论文部分内容阅读
颗石藻类(coccolithophores)是进行钙化作用的一类浮游植物,属于定鞭藻门(Haptophyta),在海洋碳循环中扮演重要角色。已有大量研究表明,大气C02浓度升高引起海水pC02升高和pH下降,导致海洋酸化(OA);OA影响多数生物的代谢,包括颗石藻类。有关颗石藻与OA的关系,研究显示酸化或促进或抑制其生长、钙化和光合作用,存在较大争议。并且,有关酸化与其他环境因子复合影响颗石藻的研究还不多。为此,本文以钙化藻类(赫氏颗石藻,Emiliania huxleyi,PMLB92/11)为研究对象,探究了其在不同CO2分压和盐度水平下的生理学过程,并比较了昼夜pH变动与恒定条件下其对酸化的响应。主要结果如下:1.全球环境变化使得陆源输入与降雨等水循环过程发生改变,引起近岸水域淡化与酸化问题。为了探究钙化浮游植物响应该环境变化的生理学行为,我们在实验室内设置25‰,30‰和35‰三个盐度水平,并设置了两个pCO2水平,开展了盐度与酸化复合效应的实验。实验结果表明,三个盐度水平条件下,细胞最大光化学效率(Fv/Fm)无显著差异且均有较高的数值,说明该株系的光系统Ⅱ可耐受一定程度的低盐,其类囊体结构没有受损。在海水非酸化(环境CO2浓度,LC,400 μatm C02)条件下,适应25‰盐度的细胞的生长速率,有效光化学效率(F’v/F’m)与光合速率显著高于30‰和35‰条件下生长的细胞;而在海水酸化(HC,1000μatmC02)条件下,25‰处理组细胞的生长速率,有效光化学效率显著高于35‰条件下生长的细胞,与30‰条件下的细胞相比无显著差别,但其光合固碳速率显著高于30‰和35‰盐度水平下生长的细胞。在海水非酸化条件下(LC,400 μatm CO2),三个盐度水平条件下细胞的钙化速率无显著差异;海水酸化处理(HC,10000μatmC02),在25‰盐度条件下显著抑制了细胞的钙化速率,而在30‰和35‰下的影响不显著;另外,在酸化条件下,35‰处理组细胞的钙化速率显著高于低盐处理,且35‰盐度下的钙化与光合速率比值(C/P)也显著高于其它两个盐度处理组。当受到高光胁迫时,非酸化与25‰处理组的细胞展示了较高的PSⅡ修复速率,而在酸化条件下,三个盐度处理组间没有显著差异。2.通过调控碳酸盐系统变化模式,模拟沿海昼夜振荡(600-1750μatmC02,HCf,pH 7.48-7.93)与大洋海域昼夜恒定 pH 状态(400 μatmCO2,LCs,pH 8.12;1200 μatm CO2,HCs,pH 7.65),探讨了颗石藻生理学过程。结果发现,pH昼升夜降(pH 7.48-7.93),与恒定状态(pH 8.12/7.65)相比,显著提高了细胞的日颗粒有机碳(POC)生产量与生长速率,但使得PIC/POC的比值显著降低。恒定pH下的酸化处理(1200 μatm CO2,pH7.65)对藻细胞的生长速率与日POC生产量没有产生显著影响,但使得日颗粒无机碳(PIC)生产量显著下降。pH昼升夜降的酸化处理同样抑制了藻细胞的钙化。从光化学过程的变化来看,恒定酸化处理(HCs,pH 7.65)显著抑制了细胞的最大(Fv/Fm)与有效光化学效率(F’v/F’m),而pH昼升夜降的酸化处理(HCf,pH 7.48-7.93)没有显著影响Fv/Fm,虽然也使得F’v/F’m下降,但下降幅度较小。另外,与恒定状态相比,pH昼升夜降使得细胞的非光学淬灭水平(NPQ)显著下降。3.该文主要发现点如下:1)近岸分离的该赫氏颗石藻(PMLB92/11),通过提高光能利用效率和改变无机碳在光合与钙化作用中的分配,不但对盐度变化有一定的耐受能力,同时对昼夜振荡的碳酸盐系统变化也有很强的适应能力;2)酸化降低该颗石藻的钙含量,即使在碳酸盐系统振荡条件下,其钙化作用也受到抑制。上述发现点表明,随着海水淡化、酸化的加剧,颗石藻的钙化量下降,而颗粒有机碳生产有升高趋势。但是,其对海水淡化与酸化的进化性响应如何,尚需进一步探讨。