自工业革命以来,人类对自然的干扰与日俱增,引起了一系列的全球环境问题。由人为排放过量CO2导致的全球气候变暖更是成为全球研究热点。海洋是全球重要的碳储库,吸收了大约1/3的人为排放的CO2。这些CO2溶于海水,导致海水中溶解态CO2浓度上升,海水pH下降,即海洋酸化。硅藻是海洋重要的固碳生物,贡献了海洋40%,全球1/4的初级生产力,在全球碳循环中扮演重要角色。除此之外,硅藻具有较高的生物泵效率,贡献了超过一半的海洋有机碳向下输出的通量,对缓解全球气候变暖具有重要意义。目前对硅藻的酸化研究大多只是对现象的描述,鲜有从机理上对酸化的影响进行阐述。海洋酸化包括CO2和pH这两个因素的同时变化,要从机理上对酸化如何影响硅藻进行解释必须考虑这两个因子分别的效应。然而,用传统方法进行酸化研究无法区分两个因子,从而限制了对酸化影响藻类进行深层次机理上的探讨。据此,本研究从区分海洋酸化的双效应出发,以人工海水SOW为基础,通过投加不同浓度的NaHCO3,同时以强酸强碱调节培养液pH,再以有机酸EPPS稳定培养液pH等一系列手段来实现对培养液碳酸盐体系的调控,达到区分CO2和pH这两个因子的目的。研究第一部分以海洋代表性硅藻牟氏角毛藻、假微型海链藻和三角褐指藻为研究对象,对其无机碳获取过程在四个不同的pCO2-pH条件(400-8、800-8.1、400-7.8、800-7.8)下的响应进行研究,探讨CO2及pH如何影响硅藻无机碳获取以及其对硅藻生长的影响。研究第二部分以牟氏角毛藻为模式生物,通过对藻类生长、碳代谢和氮代谢等不同生理生化过程在四个不同pC02-pH条件下响应来探究海洋酸化(400-8.1vs800-7.8)对其影响,总结部分综合研究两部分内容及前人数据对海洋酸化的两个因子(CO2和pH)影响海洋硅藻的机理进行初步探讨。实验第一部分结果表明,酸化条件下(400-8.1vs800-7.8)三种硅藻的CCM都有一定幅度的下调。而且CO2是主要的调控因子,CO2浓度上升对三种硅藻CCM的下调都有一定作用,但pH对硅藻CCM则没有影响。横向对比三种硅藻的CCMs,牟氏角毛藻的K1/2最大,并且在酸化条件(400-8.1vs800-7.8)下提高利用CO2作为碳源的幅度最高(牟氏角毛藻38%,假微型海链藻16%,三角褐指藻20%),因此其CCM效率可能最低,可能更受益于酸化((CO2浓度上升)。实验第二部分结果表明:酸化(400-8.1vs800-7.8)促进了牟氏角毛藻的生长(13%),且CO2的上升是主要的影响因子。酸化(400-8.1vs800-7.8)对碳代谢中的总固碳速率(Shor term 14C uptake rate)、净固碳速率(Net C uptake rate)都有较大的促进作用,且CO2的上升和pH下降都有一定贡献。然而这两个因子对牟氏角毛藻呼吸速率基本没有影响,导致净生长加快。实验结果还表明牟氏角毛藻的氮代谢和碳代谢是同步变化的。酸化(400-8.1vs800-7.8)对牟氏角毛藻的净氮同化速率也是促进的(CO2的上升和pH下降共同影响),这一点由氮同化的关键酶硝酸还原酶的活性与净氮同化速率同步变化这一结果印证。因此对牟氏角毛藻而言,CO2的上升和pH下降共同导致对碳的吸收加强,并且带动氮的吸收同化加强,最终导致酸化条件(400-8.1vs800-7.8)细胞对碳、氮的吸收加快,生长加快。但并不是所有硅藻对酸化的响应都是一致的,结合实验第一部分内容以及实验室未发表数据可知,酸化(400-8.1vs800-7.8)并不一定会导致硅藻生长加快,假微型海链藻的生长对CO2的上升和pH都没有响应,C02的上升对三角褐指藻的生长有一定促进作用,最终导致酸化(400-8.1vs800-7.8)下生长加快(3.3%)。不同硅藻对海洋酸化的不同响应存在明显区别,这可能与不同调控因子(CO2或pH)调控不同生理生化过程(无机碳获取、呼吸作用等)所造成的净效应导致。牟氏角毛藻的无机碳获取受CO2调控,在酸化条件下(400-8.1vs7.8-900)节省能量,促进了生长。假微型海链藻的呼吸作用受pH调控,在酸化条件下呼吸加强,消耗固碳与CO2的正效应抵消,最终导致假微型海链藻对酸化无响应。三角褐指藻的无机碳获取受CO2调控,在酸化条件下节省能量,促进了生长,但幅度较弱。总之,不同硅藻对海洋酸化的响应不同,有促进也可能没有效应。从初步生理机理上来看,可能是无机碳获取过程(CO2调控)和呼吸作用(pH调控)以及碳、氮吸收等生理过程的净效应。