颗粒有机物（particulate organic matter,POM）是海洋生物泵的主体,调控着海-气界面的碳通量。弱光层是有机物降解和转化最活跃的区域,70%以上的POM在该水层被微生物降解和利用,直接调控着海洋封存碳的效率和储量。本论文以西北太平洋为研究区域,在三个站位采集了叶绿素最大层、100m、200m和500 m的POM样品,整合宏蛋白质组学、宏基因组学和16S rRNA测序技术以及生物信息学方,对POM中蛋白质的组成、功能和来源进行了研究。主要取得以下结果:（1）西北太平洋由于受黑潮和亲潮影响,环境理化因子差异大,导致各站位各水层微生物群落组成差异显著。微生物群落结构受营养盐、温度、盐度和叶绿素等共同作用,同时也表现出较强的水层分布特征。虽然环境因素差异较大,各站位各水层的COG和KEGG的功能大类均较为接近,但具体的代谢过程存在较大差异,尤其是碳水化合物和能量代谢代谢。在不同水层参与转运利用同一有机物的微生物来源有所不同,揭示了在不同海洋环境中微生物间的生态位互补是保持各水层代谢功能较为一致的主要机制;（2）西北太平洋三个不同生境弱光层中的微生物群落结构差异显著,但其功能大类组成较为相近。其中,参与POM再矿化的关键微生物类群主要来自交替单胞菌目、红杆菌目和肠杆菌目。三类微生物类群通过分泌大量的胞外蛋白酶和水解酶将POM降解为溶解态POM或者直接降解为DOM,将可利用的有机物转运到细胞内,再进一步通过呼吸作用等过程将其分解并利用。交替单胞菌目和红杆菌目在底物利用方面表现出营养互补机制,导致弱光层中较高的POM再矿化效率。温度通过影响微生物种群结构及其代谢过程调控着POM的再矿化效率。温度较低的区域中,肠杆菌目替代交替单胞菌目成为优势物种,但其对颗粒有机氮的降解利用能力要弱于交替单胞菌目,从而影响了 POM的再矿化效率;（3）在西北太平洋寡营养海区,NH4+浓度是尿素浓度的25-50%,但氨氧化速率是尿素氧化速率的3-4倍;NO2-氧化速率与NH4+和尿素氧化速率的总和接近平衡,解释了弱光层中NO2-浓度始终较低的现象,证明了尿素氧化在维持NO2-生产和消费过程中的重要作用,尿素氧化贡献了18-29%的NO2-来源。参与硝化作用的关键微生物类群是奇古菌和硝化细菌Nitrospinae,其丰度变化与亚硝酸盐的产生和消耗的垂直水柱变化呈现出相同的规律。奇古菌主要利用NH4+作为能量来源进行氨氧化,但也有一部分的奇古菌利用尿素作为氮源和能量来源。亚硝化细菌Nitrospinae中亚硝酸氧化蛋白NxrABC具有较高的相对表达丰度,其在水柱中的丰度变化情况与亚硝酸盐氧化速率一致;Nitrospinae在原位环境中表达Cyanate lyase蛋白,暗示其可以利用氰酸酯产生NH4+,从而为奇古菌提供底物,与奇古菌形成互利共生关系。总之,本论文研究了海洋弱光层水柱POM中微生物主要类群及其代谢活性,揭示了参与POM中碳、氮再矿化的关键微生物类群和代谢过程,为弱光层POM再矿化关键过程和调控机制研究提供了范例。