海洋极端营养环境与人类关系密切,本项目调查典型极端贫营养大洋环境和典型近海富营养环境的特征生物,研究相应代表性微型生物的生理生态学、细胞生物学和分子生物学特征;结合环境条件,从细胞结构、特异蛋白或酶以及功能基因三个层次阐释生物适应于极端营养环境的功能和机制,为认识和解决有关海洋资源与环境问题提供理论基础和科学依据。
本项目通过对以太平洋涡为代表的极端贫营养海区和以河口、近岸等极端富营养化海区的调查和实验研究,基本查明了典型环境中超微型生物优势类群(典型类群如,原绿球藻、聚球藻、CFB、 好氧不产氧光合异养菌(AAPB)等)、群落的结构特点与生物适应的生态条件;阐释了海洋环境中生物丰度和多样性沿营养梯度上向两极分布的变化规律、生理生态学特征、细胞生物学特征和分子生物学特征以及有关的适应机制。首创了基于时序红外显微数字化技术(TIREM),解决了国际上现行方法的存在的严重误差,并导致了AAPB的全球海洋分布格局的新认识,揭示了其特有的调控机制;首次发现大量的属于γ-变形菌的AAPB;确定了原绿球藻沿营养梯度的分布边界、变动规律及主要调控机制;发现中国近海河口区的浮游古菌的多样性很高,并分析了与环境的关系;解析了长江口浮游病毒动态变化;建立了Micro-FISH技术,实现了细菌生产力与细菌类群的同时监测;建立了海洋微型生物细胞膜电位模型和细胞膜电位理论,实现了细菌"生理活性连续定量";提出了一个包括非叶绿素途径在内的海洋光能生物利用和海洋碳循环的新模型。本项目正式发表论文28篇,出版专著一部。