海洋聚球藻(Synechococcus)是海洋超微型蓝细菌(picocyanobacteria)的代表类群之一。聚球藻在世界大洋范围内广泛分布且数量庞大,是海洋初级生产力的重要贡献者,在海洋生态系统及碳循环中发挥着重要作用。病毒(viruses)是海洋中数量最多的生命体,在海洋生态系统和生物地球化学循环过程中发挥着重要的作用。聚球藻病毒作为海洋病毒的重要类群之一,是海洋中造成聚球藻死亡最主要因素。病毒裂解聚球藻,将聚球藻通过光合作用固定的碳以溶解有机物(dissolved organic matter,DOM)的形式释放至海洋环境,直接贡献于海洋溶有机碳库(dissolved organic carbon,DOC)。作为海洋中重要的原核光合生物典型类群,聚球藻具有区别于真核浮游植物和其他原核生物的特殊细胞构造,聚球藻细胞内含物及细胞裂解产物可能具有特殊的性质。病毒裂解聚球藻过程释放的DOM,对海洋DOM库有着特别且重要贡献,但其过程机制尚不明晰。本研究以海洋聚球藻及聚球藻病毒为研究对象,通过建立代表性海洋聚球藻及其病毒模式体系,对病毒裂解聚球藻释放DOM(viral-induced DO]M,vOM)的理化性质和生物可利用性开展研究,探究病毒裂解聚球藻对海洋DOM库的贡献,以更深入地阐释聚球藻及聚球藻病毒的相互作用过程在以碳循环为主的海洋生物地球化学循环过程中的重要作用。通过开展上述工作,本研究主要获得以下进展:1.通过分离培养与纯化,从近岸海水样品中新获得聚球藻及聚球藻病毒纯培养株系。构建全部聚球藻分离株的亲缘进化树,获得其多样性及生态型特性;完成3株聚球藻分离株及1株聚球藻病毒分离株的全基因组测序。初步基因组分析发现,聚球藻分离株基因组具有典型近岸聚球藻基因组特征。病毒分离株初步鉴定为一株聚球藻T4-like肌尾病毒;2.通过对聚球藻-病毒模式体系室内培养实验,研究病毒侵染聚球藻过程中释放DOM的理化性质与过程机制。使用三维荧光光谱,超高分辨率质谱以及核磁共振技术,对病毒裂解聚球藻所释放DOM进行化学组成和结构表征。研究结果发现聚球藻vDOM与深海DOM存在极为相似的光学特征(特征荧光组分),结合对病毒裂解聚球藻所释放DOM的化学组成与结构的分析,发现聚球藻所特有的藻胆蛋白及其降解产物是此类相似的特征荧光信号的主要贡献者。结合全球大洋聚球藻产出荧光DOM的总量估算,阐明聚球藻是海洋中广泛存在的荧光DOM的主要来源和贡献者,而病毒裂解聚球藻过程是释放荧光DOM进入海洋环境的重要途径。这一发现,首次明确揭示了海洋荧光DOM的原位生物产生途径与过程机制,为长久以来关于海洋荧光DOM来源的争论和猜测提供了有力的实证;3.通过聚球藻vDOM添加培养实验,追踪聚球藻vDOM在环境中的变化过程。经过长达90天的黑暗培养,观察到在细菌群落作用下,聚球藻vDOM的消耗转化和部分原位海水DOM的累积。聚球藻vDOM的特征荧光组分在培养周期内维持恒定,不随DOM降解消耗及细菌丰度的变化而变化。聚球藻vDOM的添加刺激细菌种群丰度的快速增长,维持细菌群落结构的演替过程长达数月之久。通过网络分析,揭示细菌群落多样性与DOM化学多样性的耦合关系。聚球藻vDOM释放至环境,增加了海洋DOM库的化学组成多样性,对维系原位细菌群落的多样性发挥着重要作用;4.为估算海区原位聚球藻的病毒裂解率,在海区开展改良稀释培养实验。实验证明,聚球藻的特殊生态适应性限制了该方法对聚球藻病毒裂解率估算的应用。