CO2浓度和阳光紫外辐射变化对珊瑚藻生理生化的影响

论文摘要

人类活动导致的大气CO2浓度升高和由此引起的全球变暖以及海洋酸化对海洋钙化生物的影响越来越引起人们的重视;同时由于臭氧层减少引起的阳光紫外B辐射（UVB,280–315 nm）增加也引起了人们的广泛关注。钙化藻类,作为造礁生物的一种在海洋碳循环中起着重要的作用;然而,迄今对钙化藻类对海洋酸化及紫外辐射的响应尚缺乏认识。为此,本论文选择珊瑚藻类的无柄珊瑚藻（Corallina sessilis）为材料,探讨了其对海洋酸化（高CO2/低pH）及阳光紫外辐射（UVR, 280–400 nm）的生理响应,并研究了UVR和酸化的耦合效应,主要结果如下:在提高CO2浓度（1000 ppmv）,改变海水碳酸盐系统（pCO2升高,pH下降）的条件下,该藻的钙化量显著下降,且生长受到抑制。UVR对光合及钙化的影响,在高CO2浓度（1000 ppmv）下,与对照（380 ppmv）相比明显增大。UVR在抑制藻体的生长、光合及钙化作用的同时,降低了光合色素（Chl.a和PE）的含量,这种负面效应,在酸化状态下明显增大。该结果说明,海洋酸化会增加UVR对细胞的损伤作用。另外,通过进一步研究细胞抵御UVR的机制,发现在酸化状态下紫外吸收物质和类胡萝卜素的含量增加。另外,藻体钙化量（PIC）与有机物（POC）的比例,影响其对UVR的生理响应。当藻体PIC/POC比值较高时,光合能力和钙化能力较强,UVR对光合导致的抑制率较小,显示了PIC的保护作用。当PIC/POC比值较低时,藻体的生长、光合和钙化作用都受到了UVR较大的抑制,此时紫外吸收物质含量较高,显示了藻体牺牲生长增加UVR防御的一种策略。在以上结果的基础上,通过渐进式提高CO2浓度（150、380、800和1000 ppmv）,验证了海水逐步酸化的生态效应。与150 ppmv CO2相比,在380 ppmv下藻体的光合放氧与钙化速率均有升高,而进一步的CO2浓度升高又导致光合放氧和钙化速率的下降。总之,海洋酸化会减少珊瑚藻类钙化量、光合作用与生长,并且会使得UVR对藻体的损伤增大。尽管该类藻类会通过增加紫外吸收物质抵御UVR,但这种机制在海洋酸化状态下不足以缓解UVR的负面作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词（Abbreviations）
• 第1章 文献综述与研究意义
• 2浓度变化对大型海藻的影响'>第一节 CO₂浓度变化对大型海藻的影响
• 2 浓度变化对海洋碳酸盐系统的影响'>1 CO₂浓度变化对海洋碳酸盐系统的影响
• 1.1 海洋中的碳酸盐系统
• 1.2 海洋在全球碳循环中的地位
• 2 浓度升高的响应'>1.3 海洋碳酸盐系统对大气CO₂浓度升高的响应
• 2 大型海藻对无机碳的利用
• 2.1 对无机碳的选择性吸收
• 2 浓缩机制（CCMs）与碳酸酐酶（CA）'>2.2 CO₂浓缩机制（CCMs）与碳酸酐酶（CA）
• 2 浓度变化对大型海藻的影响'>3 CO₂浓度变化对大型海藻的影响
• 3.1 对生长的影响
• 3.2 对光合作用的影响
• 3.3 对呼吸作用的影响
• 3.4 对钙化作用的影响
• 3.5 对其它生理及生化组成的影响
• 第二节 阳光紫外辐射（UVR）对大型海藻的影响
• 1 UVR 的作用机理
• 2 UVR 对大型海藻生长及生理的影响
• 2.1 对生长的影响
• 2.2 对光合作用的影响
• 2.3 对呼吸作用的影响
• 2.4 对钙化作用的影响
• 3 UVR 对大型海藻生化组成的影响
• 3.1 对DNA 的损伤
• 3.2 对蛋白质的损伤
• 3.3 其它损伤
• 4 大型海藻对UVR 的适应机制
• 4.1 合成紫外吸收物质（UVACs）
• 4.2 损伤修复机制
• 4.3 活性氧清除机制
• 4.4 其它机制
• 第三节 研究目的及意义
• 第2章 不同培养方式及培养系统在研究无柄珊瑚藻中的差异性
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 生长的测定
• 2.3 同化管内海水pH 值的测定
• 2.4 色素含量的测定
• 2.4.1 UV-absorbing compounds（UVACs）含量的测定
• 2.4.2 叶绿素a（Chl.a）和类胡萝卜素（Carotenoid）含量的测定
• 2.4.3 藻胆蛋白（PE + PC）含量的测定
• 2.5 阳光辐射的测定
• 2.6 海水中各相关因子的测定
• A）的测定'>2.7 海水总碱度（T_A）的测定
• 2.7.1 试剂及其配制
• A 的测定'>2.7.2 海水T_A的测定
• A 的计算'>2.7.3 海水T_A的计算
• 2.8 光合速率的测定
• 2.9 钙化速率的测定
• 2.10 UVR 抑制率的计算
• 2.11 藻体中颗粒碳含量的测定
• 2 的制备'>2.12 不同浓度CO₂的制备
• 2.13 不同培养系统的设置
• 2.14 统计与分析
• 3 结果
• 3.1 不同培养方式对无柄珊瑚藻的影响
• 3.1.1 pH 值变化
• 3.1.2 生长的变化
• 3.1.3 PIC/POC 的变化
• 3.1.4 色素含量的变化
• 3.1.5 光合速率和钙化速率以及抑制率的变化
• 3.2 不同培养系统对无柄珊瑚藻的影响
• 3.2.1 光合作用
• 3.2.2 钙化作用
• 4 讨论
• 5 小结
• 2浓度变化对无柄珊瑚藻生理生化的影响'>第3章 阳光紫外辐射和CO₂浓度变化对无柄珊瑚藻生理生化的影响
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 3 结果
• 3.1 阳光辐射及表层海水温度（SST）的变化
• 3.2 pH 值的变化
• 3.3 生长及PIC/POC
• 3.4 光合放氧及抑制率
• 3.5 钙化速率及抑制率
• 3.6 色素含量的变化
• 3.7 藻体中颗粒碳的含量
• 4 讨论
• 5 小结
• 第4章 无柄珊瑚藻在不同的PIC/POC 水平上对阳光紫外辐射的响应
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 3 结果
• 3.1 预备试验结果
• A 和藻体PIC/POC 的变化'>3.1.1 预培养期内海水中pH、T_A 和藻体PIC/POC 的变化
• 3.1.2 色素含量的变化
• 3.1.3 光合放氧、钙化速率及抑制率
• 3.2 室外试验结果
• 3.2.1 生长及PIC/POC
• 3.2.2 光合作用与钙化作用
• 3.2.3 色素含量的变化
• 3.2.4 光合放氧和钙化速率与PIC/POC 的关系
• 4 讨论
• 5 小结
• 2浓度下对阳光紫外辐射的响应'>第5章 无柄珊瑚藻在不同温度和CO₂浓度下对阳光紫外辐射的响应
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 3 结果
• 3.1 无柄珊瑚藻在不同温度下对阳光紫外辐射的响应
• 2 浓度下对阳光紫外辐射的响应'>3.2 无柄珊瑚藻在不同CO₂浓度下对阳光紫外辐射的响应
• 2 浓度和温度对光合作用的耦合效应'>3.3 不同CO₂浓度和温度对光合作用的耦合效应
• 2 浓度和温度对钙化作用的耦合效应'>3.4 不同CO₂浓度和温度对钙化作用的耦合效应
• 4 讨论
• 5 小结
• 总结
• 参考文献
• 论文完成情况
• 致谢