浮游植物是海洋食物链的基础,支撑着整个海洋生态系统,也为海洋吸收碳和储存碳提供了原初动力。硅藻是海洋中数量和种类最多的一类浮游植物,不同种类的硅藻细胞直径变化范围在几微米到几毫米之间,体积差异可超过9个数量级;硅藻可以贡献全球约20%的初级生产力,向深海输送超过50%的总有机碳量。受工业革命以来人为二氧化碳过量排放的影响,地球表面温度正在长期且不可逆地上升,全球变暖已成为一个不争的事实。海洋升温会使水体层化加强、混合层变浅,进而改变生活在海洋真光层中的浮游植物所经受的温度和光环境（光强、光暗周期）;同时,海洋升温也驱使浮游植物的生境向两极迁移,迁移至新生境后浮游植物也经受着温度和光环境的改变。浮游植物需要光能驱动光合作用,而温度主要通过影响其胞内酶活性而改变各种生理代谢活动,最终改变浮游植物的生长及种间竞争。因此,如何响应和适应全球气候变化引起的温度和光环境变化,是海洋硅藻在变化的生境中生存生长、成为优势种的关键。为此,本论文在比较分析浮游植物比生长速率的不同测定方法和原位探讨以硅藻为优势类群的浮游植物群体对光环境及温度变化的生理生态响应的基础上,通过模拟培养实验研究了细胞大小不同的代表性海洋硅藻——假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana,～40 μm3）和斑点海链藻（Thalassiosirapunctigera,～300000μm3）对温度和光环境变化的生理响应及其适应机制。生长快慢既是浮游植物响应和适应海洋环境最直接的体现,又是其群落竞争力最客观的反映;为此,表征浮游植物生长快慢的比生长速率的准确测定是原位和室内研究浮游植物生理生态的必要前提。本文比较分析了随机检索到的200篇文献所用比生长速率的测定方法,并通过室内培养8种浮游植物进行比较验证,发现:1)现行的比生长速率测定方法主要包括:显微镜计数法、吸光光度法、叶绿素法、叶绿素荧光法、干重法、有机碳氮含量法、流式计数法等,不同的测定方法在不同条件下各具优势与不足,而且各种方法在文献中的使用情况各不相同;2)在相同培养条件下,不同测定方法的准确度存在一定差异,而且差异在不同藻种之间也不相同;3)就T.pseudonana而言,分光光度法具有操作简单、重复性强、准确度高的优点,因此本论文在后续模拟研究中以分光光度法测定其比生长速率。受太阳辐射和潮汐等影响,近岸水体环境的光温环境复杂多变。浮游植物光合生理变化在依赖于水体光温环境的同时,能通过调整生理代谢的方式响应与适应光温环境的变化。潮汐变化引起的理化环境变化会改变浮游植物的光合生理,但是否会影响其光合生理的昼夜节律尚未可知。为此,我们在以硅藻为优势种群的大亚湾海域,利用快速重复叶绿素荧光（FRRf）技术,并结合中尺度围隔实验和原位实验探讨了该海域浮游植物群体光合生理昼夜节律对光温环境的响应,并分析了浮游植物光合生理变化与潮汐引起的理化因子变化的关系。结果显示,实验期间该海域营养盐丰富,浮游植物生物量（Chl a）可高达16.7 μg L-1,硅藻为浮游植物群体的优势类群;同时发现,该海域水体层化严重,温度、盐度的日变化相对较小,而海表光合有效辐射的日变化较大;原位浮游植物群体的光合生理存在明显的昼夜节律:白天浮游植物最大光化学效率明显高于夜间的,光能利用率、饱和光强等光合参数的日变化与光合有效辐射的日变化密切相关。通过比较原位表层和深层（3.5m）浮游植物群体光合参数的日变化发现,深层浮游植物能降低饱和光强、提高光能利用效率,以适应低光环境而获得最佳生长。此外,统计结果显示,围隔内、外浮游植物群体的光合参数及其昼夜节律的差异不显著,表明原位潮汐引起的物理和化学环境变化对浮游植物光合生理的昼夜节律性变化的影响非常有限。由此证实,原位浮游植物的光合生理存在一定的昼夜节律,该节律性变化是光依赖性的,受潮汐引起的理化环境改变的影响较小。在上述原位研究的基础上,考虑到全球变暖背景下浮游植物正经受着温度和光环境变化,我们通过实验室内模拟实验研究了温度和光暗周期变化对两株细胞体积相差约4个数量级的代表性亲缘硅藻——较小的T.pseudonana和较大的T.punctigera的耦合效应,以及二者适应温度、光周期变化的机理。通过比较研究4 种温度（12℃、15℃、18℃和 21℃）和 4 种光暗周期（L:D 4:20、L:D 8:16、L:D 16:8和L:D 24:0）培养条件下T.pseudonana和T.punctigera的生长速率和生理变化,发现:1)中等温度和较长光周期条件下,两株硅藻的生长较快,光周期缩短弱化了它们对温度升高的响应;2)随温度升高,T.pseudonana胞内色素含量增多,而T.punctigera的色素含量变化不显著;光暗周期变化对前者色素含量的影响不明显,而光周期延长则显著降低后者胞内色素含量;3)随温度升高,r pseudonana胞内碳氮比（C:N）升高,而T.punctigera胞内C:N降低;光暗周期变化对两株硅藻C:N的影响不明显,但光周期缩短会显著提高T.pseudonana胞内总蛋白含量;4)光周期延长显著降低两株硅藻的光合能力,该降低趋势在低温培养条件下更为明显;随温度升高,T.pseudonana的暗呼吸速率升高,而T.punctigera的暗呼吸速率降低;5)T.pseudonana胞内RubisCO的活性随温度升高而先升高后降低,T.punctigera的RubisCO活性则随温度升高而逐渐降低,光暗周期变化对两株硅藻RubisCO活性的影响不明显。转录组分析结果与生理结果一致,1)光周期较长条件下,T.pseudonana的差异表达基因（DEGs）数量最多,而且显著富集在各类代谢通路中;2)温度较低时,T.punctigera的DEGs数量最多,而且显著富集在糖酵解、磷酸戊糖途径等碳水化合物代谢通路和光合天线色素蛋白合成、碳固定等代谢通路。综上,不同细胞大小的硅藻对环境温度和光暗周期变化的生理响应显著不同;同时,为适应这种温度和光环境变化,它们在基因转录水平上也表现出相应的适应性改变。海洋升温会使水体层化加剧、混合层变浅,致使浮游植物经受着更高的温度和阳光辐射。通过研究温度和光强对T.pseudonana的耦合效应发现:1)光强升高会降低T.pseudonana胞内捕光色素含量、提高光保护色素含量,温度升高在提高细胞色素含量的同时加剧了光强升高对色素含量的减少程度;2)光强升高会提高T.pseudnana胞内C:N,温度升高则会降低C:N;同时,光强和温度的协同会降低胞内可溶性蛋白的含量,而且温度升高时细胞膜更易受光损伤;3)在光限制和光抑制条件下,T.pseudonana的光合能力包括最大光化学效率（FV/FM）、光能利用率（α）、饱和光强（EK）和最大相对电子传递速率（rETRmax）更易受环境温度升高的影响。以上结果显示,光强和温度的耦合效应会影响T.pseudonana的光合生理过程和胞内生化组成,最终改变其生长。综上所述,我们的结果显示,温度与光环境变化会改变海洋硅藻的生理过程、生化组成以及基因表达,最终改变其生长;细胞大小不同的硅藻对光温环境变化的生理响应和适应存在较大的差异。因此,在全球变暖的背景下,不同细胞大小的浮游植物对光温环境变化响应和适应的差异将会导致其种群结构的改变,最终引起海洋生态系统和海洋有机碳库的波动。