大氣CO-2濃度升高背景下大型海藻光合功能響應(yīng)的研究

大氣CO_2濃度升高背景下大型海藻光合功能響應(yīng)的研究目前,大氣CO₂濃度升高及其導(dǎo)致的氣候變化越來越受到環(huán)境與生態(tài)學(xué)家的關(guān)注。海洋作為地球上最大的碳匯,大量吸收人為活動(dòng)產(chǎn)生的CO₂。海水CO₂濃度增加引起其中碳酸鹽系統(tǒng)改變和pH下降,這一環(huán)境變化將對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。大型海藻作為主要初級(jí)生產(chǎn)者,在近海碳循環(huán)中發(fā)揮非常重要的作用;同時(shí),它們中許多種類也是近海海藻栽培對(duì)象,大氣CO₂濃度升高如何影響這些海藻生命功能已成為海洋生態(tài)學(xué)家的研究熱點(diǎn)。隨著CO₂升高,海洋其它重要環(huán)境條件也正在發(fā)生改變,如表面平均溫度升高、富營(yíng)養(yǎng)化加劇等,然而,目前對(duì)CO₂濃度升高與其它重要環(huán)境因素相互作用如何影響大型海藻還知之甚少。因此,本研究選用我國(guó)南方海域主要栽培種類龍須菜和壇紫菜、以及常見種類石莼作為研究對(duì)象,探討以大氣CO₂濃度升高為主要特征的氣候變化對(duì)大型海藻生長(zhǎng)、生化組分、氮同化能力、光合與呼吸作用及抗氧化特性方面的影響,主要得到以下結(jié)果:（1）CO₂濃度和溫度升高對(duì)石莼和龍須菜生長(zhǎng)和生化組分影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CO₂和溫度升高對(duì)石莼相對(duì)生長(zhǎng)速率（RGR）作用不明顯,而這兩種因素協(xié)同作用促進(jìn)龍須菜RGR增長(zhǎng)。隨著溫度上升,高CO₂促進(jìn)石莼葉綠素a（Chla）和類胡蘿卜素（Car）含量及龍須菜藻膽蛋白含量（PB）增加,而對(duì)兩種海藻的可溶性碳水化合物（SC）和可溶性蛋白質(zhì)（SP）含量均無顯著影響。它們的總脂肪酸含量（TFAs）變化趨勢(shì)為:CO₂升高降低石莼TFAs（降幅已達(dá)8%）而促進(jìn)龍須菜含量增加（增幅3-5%）,溫度升高增加石莼TFAs（增幅約18%）卻引起龍須菜含量下降,降幅在14%以內(nèi)。（2）長(zhǎng)期與短期CO₂濃度和溫度升高、短時(shí)遮光的多因素交互作用研究結(jié)果顯示,溫度對(duì)光合與呼吸作用的效應(yīng)顯著,低溫時(shí)石莼和龍須菜光合與呼吸速率比高溫時(shí)大。CO₂和溫度升高相互作用提高石莼光合速率,且該藻硝酸還原酶（NR）活性增強(qiáng)。龍須菜對(duì)CO₂和溫度升高的響應(yīng)結(jié)果表明,不論CO₂升高與否,溫度升高該藻Chla/PB比值升高,而其最大電子傳遞速率（ETRm）、光能利用效率（α）、SOD、POD和CAT活性明顯下降;同時(shí),該藻的光化學(xué)淬滅（qP）和有效光量子產(chǎn)量(Y_Ⅱ)顯著下降,而其非光化學(xué)淬滅（NPQ）和調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量(Y_NPQ)明顯升高,但其非調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量(Y_NO)保持不變。（3）壇紫菜生長(zhǎng)、光合與呼吸作用對(duì)溫室效應(yīng)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,CO₂和溫度升高不改變?cè)撛錜GR,而CO₂升高抑制其光合速率（Pn或Pg）,溫度升高則能緩解這一抑制效應(yīng)。溫度升高增強(qiáng)該藻的呼吸速率（Rd）,而CO₂升高對(duì)其作用不明顯。在14-30oC范圍內(nèi),壇紫菜Rd/Pg比值保持不變,此時(shí)其P_g和R_d對(duì)溫度的敏感性（Q10值）接近;當(dāng)溫度超過34oC時(shí),該比值迅速提高。此外,CO₂升高與富營(yíng)養(yǎng)化相互作用促進(jìn)壇紫菜的RGR、ETRm和NR酶活性增強(qiáng)。由該藻NR酶活對(duì)海水pH和溫度的響應(yīng)曲線可知,pH較低（pH<7.6）或較高（pH>9.1）均會(huì)抑制其NR活性,且該酶活最適溫度趨于低溫變化。（4）不同光強(qiáng)條件下溫度升高對(duì)石莼和龍須菜光合作用影響的研究結(jié)果表明,光合作用對(duì)溫度的響應(yīng)與光強(qiáng)水平有關(guān),即光強(qiáng)≥320μmolphotonsm-2s-1時(shí),其光合作用對(duì)溫度的響應(yīng)較明顯,光強(qiáng)低于160μmolphotonsm-2s-1則變化不大。低溫時(shí),光強(qiáng)升高對(duì)兩種海藻無機(jī)碳利用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的效應(yīng)較顯著。此時(shí)光強(qiáng)升高引起石莼表觀羧化效率（ACE）、Y_NO下降及NPQ、Y_NPQ和pH補(bǔ)償點(diǎn)升高,對(duì)其CO₂親和力（K_m）作用不明顯;然而,高光強(qiáng)促進(jìn)龍須菜ACE和Y_Ⅱ增大及K_m降低,對(duì)其NPQ、Y_NPQ、Y_NO和pH補(bǔ)償點(diǎn)均無明顯影響。綜上,大氣CO<s