海洋酸化及UV辐射对硅藻光合作用影响的研究

论文摘要

自工业革命以来大气C02浓度日益增加,预计到本世纪末加倍。增长的大气C02及海水表面pC02的升高,使得海水的碳酸盐系统及相关化学过程发生改变,导致pH降低HC03-浓度增加,产生海洋酸化。海水酸化将会直接或间接地影响浮游植物的光合过程。海洋硅藻在海洋CO2生物泵中起着重要的作用,其光合产量达到海洋初级生产力的40%以上,其生理学过程如何响应酸化的问题还知之甚少。与此同时,其他环境因子,如阳光UV辐射,营养盐变化等都会对硅藻的光合生理产生影响,这些因子的耦合效应将会对硅藻产生怎样的影响,迄今,还尚未得到充分的认识。本文通过C02加富调控海水碳酸盐系统,模拟本世纪末海洋酸化状态（pCO2:800ppmv）,对几种海洋硅藻,中肋骨条藻（Skeletonema costatum）,威氏海链藻（Thalassiosira weissflogii）和假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）,进行了研究,主要结果如下：1.中肋骨条藻和威氏海链藻,适应酸化后（>25代）,比生长速率均分别下降了21%和19.4%。酸化条件下,未检测到胞外碳酸酐酶活性,而胞内碳酸酐酶活性分别降低54.8%和31.3%。适应酸化的两种硅藻细胞,其最大光合作用速率降低,光合作用对C02的亲和力明显下降,其无机碳浓缩机制（CCM）被下调。2.高的可见光和阳光UV辐射均导致威氏海链藻和假微型海链藻产生光抑制,酸化条件下,两种硅藻受抑制程度更为严重。假微型海链藻对光抑制更为敏感。酸化和非酸化条件下,D1蛋白的从头合成在抵抗光抑制过程中都具有重要的作用。酸化条件下,威氏海链藻的最大电子传递速率rETRmax,光能利用率α及光饱和点Ik均降低,UV辐射的耦合效应使得这些光合参数进一步下降,而假微型海链藻的最大电子传递速率rETRmax,光能利用率a及光饱和点Ik均升高。3.无论P元素限制还是充足情况下,酸化条件下,假微型海链藻具有较高的最大光合放氧速率,且光饱和点Ik升高。适应酸化的中肋骨条藻和威氏海链藻,最大光合放氧速率有所降低。酸化条件下,N/P为80：1时,中肋骨条藻和假微型海链藻的光合放氧速率最高,N/P为16：1时,威氏海链藻光合放氧速率最高。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 缩略词
• 第一章 文献综述及研究意义
• 1.1 酸化与海水化学
• 1.2 海水碳酸盐系统的调控方法
• 2的调控方法'>1.2.1 pH/pCO₂的调控方法
• 1.2.2 控制细胞浓度来调控海水碳酸盐系统
• 1.3 酸化的生物学效应
• 1.3.1 酸化对海洋微藻无机碳吸收机制的影响
• 1.3.2 酸化对藻类生长及光合作用的影响
• 1.4 酸化与UV辐射的耦合效应
• 1.5 研究目的与意义
• 第二章 海洋酸化对硅藻无机碳获取机制影响的研究
• 2.1 前言
• 2.2 材料方法
• 2.2.1 实验材料及培养
• 2培养'>2.2.2 不同浓度的CO₂培养
• 2.2.3 pH与海水碳酸盐系统的调控
• 2.2.4 生长与叶绿素的测定
• T）的测定'>2.2.5 海水总碱度（A_T）的测定
• 2.2.6 碳酸酐酶的测定
• 2.2.7 P-C曲线的测定
• 2供应速率的计算'>2.2.8 理论CO₂供应速率的计算
• 2.2.9 数据统计与分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 培养过程中碳酸盐系统变化
• 2.3.2 对生长的影响
• 2.3.3 对碳酸酐酶活性的影响
• 2供应速率'>2.3.4 实际放氧速率与理论最大CO₂供应速率
• 2.3.5 对无机碳吸收机制的影响
• 2.3.6 对光合作用参数的影响
• 2.3.7 光合放氧对光强的响应
• 2.3.8 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 酸化条件下硅藻对可见光及UV辐射的生理学响应
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 藻种与室内培养
• 3.2.2 辐射处理
• 3.2.3 生长测定（见第二章）
• 3.2.4 碳酸盐系统测定（见第二章）
• 3.2.5 叶绿素荧光参数的测定
• 3.2.6 数据统计与分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 培养过程中pH及碳酸盐系统的变化
• 3.3.2 对生长的影响
• 3.3.3 对威氏海链藻有效光化学效率的影响
• 3.3.4 对假微型海链藻有效光化学效率的影响
• 3.3.5 对假微型海链藻快速光响应曲线及其参数的影响
• 2与pH的光化学响应'>3.3.6 细胞对不同水平CO₂与pH的光化学响应
• 3.3.7 对威氏海链藻快速光响应曲线及其参数的影响
• 2与pH的光化学响应'>3.3.8 细胞对不同水平CO₂与pH的光化学响应
• 3.3.9 光合放氧对光强的响应
• 3.3.10 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 酸化条件下硅藻对氮磷营养盐变化的生理学响应
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 藻种及培养条件
• 4.2.2 氮磷比改变的培养基的制备
• 4.2.3 生长及Chla的测定
• 4.2.4 光合作用的测定
• 4.2.5 数据统计与分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 培养过程中碳酸盐系统的变化
• 4.3.2 对生长及Chla含量的影响
• 4.3.3 对光合作用的影响
• 4.3.4 讨论
• 4.4 小结
• 参考文献
• 致谢