海洋微藻对CO<,2>加富响应的实验生态学研究
近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，及森林的滥砍滥伐等植被的破坏和地表水的逐年减少，大气CO2的浓度以前所未有的速度稳步增加成为全球性的重大环境问题之一。CO2等温室气体的增加导致全球气温的上升即“温室效应”的加剧，随之而来的是海平面的上升、生物多样性的丧失和沙漠化的加剧等等，这己影响到整个地面生态系统的变化。全球CO2浓度升高对生态系统中的绿色植物将产生直接的影响，进而使生物从生态系统、群落、种群、个体、细胞以及分子各个层次水平上发生变化。海洋占地球表面积的71％，对海洋生物对CO2变化响应研究具有重要意义。在整个海洋食物网中，海洋微藻是CO2加富最直接的响应者，它不仅驱动着整个海洋生态系统的能流和物流，直接和间接地养育着几亿吨的海洋动物，而且对调节全球变化起着重要的作用。研究海洋微藻对CO2加富的响应显得尤为重要。
本文采用实验生态学的方法从种间、种群、生理生化和分子水平研究了6种海洋微藻：小球藻(Chlorella．sp)、亚心形扁藻(Platymanas subcordiformis)、金藻8701(Isochrysisgalbana．Parke8701)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、盐藻(Dunaliella salina)和赤潮异弯藻(Heterosigmaakashiwo)对大气CO2浓度升高的响应。研究结果如下：
1．海洋微藻种群增长对CO2加富的响应
6种海洋微藻的种群增长对CO2加富都作出了一定的响应，即CO2加富(5000μl/L)能够显著促进6种海洋微藻：小球藻、盐藻、金藻8701、中肋骨条藻、亚心形扁藻和赤潮异弯藻的种群增长。使其种群增长进入静止期的时间缩短，种群达到的最大细胞密度显著提高(p＜0.05)。
6种海洋微藻的种群增长对CO2加富(5000μl/L)响应的敏感性存在一定的差异，按敏感性由低到高的顺序依次为：小球藻＜盐藻＜金藻8701＜中肋骨条藻＜亚心形扁藻＜赤潮异弯藻，赤潮异弯藻对CO2加富最敏感，而小球藻对CO2加富最不感。
2．双藻共培养条件下海洋微藻种群竞争对CO2加富的响应
以赤潮异弯藻和中肋骨条藻为目标微藻，在共培养条件下研究了二者的竞争作用及其对CO2加富的响应变化。结果发现：起始接种密度对赤潮异弯藻和中肋骨条藻的种群增长有明显的影响。即随着接种密度的提高，2种赤潮微藻种群增长进入指数生长期的时间都相应地提前，进入静止期的时间同样都相应地提前，而种群增长所达到的最大细胞密度均相应地降低。共培养条件下，中肋骨条藻在与赤潮异弯藻的竞争中始终占优势，且随着中肋骨条藻相对起始接种密度的提高，其种群竞争生长的优势越加明显，对赤潮异弯藻种群生长的抑制作用愈加显著。CO2加富处理可改变赤潮异弯藻和中肋骨条藻种群竞争的关系，使中肋骨条藻种群竞争能力降低，赤潮异弯藻种群竞争能力大大提高。
3．多藻共培养条件下海洋微藻种群竞争对CO2加富的响应
选用3种海洋微藻--亚心形扁藻、中肋骨条藻和金藻8701为实验藻种，研究了多藻共培养条件下微藻竞争性平衡以及对CO2加富的响应变化。结果表明：在正常条件(通空气)下，金藻8701的种群增长动态表现为弱竞争型，中肋骨条藻的种群增长动态为强竞争型，亚心形扁藻种群增长动态为增长型。因此，在多藻共培养体系中，种群竞争向有利于中肋骨条藻种群增长的方向发展，使中肋骨条藻最终成为优势种，而亚心形扁藻则成为亚优势种，金藻8701成为劣势种。
CO2加富(通含5000μl/L CO2的空气)处理改变了3种海洋微藻的种群增长动态，同时引起了种群竞争平衡的变化。CO2加富条件下，中肋骨条藻的种群增长动态表现为为增长型，而亚心形扁藻种群增长动态表现为强竞争型，而金藻8701种群增长动态仍然表现为弱竞争型。因此，在多藻共培养体系中，种群竞争向有利于亚心形扁藻种群增长的方向发展，使亚心形扁藻由正常条件下的亚优势变化为CO2加富条件下的优势种，而中肋骨条藻则由正常条件下的优势种变化为CO2加富条件下的亚优势种。
4．海洋微藻大分子物质合成动态对CO2加富的响应
选用3种海洋微藻--中肋骨条藻、赤潮异弯藻和小球藻探讨CO2浓度升高对海洋微藻大分子物质合成动态的影响。结果表明：3种海洋微藻DNA合成动态对CO2加富显示出类似的响应，表现在DNA合成速度加快，DNA合成量增加。
3种海洋微藻相比，赤潮异弯藻的DNA的合成对CO2加富最敏感，其次是中肋骨条藻，而小球藻的DNA的合成对CO2加富最不敏感。
3种海洋微藻RNA合成动态对CO2加富同样显示出类似的响应，表现在RNA合成速度加快，RNA合成量增加。3种海洋微藻相比，中肋骨条藻的RNA的合成对CO2加富最敏感，其次是赤潮异弯藻，而小球藻RNA的合成对CO2加富最不敏感。
3种海洋微藻蛋白质合成动态对CO2加富显示出不同的响应，赤潮异弯藻蛋白质合成对CO2加富最敏感，表现在蛋白质合成速度加快，蛋白质合成量显著增加。中肋骨条藻蛋白质的合成对CO2加富相对不敏感，而小球藻蛋白质的合成对CO2加富没有显示出响应性变化。
5．海洋微藻对CO2加富的生理生化响应
选用中肋骨条藻、赤潮异弯藻和小球藻为实验藻种，从生理生化层次继续研究其对CO2加富的响应变化，结果发现：3种海洋微藻的光合速率、光合固碳速率和碳酸酐酶活对CO2加富都作出了明显的响应变化，与对照组相比差异显著(p＜0.05)。说明CO2加富处理刺激了3种海洋微藻的碳酸酐酶活性，从而提高了它们的光合速率和光合固碳速率，这将对其生长产生间接的促进作用。三种海洋微藻相比，赤潮异弯藻的响应最明显，其次是中肋骨条藻，小球藻的响应相对最不明显。
3种海洋微藻的硝酸还原酶活性和对N、P的吸收速率对CO2加富都作出了明显的响应变化，与对照组相比差异极显著(p＜0.01)。指示CO2加富处理刺激了3种海洋微藻的硝酸还原酶活性，从而提高了它们对N、P的吸收速率，这将对其生长产生间接的促进作用。三种海洋微藻对P吸收速率的响应敏感性顺序是赤潮异弯藻＞中肋骨条藻＞小球藻，对N吸收速率的敏感性顺序是中肋骨条藻＞赤潮异弯藻＞小球藻，而硝酸还原酶活性对CO2加富响应敏感性顺序是赤潮异弯藻＞小球藻＞中肋骨条藻。
3种海洋微藻叶绿素a含量对CO2加富处理都没有作出明显的响应(p＞0.05)。在CO2加富条件下，其叶绿素a含量与对照组相比无显著差异(p＞0.05)。
海洋微藻;种群增长;生理生化响应;CO2
中国海洋大学
博士
生态学
唐学玺
2009
中文
Q178.53
82
2009-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）