占比