Microbially Driven Organic Carbon Degradation and Nutrient Cycling during Macroalgal Decomposition

生物地球化学循环 环境化学 营养物 溶解有机碳 化学 硝酸盐 微生物 碳循环 营养循环 微生物种群生物学 氮气循环 总有机碳 碳纤维 降级(电信) 分解 微生物代谢 硫黄 无机碳总量 生态学 生物降解 自行车 微生物降解 硫循环 生物地球化学 环境科学 硫酸盐 有机质 生物量(生态学) 氮气 初级生产者
作者
Tao Zhang,Huanping Liu,Zhenyu Huang,Yijun Fan,F M Liu,Erxin Su,Yuzhen Ming,Wengen Zhu,Cheng Wang,X H Yu,Mingyang Niu,Kun Wu,Xian Sun,Yufeng Yang,Z Y He,Qingyun Yan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:60 (4): 3216-3229
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c09758
摘要

The release of labile organic carbon (OC) and nutrients during seasonal macroalgal blooms can undermine blue carbon sequestration in coastal ecosystems. Although marine microorganisms mediate OC degradation during macroalgal decay, the underlying mechanisms remain poorly defined. This study employed an integrated multiomics approach (amplicon sequencing, metagenomics, and metatranscriptomics) to investigate microbial regulation of OC degradation and coupled nutrient cycling in coastal sediments with and without decomposing Sargassaceae . Total carbon in sediments increased by over 33% in the Sargassaceae area. Microbial α-diversity in the Sargassaceae area decreased significantly ( p < 0.05), while processes linked to OC degradation, carbohydrate metabolism, nitrate (NO 3 – ) reduction, inorganic phosphorus utilization, and sulfur metabolism were significantly upregulated ( p < 0.05). Accordingly, gene expression and extracellular hydrolase activities targeting key biopolymers (i.e., cellulose, hemicellulose, starch, and chitin) were significantly upregulated ( p < 0.05) in the area with Sargassaceae . Metabolism reconstruction of metagenome-assembled genomes identified Vibrio, Pseudoalteromonas, Alteromonas, and Exiguobacterium_A as primary OC degraders, with genomic capacities enriched in NO 3 – reduction and assimilatory sulfate reduction. Key environmental drivers─including the C/N ratio, dissolved organic carbon, total dissolved nitrogen (DON), and NO 3 – ─shaped microbial metabolic activities during macroalgal decomposition. Our finding demonstrates that microbially driven OC degradation is a pivotal process coupled with nutrients cycling, advancing the mechanistic understanding of microbial carbon processing and its biogeochemical linkages during macroalgal decomposition in coastal ecosystems.
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