Abstract Phosphonate is a class of enigmatic organic phosphorus compounds that contribute ∼25% of total dissolved organic phosphorus (DOP). Recent studies reveal the important role of phosphonate mediated by prokaryotes in the marine P redox cycle, however, its bioavailability and metabolic process by eukaryotic phytoplankton are under debate. 2-Aminoethylphosphonic acid and (2-AEP) and 2-amino-3-phosphonopropionic acid (2-AP3) are two biogenic phosphonates that ubiquitously exist in marine environment. Here, we report that Thalassiosira pseudonana , a dominant diatom species in the ocean, are able to recover growth from phosphorus starvation with individual supplement of 2-AEP and 2-AP3. Moreover, the cellular stoichiometric C:P and N:P ratios of cells grown under 2-AEP are in-between the P-depleted and DIP-replete groups. This study provided evidence that biogenic phosphonates can be adopted as alternative phosphorus sources to support diatom growth and might have a profound effect on the elemental stoichiometry in the oligotrophic ocean. Scientific significance statement Phosphorus (P) is a major limiting macronutrient for primary productivity in the ocean, whilst the biologically mediated cycling of different P forms is less understood compared to carbon and nitrogen. Accounting for 25% of the marine dissolved organic phosphorus pool, phosphonate bioavailability by eukaryotic phytoplankton still remains discrepancies. In line with our hypothesis, here we report that a cosmopolitan diatom Thalassiosira pseudonana can utilize biogenic phosphonates 2-aminoethylphosphonic acid and 2-amino-3-phosphonopropionic acid to support cell growth, with deviated cellular C:N:P in comparison to that of P-replete cells. Furthermore, cells grown under lower temperature exhibit physiological adaptation ( K -selection strategy) with the benefit of 2-AEP supplied in the medium. We provide the evidence that utilization of biogenic phosphonate is ubiquitous in diatom and it might have profound effect on elemental stoichiometry ratios in the environment. Filling in this missing puzzle piece provides us with a fresh perspective to elucidate the role of phosphonates in marine phosphorus cycle and biological pump.

Abstract Mixotrophic dinoflagellates frequently cause harmful algal blooms (HAB) in eutrophic mariculture waters that contain diverse excreted dissolved organic matter (DOM). The phagotrophy and the utilization of single organic small molecules have been extensively investigated in the bloom-forming mixotrophic dinoflagellates. However, their ability to utilize the in-situ DOM via absorbtrophy still remains unexplored. Here we examined the growth promotion effect of the in-situ mariculture DOM on Prorocentrum donghaiense , a representative HAB-forming species in coastal waters. Our results showed that the cell growth and photosynthesis of P. donghaiense were significantly promoted under in-situ DOM culture conditions. Additionally, parallel cultures were set up to disclose the potential role of the bacterioplankton in the free-living community (helper), where they aid in the remineralization of the in-situ DOM, and the phycosphere community (competitor), where they compete against the algal host to acquire nutrients from the in-situ DOM. Meanwhile, we determined the cellular stoichiometry under different culture conditions, showing that mariculture DOM can shape cellular stoichiometry significantly. Elevated cellular N (84.96%) and P (48.3%) were observed in spring DOM groups compared with the control groups. For the first time, this study quantifies the efficient utilization of the in-situ DOM via absorbtrophy, indicating the vital role in the outbreak and maintenance of HAB events.