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磷(Phosphorus,P)是浮游植物生长所必须的营养元素之一,浮游植物可直接利用的磷的形式是溶解态无机磷(dissolved inorganic phosphorus,DIP),然而,海洋真光层中的DIP浓度常常低于浮游植物维持生长所需。在磷营养元素限制的环境,浮游植物演化出了许多适应机制,包括利用溶解态有机磷(dissolved organic phosphorus,DOP)作为磷源的补充。然而,关于磷限制如何影响浮游植物细胞周期进程,光合作用,以及抑制种群生长的研究还很有限,并且,尚无研究探索DOP在何种程度上使浮游植物细胞周期及种群生长恢复正常。甲藻是海洋浮游植物的主要类群之一和海洋初级生产力的重要贡献者之一,并且有许多种类能够产生有害藻华(harmful algal bloom,HAB)。本实验以东海原甲藻(Prorocentrum ddonghaiense)和强壮前沟藻(Amphidinium carterae)这两种造成过有害藻华的甲藻为研究对象,通过观测生理现象,测定生化指标以及分子生物学手段,探究了磷限制和有机磷化合物ATP(5’-三磷酸腺苷)对其生长,生理状态与细胞周期的影响。主要的实验方法与研究结果如下:1.在磷限制和ATP对P.dongaiense细胞生长与细胞周期的研究中,设置三个不同的磷处理组,分别是无机磷组,ATP组(ATP是培养体系中的唯一磷源)和磷限制组,并对P.donghaiense细胞进行无菌培养,检测三种条件下的细胞生长曲线,生长率,细胞大小,培养基中DIP浓度,并用流式细胞术分析细胞周期进程。结果显示,在无机磷培养条件下,P.donghaiense细胞在一个24h昼夜周期中经历了一个完整的细胞周期(Gl→S→G2M→G1),此时细胞的瞬时生长率为0.40 d-1,实验培养期间平均细胞大小为11.19 ± 0.06μm阿。而在磷限制条件下,P.donghaiense细胞种群的平均生长率仅仅只有0.09 d-1,细胞周期被抑制在G1期,细胞的平均大小增加到11.65 ±0.05μm。当ATP为培养基中的唯一磷源时,P.donghaiense细胞的生长率,细胞大小以及细胞周期进程均与DIP培养条件下的细胞相似。上述结果表明,磷限制使P.donghaiense细胞周期阻断在DNA合成前,细胞不能通过细胞周期检查点,或许磷限制的环境无法为细胞提供足够磷进行DNA的合成,或者不能使通过检查点的蛋白质磷酸化后调控细胞周期,而细胞可进行正常的新陈代谢与物质合成,因此细胞逐渐增大。作为DOP的一种,ATP可以完全为P.donghaiense的生长提供磷源,补充DIP的不足。2.在磷限制对A.cartera 细胞生长与细胞周期的影响的研究中,探究了磷限制条件下,A.carterae细胞的生长,细胞周期,细胞内固碳酶Rubisco的含量以及其他生理生化参数。研究表明,在DIP充足的培养条件下,与P.donghaienP.相同,A.carterae细胞在一个24 h昼夜周期中具有完整的细胞周期,并且细胞生长率远远高于磷限制组,而磷限制组的细胞周期被抑制在G1期,且细胞显著增大。这些结果说明,与之前的研究结果相同,磷限制使A.cartera 细胞无法完成DNA合成或细胞周期检查点的磷酸化。随后我们发现,在磷限制条件下,A.carterae细胞整体的光合效率(Fv/Fm)和Rubisco含量的降低并不显著,而细胞内有机碳、有机氮、蛋白质含量显著地增加。因此可得出结论,磷限制时,这一甲藻能够继续进行光合作用与固碳作用、氮吸收与蛋白质合成,且其产物能够积累在细胞内,导致细胞不断增大却无法进行细胞分裂。这一现象或许是A.carterae适应磷限制的机制,如此一来,当磷源得到补充时,细胞能快速恢复细胞周期并完成细胞分裂。