珠江口溶解有机磷的微生物矿化机制与分子组成特征：碱性磷酸酶phoD基因的关键作用

本研究针对珠江口低溶解无机磷(DIP)环境下溶解有机磷(DOP)的微生物转化机制，通过分析碱性磷酸酶基因phoD和磷酸转运蛋白基因pstS的丰度与群落结构，结合FT-ICR MS技术解析DOP分子组成。发现颗粒附着相中phoD菌群通过pH-盐度调控通路主导碱性磷酸酶(AP)活性，而游离相AP活性受DIP-菌群-基因丰度级联调控，揭示了Actinobacteria等菌属对CHOP类脂质DOP的优先利用，为河口磷循环管理提供理论依据。

　　

在人类活动加剧的背景下，河口生态系统正面临前所未有的营养盐失衡挑战。珠江口作为粤港澳大湾区的核心水域，近年来氮输入激增导致氮磷比失调，溶解无机磷(DIP)的匮乏使得溶解有机磷(DOP)成为支撑浮游生物生长的关键磷源。然而，DOP的复杂分子组成和微生物转化机制始终是海洋生物地球化学研究的"黑箱"。更棘手的是，尽管已知碱性磷酸酶(AP)在DOP矿化中起核心作用，但其编码基因phoD的宿主菌群动态与环境驱动因子间的关联仍不明确，这严重制约了我们对河口磷循环的预测能力。

中国科学院南海海洋研究所的研究团队在《Marine Pollution Bulletin》发表的最新研究，首次将功能基因分析与高分辨率质谱技术相结合，揭示了珠江口DOP转化的微生物驱动机制。研究人员沿盐度梯度采集样品，采用qPCR定量phoD/pstS基因丰度，高通量测序解析宿主菌群结构，结合FT-ICR MS表征DOP分子组成，并通过偏最小二乘路径模型(PLS-PM)解析环境-菌群-基因的多级调控网络。

关键方法
研究选取珠江口夏季水文断面，区分颗粒附着(PA)和自由生活(FL)菌群。通过荧光法测定AP活性，Illumina测序分析phoD/pstS基因多样性，FT-ICR MS鉴定DOP分子式，结合环境因子测量构建PLS-PM模型。

研究结果

1. 夏季理化特征
   盐度梯度塑造了三类水域：上游淡水区(DIP>0.5 μmol/L)、中游混合区和下游海水区(DIP<0.1 μmol/L)。AP活性在外河口激增8倍，与DIP的强烈空间负相关(r=-0.82)。

2. phoD/pstS宿主菌群分布
   PA相中Actinobacteria(如Actinomadura)和Alphaproteobacteria(玫瑰杆菌属Roseovarius)占phoD菌群62%，而pstS基因主要存在于聚球藻中。FL相的Ralstonia等Betaproteobacteria与AP活性显著相关(p<0.01)。

3. 调控通路解析
   PLS-PM显示PA相AP活性受"盐度→pH→phoD菌群→基因拷贝数"路径主导(R²=0.73)，而FL相受"DIP→群落结构→基因丰度"级联调控。外河口phoD基因拷贝数激增5倍，对应95%的DOP为磷酸酯类。

4. DOP分子特征
   FT-ICR MS鉴定出CHOP类(主要为脂质)占DOP库76%，其双键当量(DBE=3.8)提示可能作为phoD菌群优先利用的底物。

结论与意义
该研究首次阐明珠江口DOP转化的双路径模型：在颗粒界面，环境梯度通过塑造phoD菌群结构调控AP活性；而在自由相中，DIP匮乏直接驱动菌群演替。发现Actinobacteria等"磷矿化功能群"对CHOP类DOP的偏好性利用，解开了"AP悖论"的部分谜团——即AP在富磷环境仍活跃可能源于其对特定有机物的降解功能。研究为河口磷循环模型提供了关键参数，警示陆地来源DOP输入管理的重要性，并为解析微生物介导的碳磷耦合(C-P crosstalk)提供了新视角。傅里叶变换离子回旋共振质谱揭示的DOP分子指纹，更为后续生物有效性研究建立了基准数据库。