海洋酸化及UV辐射对硅藻光合作用影响的研究

摘要

自工业革命以来大气 CO2浓度日益增加,预计到本世纪末加倍。增长的大气 CO2及海水表面 pCO2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HCO3-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CO2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CO2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α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。

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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

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

2.3 结果与讨论

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

3.3 结果与讨论

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

4.3 结果与讨论

4.4 小结

参考文献

致谢