海洋微藻對(duì)CO-,2-加富響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(gè)地面生態(tài)系統(tǒng)的變化。全球CO2濃度升高對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的綠色植物將產(chǎn)生直接的影響，進(jìn)而使生物從生態(tài)系統(tǒng)、群落、種群、個(gè)體、細(xì)胞以及分子各個(gè)層次水

2、平上發(fā)生變化。海洋占地球表面積的71％，對(duì)海洋生物對(duì)CO2變化響應(yīng)研究具有重要意義。在整個(gè)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(dòng)著整個(gè)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(dòng)物，而且對(duì)調(diào)節(jié)全球變化起著重要的作用。研究海洋微藻對(duì)CO2加富的響應(yīng)顯得尤為重要。 本文采用實(shí)驗(yàn)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(duì)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(zhǎng)對(duì)CO2加富的響應(yīng) 6種海洋微藻的種群增長(zhǎng)對(duì)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(jìn)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(zhǎng)。使其種群增長(zhǎng)進(jìn)入靜止期的時(shí)間縮短，種群達(dá)到的最大細(xì)胞密度顯著提高(p＜0.05)。 6種海洋微藻的種群增長(zhǎng)對(duì)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(duì)CO2加富最敏感，而小球藻對(duì)CO2加富最不感。

5、 2．雙藻共培養(yǎng)條件下海洋微藻種群競(jìng)爭(zhēng)對(duì)CO2加富的響應(yīng) 以赤潮異彎藻和中肋骨條藻為目標(biāo)微藻，在共培養(yǎng)條件下研究了二者的競(jìng)爭(zhēng)作用及其對(duì)CO2加富的響應(yīng)變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：起始接種密度對(duì)赤潮異彎藻和中肋骨條藻的種群增長(zhǎng)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(zhǎng)進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期的時(shí)間都相應(yīng)地提前，進(jìn)入靜止期的時(shí)間同樣都相應(yīng)地提前，而種群增長(zhǎng)所達(dá)到的最大細(xì)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(jìng)爭(zhēng)

6、中始終占優(yōu)勢(shì)，且隨著中肋骨條藻相對(duì)起始接種密度的提高，其種群競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)越加明顯，對(duì)赤潮異彎藻種群生長(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，使中肋骨條藻種群競(jìng)爭(zhēng)能力降低，赤潮異彎藻種群競(jìng)爭(zhēng)能力大大提高。 3．多藻共培養(yǎng)條件下海洋微藻種群競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(shí)驗(yàn)藻種，研究了多藻共培養(yǎng)條件下微藻競(jìng)爭(zhēng)性平衡以及對(duì)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(zhǎng)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為弱競(jìng)爭(zhēng)型，中肋骨條藻的種群增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)為強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)型，亞心形扁藻種群增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)為增長(zhǎng)型。因此，在多藻共培養(yǎng)體系中，種群競(jìng)爭(zhēng)向有利于中肋骨條藻種群增長(zhǎng)的方向發(fā)展，使中肋骨條藻最終成為優(yōu)勢(shì)種，而亞心形扁藻則成為亞優(yōu)勢(shì)種，金藻8701成為劣勢(shì)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(zhǎng)動(dòng)態(tài)，同時(shí)引起了種群競(jìng)爭(zhēng)平衡的變化。CO2

8、加富條件下，中肋骨條藻的種群增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為為增長(zhǎng)型，而亞心形扁藻種群增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)型，而金藻8701種群增長(zhǎng)動(dòng)態(tài)仍然表現(xiàn)為弱競(jìng)爭(zhēng)型。因此，在多藻共培養(yǎng)體系中，種群競(jìng)爭(zhēng)向有利于亞心形扁藻種群增長(zhǎng)的方向發(fā)展，使亞心形扁藻由正常條件下的亞優(yōu)勢(shì)變化為CO2加富條件下的優(yōu)勢(shì)種，而中肋骨條藻則由正常條件下的優(yōu)勢(shì)種變化為CO2加富條件下的亞優(yōu)勢(shì)種。 4．海洋微藻大分子物質(zhì)合成動(dòng)態(tài)對(duì)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(duì)海洋微藻大分子物質(zhì)合成動(dòng)態(tài)的影響。結(jié)果表明：3種海洋微藻DNA合成動(dòng)態(tài)對(duì)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(duì)CO2加富最敏感，其次是中肋骨條藻，而小球藻的DNA的合成對(duì)CO2加富最不敏感。 3種海洋微藻RNA合成動(dòng)態(tài)對(duì)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(duì)CO2加富最敏感，其次是赤潮異彎藻，而小球藻RNA的合成對(duì)CO2加富最不敏感。 3種海洋微藻蛋白質(zhì)合成動(dòng)態(tài)對(duì)CO2加富顯示出不同的響應(yīng)，赤潮異彎藻蛋白質(zhì)合成對(duì)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(duì)CO2加富相對(duì)不敏感，而小球藻蛋白質(zhì)的合成對(duì)CO2加富沒有顯示出響應(yīng)性變化。 5．海洋微藻對(duì)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(shí)驗(yàn)藻種，從生理生化層次繼續(xù)研究其對(duì)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(duì)CO2加富都作出了明顯的響應(yīng)變化，與對(duì)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(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生間接的促進(jìn)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(duì)最不明顯。 3種海洋

12、微藻的硝酸還原酶活性和對(duì)N、P的吸收速率對(duì)CO2加富都作出了明顯的響應(yīng)變化，與對(duì)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(duì)N、P的吸收速率，這將對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生間接的促進(jìn)作用。三種海洋微藻對(duì)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(duì)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(duì)CO2加富響應(yīng)敏感性順序是赤潮異彎藻＞小球藻＞中肋骨條