海洋微藻對CO-,2-加富響應(yīng)的實驗生態(tài)學(xué)研究.pdf

1、近幾十年來，由于人口急劇增加，工業(yè)迅猛發(fā)展，及森林的濫砍濫伐等植被的破壞和地表水的逐年減少，大氣CO2的濃度以前所未有的速度穩(wěn)步增加成為全球性的重大環(huán)境問題之一。CO2等溫室氣體的增加導(dǎo)致全球氣溫的上升即“溫室效應(yīng)”的加劇，隨之而來的是海平面的上升、生物多樣性的喪失和沙漠化的加劇等等，這己影響到整個地面生態(tài)系統(tǒng)的變化。全球CO2濃度升高對生態(tài)系統(tǒng)中的綠色植物將產(chǎn)生直接的影響，進而使生物從生態(tài)系統(tǒng)、群落、種群、個體、細胞以及分子各個層次水

2、平上發(fā)生變化。海洋占地球表面積的71％，對海洋生物對CO2變化響應(yīng)研究具有重要意義。在整個海洋食物網(wǎng)中，海洋微藻是CO2加富最直接的響應(yīng)者，它不僅驅(qū)動著整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的能流和物流，直接和間接地養(yǎng)育著幾億噸的海洋動物，而且對調(diào)節(jié)全球變化起著重要的作用。研究海洋微藻對CO2加富的響應(yīng)顯得尤為重要。 本文采用實驗生態(tài)學(xué)的方法從種間、種群、生理生化和分子水平研究了6種海洋微藻：小球藻(Chlorella．sp)、亞心形扁藻(Platy

3、manas subcordiformis)、金藻8701(Isochrysisgalbana．Parke8701)、中肋骨條藻(Skeletonema costatum)、鹽藻(Dunaliella salina)和赤潮異彎藻(Heterosigmaakashiwo)對大氣CO2濃度升高的響應(yīng)。研究結(jié)果如下： 1．海洋微藻種群增長對CO2加富的響應(yīng) 6種海洋微藻的種群增長對CO2加富都作出了一定的響應(yīng)，即CO2加富(50

4、00μl/L)能夠顯著促進6種海洋微藻：小球藻、鹽藻、金藻8701、中肋骨條藻、亞心形扁藻和赤潮異彎藻的種群增長。使其種群增長進入靜止期的時間縮短，種群達到的最大細胞密度顯著提高(p＜0.05)。 6種海洋微藻的種群增長對CO2加富(5000μl/L)響應(yīng)的敏感性存在一定的差異，按敏感性由低到高的順序依次為：小球藻＜鹽藻＜金藻8701＜中肋骨條藻＜亞心形扁藻＜赤潮異彎藻，赤潮異彎藻對CO2加富最敏感，而小球藻對CO2加富最不感。

5、 2．雙藻共培養(yǎng)條件下海洋微藻種群競爭對CO2加富的響應(yīng) 以赤潮異彎藻和中肋骨條藻為目標微藻，在共培養(yǎng)條件下研究了二者的競爭作用及其對CO2加富的響應(yīng)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：起始接種密度對赤潮異彎藻和中肋骨條藻的種群增長有明顯的影響。即隨著接種密度的提高，2種赤潮微藻種群增長進入指數(shù)生長期的時間都相應(yīng)地提前，進入靜止期的時間同樣都相應(yīng)地提前，而種群增長所達到的最大細胞密度均相應(yīng)地降低。共培養(yǎng)條件下，中肋骨條藻在與赤潮異彎藻的競爭

6、中始終占優(yōu)勢，且隨著中肋骨條藻相對起始接種密度的提高，其種群競爭生長的優(yōu)勢越加明顯，對赤潮異彎藻種群生長的抑制作用愈加顯著。CO2加富處理可改變赤潮異彎藻和中肋骨條藻種群競爭的關(guān)系，使中肋骨條藻種群競爭能力降低，赤潮異彎藻種群競爭能力大大提高。 3．多藻共培養(yǎng)條件下海洋微藻種群競爭對CO2加富的響應(yīng) 選用3種海洋微藻--亞心形扁藻、中肋骨條藻和金藻8701為實驗藻種，研究了多藻共培養(yǎng)條件下微藻競爭性平衡以及對CO2加富的

7、響應(yīng)變化。結(jié)果表明：在正常條件(通空氣)下，金藻8701的種群增長動態(tài)表現(xiàn)為弱競爭型，中肋骨條藻的種群增長動態(tài)為強競爭型，亞心形扁藻種群增長動態(tài)為增長型。因此，在多藻共培養(yǎng)體系中，種群競爭向有利于中肋骨條藻種群增長的方向發(fā)展，使中肋骨條藻最終成為優(yōu)勢種，而亞心形扁藻則成為亞優(yōu)勢種，金藻8701成為劣勢種。 CO2加富(通含5000μl/L CO2的空氣)處理改變了3種海洋微藻的種群增長動態(tài)，同時引起了種群競爭平衡的變化。CO2

8、加富條件下，中肋骨條藻的種群增長動態(tài)表現(xiàn)為為增長型，而亞心形扁藻種群增長動態(tài)表現(xiàn)為強競爭型，而金藻8701種群增長動態(tài)仍然表現(xiàn)為弱競爭型。因此，在多藻共培養(yǎng)體系中，種群競爭向有利于亞心形扁藻種群增長的方向發(fā)展，使亞心形扁藻由正常條件下的亞優(yōu)勢變化為CO2加富條件下的優(yōu)勢種，而中肋骨條藻則由正常條件下的優(yōu)勢種變化為CO2加富條件下的亞優(yōu)勢種。 4．海洋微藻大分子物質(zhì)合成動態(tài)對CO2加富的響應(yīng) 選用3種海洋微藻--中肋骨條藻

9、、赤潮異彎藻和小球藻探討CO2濃度升高對海洋微藻大分子物質(zhì)合成動態(tài)的影響。結(jié)果表明：3種海洋微藻DNA合成動態(tài)對CO2加富顯示出類似的響應(yīng)，表現(xiàn)在DNA合成速度加快，DNA合成量增加。 3種海洋微藻相比，赤潮異彎藻的DNA的合成對CO2加富最敏感，其次是中肋骨條藻，而小球藻的DNA的合成對CO2加富最不敏感。 3種海洋微藻RNA合成動態(tài)對CO2加富同樣顯示出類似的響應(yīng)，表現(xiàn)在RNA合成速度加快，RNA合成量增加。3種海洋

10、微藻相比，中肋骨條藻的RNA的合成對CO2加富最敏感，其次是赤潮異彎藻，而小球藻RNA的合成對CO2加富最不敏感。 3種海洋微藻蛋白質(zhì)合成動態(tài)對CO2加富顯示出不同的響應(yīng)，赤潮異彎藻蛋白質(zhì)合成對CO2加富最敏感，表現(xiàn)在蛋白質(zhì)合成速度加快，蛋白質(zhì)合成量顯著增加。中肋骨條藻蛋白質(zhì)的合成對CO2加富相對不敏感，而小球藻蛋白質(zhì)的合成對CO2加富沒有顯示出響應(yīng)性變化。 5．海洋微藻對CO2加富的生理生化響應(yīng) 選用中肋骨條藻

11、、赤潮異彎藻和小球藻為實驗藻種，從生理生化層次繼續(xù)研究其對CO2加富的響應(yīng)變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：3種海洋微藻的光合速率、光合固碳速率和碳酸酐酶活對CO2加富都作出了明顯的響應(yīng)變化，與對照組相比差異顯著(p＜0.05)。說明CO2加富處理刺激了3種海洋微藻的碳酸酐酶活性，從而提高了它們的光合速率和光合固碳速率，這將對其生長產(chǎn)生間接的促進作用。三種海洋微藻相比，赤潮異彎藻的響應(yīng)最明顯，其次是中肋骨條藻，小球藻的響應(yīng)相對最不明顯。 3種海洋

12、微藻的硝酸還原酶活性和對N、P的吸收速率對CO2加富都作出了明顯的響應(yīng)變化，與對照組相比差異極顯著(p＜0.01)。指示CO2加富處理刺激了3種海洋微藻的硝酸還原酶活性，從而提高了它們對N、P的吸收速率，這將對其生長產(chǎn)生間接的促進作用。三種海洋微藻對P吸收速率的響應(yīng)敏感性順序是赤潮異彎藻＞中肋骨條藻＞小球藻，對N吸收速率的敏感性順序是中肋骨條藻＞赤潮異彎藻＞小球藻，而硝酸還原酶活性對CO2加富響應(yīng)敏感性順序是赤潮異彎藻＞小球藻＞中肋骨條