顆石藻鈣化光合關(guān)系驗證【開題報告+文獻綜述+畢業(yè)設計】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文系列</b></p><p><b>　　開題報告</b></p><p><b>　　生物工程</b></p><p>　　顆石藻鈣化光合關(guān)系驗證</p><p>　　一、選題的背景與意義</p><p>　　

2、顆石藻，是經(jīng)常在海域內(nèi)爆發(fā)水華的一個物種，其通過自身的光合作用和鈣化作用大量繁殖衍生，涉及到自然圈內(nèi)的大氣循環(huán)和碳循環(huán)。環(huán)境因子嚴重影響顆石藻的生長繁衍、生理作用等，顆石藻的鈣化作用和光合作用都與碳元素的生物地化循環(huán)有關(guān)，其相互關(guān)系影響到微藻種群動態(tài)、海域的碳循環(huán)，甚至成為全球氣候變化的影響因素。由于顆石藻種類繁多，其光合作用和鈣化作用的關(guān)系表現(xiàn)多樣，仍需通過實驗不斷得到驗證。</p><p>　　本課題就選取顆

3、石藻Pleurochrysis的另一屬藻類進行研究，分析不同條件下光合作用和鈣化作用的強弱，了解環(huán)境因子對顆石藻生長和鈣化光合關(guān)系的影響，為顆石藻基礎(chǔ)研究提供參考。</p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：</p><p><b>　　研究的基本內(nèi)容：</b></p><p>　　1. 最適溫度條件下，不同光照強度對顆石藻種群

4、生長、光合作用和鈣化作用的影響</p><p>　　2. 溫度差異情況下，顆石藻種群生長、鈣化和光合參數(shù)的響應特征</p><p>　　3. 種群生長脅迫環(huán)境中，種群生長、鈣化和光合參數(shù)響應特征</p><p><b>　　擬解決的問題：</b></p><p>　　研究不同條件下碳酸酐酶活性的差別，光合作用和鈣化作用的

5、強弱，觀察其是否成互逆關(guān)系或者是互不影響。</p><p>　　三、研究的方法與技術(shù)路線：</p><p><b>　　（一）研究方法</b></p><p>　　1.最適溫度條件下，不同光照強度對顆石藻種群生長、光合作用和鈣化作用的影響</p><p>　　以25℃為最適培養(yǎng)溫度條件，設置光照強度組分別為：HG（25℃

6、,5400lx）、HZ（25℃,2500lx）、HD（25℃,500lx）三組，測量顆石藻的種群生長密度、光合作用QY和OD值，鈣化作用的熒光值。</p><p>　　控制培養(yǎng)箱溫度為25℃，調(diào)節(jié)培養(yǎng)箱內(nèi)光源，用光照強度測量儀控制光照強度為5400lx左右，此為HG組；用一層黑色尼龍紙包扎三角瓶，得到光照強度為2500lx左右的HZ組；用兩層黑色尼龍紙包扎三角瓶，得到光照強度為500lx左右的HD組。每個組別做至

7、少5個平行樣品。</p><p>　　2.溫度差異情況下，顆石藻種群生長、鈣化和光合參數(shù)的響應特征</p><p>　　以2500lx為最適培養(yǎng)光照條件，設置溫度差異分別為HZ（25℃,2500lx），MZ（15℃，2500lx）兩組，測量顆石藻的種群生長密度、光合作用QY和OD值，鈣化作用的熒光值。</p><p>　　控制培養(yǎng)箱溫度為25℃，光照強度設置為540

8、0lx，包扎一層黑色尼龍紙的三角瓶的組別為HZ組；控制另一培養(yǎng)箱溫度為15℃，光照強度設置為2500lx，為MZ組。每個組別做至少5個平行樣品。</p><p>　　3.種群生長脅迫環(huán)境中，種群生長、鈣化和光合參數(shù)響應特征</p><p>　　前期的研究表明，顆石藻在低溫環(huán)境下會停止細胞分裂，但需要在暗光照下細胞才能維持存活。本實驗分析種群生長脅迫時，其細胞鈣化的特征。</p>

9、<p>　　生長脅迫條件設置為LA（10℃，25lx），測量此條件下顆石藻的種群生長密度、光合作用QY和OD值，鈣化作用的熒光值。</p><p>　　另起一培養(yǎng)箱設置溫度為10℃，光照強度設置為2500lx，包扎2層黑色尼龍紙的三角瓶為LA組。每個組別做至少5個平行樣品。</p><p><b>　　（二）技術(shù)路線</b></p><

10、;p>　　四、研究的總體安排與進度</p><p>　　2010年11月 查找資料，撰寫綜述和開題報告。開題答辯。</p><p>　　2010年12月 翻譯外文文獻，確定實驗方案，準備材料和實驗儀器</p><p>　　2011年12月至3月 在老師的指導下開始實驗。</p><p>　　2011年5月

11、撰寫畢業(yè)論文，準備論文答辯。</p><p><b>　　五、主要參考文獻：</b></p><p>　　【1】Westbroek P,Young J R,Linschooten K.Coccolith production (biomineralization) in the marine alga Emiliania huxleyi[J].Journal of

12、Eukaryotic Microbiology,1989,36(4):368-373.</p><p>　　【2】侯奎,陳鎮(zhèn)東,陳延成等.顆石藻與環(huán)境[J].植物資源與環(huán)境學報,2001,10（1）:51-53.</p><p>　　【3】張守仁,葉綠素熒光動力學參數(shù)的意義及討論[J].植物學通報,1999,14（4）:444-448.</p><p>　　【4】S

13、orrosa J M,Satoh M,Shiraiwa Y.Low temperature stimulates cell enlargement and inlracelhlar calcification of coccofithophorids[J].Marine Biotechnology,2005,7(2):128—133.</p><p>　　【5】周成旭,嚴小軍,駱其君等.低溫和高溫下顆石藻Pleu

14、rochrysis carterae種群生長特征及生化變化[J].生態(tài)學報.2008,28（6）:2587-2594.</p><p>　　【6】Balch W M,Ei lpatrick K.Calcification rates in the equatorial Pacific along 140N[J].Deep Sea Research,1995, 43:971-993.</p><

15、p>　　【7】N.A.Nimer,M.J.Merrett.Calcification rate in Emiliania huxleyi Lohmann in response to light,nitrate and availability of inorganic carbon[J].New Phytol,1993,123:673-677.</p><p>　　【8】Nikos Leonardos,B

16、etsy Read,Brenda Thake et al.No mechanistic dependence of photosynthesis in calcification in the coccolithophorid Emiliania Huxleyi[J].Phycological Society of America 2009,45:1046-1051.</p><p>　　【9】Sikes C S

17、,Roer R D,Wilbur K M.Photosynthesis and coccolith formation:Inorganic carbon sources and net inorganic reaction of deposition [J].Limnology and Oceanography,1980,25(2):248-261.</p><p>　　【10】Delille B,Harlay

18、J,Zondervan I et al.Response of primary production and calcification to changes of p(CO 2 ) during experimental blooms of the coccolithophorid Emiliania huxleyi[J].Global Biogeochemical Cycles,2005, 19:595-605.</p>

19、<p>　　【11】Paasche E.A tracer study of the inorganic carbon uptake during coccolith formation and photosynthesis in the coccolithophorid Coccolithus huxleyi[J].Physiol Plantarum Supplement,1964,3:1-82.</p>&

20、lt;p>　　【12】Herfort L,Thake B,Roberts J.Acquisition and use of bicarbonate by Emiliania huxleyi[J].New Phytologist.2002.156(3):427-436.</p><p>　　【13】Brownlee C,Taylor A.Calcification in coccolithophores:a

21、cellular perspective.From Molecular Processes to Global Impact[C].Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2004:31-50.</p><p>　　【14】孫軍,今生顆石藻的有機碳泵和碳酸鹽反向泵[J].地球科學進展,2007,22（12）,1231-1239.</p><p>　　【15】吳慶

22、余,白巖善博.HCO3-對海生顆石藻細胞表面鈣化和CO2固定作用的研究[J].植物學報,1999,41（3）:285-289.</p><p>　　【16】余利紅,郭厚良,徐旭東等.光合抑制劑DCMU對異養(yǎng)生長藍藻葉綠素合成的作用[J].水生生物學報,2002,26（1）:102-104.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p>&

23、lt;p><b>　　生物工程</b></p><p>　　顆石藻光合鈣化關(guān)系研究</p><p>　　摘要：本文闡述了顆石藻的光合作用、鈣化作用，影響這兩反應進行的多種因素，以及光合鈣化作用的相互關(guān)系，說明顆石藻在自然環(huán)境和碳源循環(huán)中的重要作用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：顆石藻、光合作用、鈣化作用、相互關(guān)系</p>&

24、lt;p><b>　　1.前言</b></p><p>　　顆石藻，系浮游單細胞類，屬金藻門，是現(xiàn)代海洋中鈣質(zhì)超微型浮游生物的主要組成部分。細胞多呈球形或卵形，少數(shù)呈圓筒形、紡錘形、梨形等，頂端具有兩條等長的鞭毛和一條附著絲。</p><p>　　顆石藻屬自養(yǎng)型生物，是海底鈣質(zhì)軟泥的主要成分碳酸鹽的主要來源，其通過光合作用形成的巨大生物生產(chǎn)力，是海洋生產(chǎn)有機物或

25、經(jīng)濟產(chǎn)品的基礎(chǔ)，而且光合作用和鈣化作用固定碳素，放出大量氧氣，對維護地球生態(tài)平衡有重要作用。顆石藻作為環(huán)境科學、能源科學和生物技術(shù)三大領(lǐng)域交叉研究的理想材料，越來越引起廣大研究者的興趣。</p><p><b>　　2.藻類的光合作用</b></p><p>　　光合作用是地球上重要的化學反應，光合生物通過光合作用提供地球上所有生命活動的能量來源。藻類是海洋和內(nèi)陸水體

26、中最主要的初級生產(chǎn)者，其生產(chǎn)力約占全球總植物生產(chǎn)力的45%。藻類的光合作用發(fā)生在葉綠體的囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上，通過光反應和暗反應吸入CO2，放出O2，實現(xiàn)CO2的固定。</p><p>　　影響藻類進行光合作用的因素有很多：光照、溫度、PH等。</p><p>　　2.1.光照對光合作用的影響</p><p>　　目前，國內(nèi)外對光照條件影響藻類光合作用進行了很多實驗。吳英

27、海等通過實驗發(fā)現(xiàn)光照強度的變化對伊樂藻頂枝產(chǎn)氧量有明顯影響，光照強度與毛產(chǎn)氧量和凈產(chǎn)氧量均呈曲線相關(guān)。張寶玉等對雨生紅球藻實驗發(fā)現(xiàn)低光強時光合作用速率隨光照強度的增大而直線上升，當光強達到光飽和點，光合放氧速率達到最大值，光合速率基本保持穩(wěn)定。更多研究也顯示出相似的結(jié)果。</p><p>　　2.2.溫度對光合作用的影響</p><p>　　在冷害溫度下，生物體對光合作用形成的碳水化合物的

28、運輸速度也會降低。光合產(chǎn)物不能及時外運，在葉綠體中積累，會反過來抑制光合作用。在一定溫度范圍內(nèi)，例如，從光合作用的冷限溫度到最適溫度之間，光合作用速率表現(xiàn)為隨溫度的上升而提高，一般每上升10℃，光合速率可提高一倍左右。當溫度高于光合作用的最適溫度時，隨著溫度升高，生物體內(nèi)的酶發(fā)生鈍化、變性甚至遭到破壞，光合效率隨之下降。</p><p>　　2.3.PH對光合作用的影響</p><p>　

29、　不同海洋藻類對不同特定環(huán)境因素都有一定的耐受范圍，藻類光合作用過程本身包括光化學過程和酶促過程，藻類光合磷酸化過程的速度受酶控制，而酶在水溶液環(huán)境中的解離狀態(tài)和幸而，都會受PH影響。[H+]對酶促反應的速度不僅有明顯的效應，而且影響機理也不同。</p><p>　　2.4.鹽度對光合作用的影響</p><p>　　一般的，藻類隨鹽度的提高光合同化作用加強，當達到最適鹽度后隨鹽度增加反而下

30、降。這反映了海洋藻類對水環(huán)境含鹽量的耐受性，以及進行同化代謝作用的滲透壓調(diào)節(jié)有一定的適應范圍。鹽度過高或過低都不利于藻類的生長。</p><p><b>　　3.藻類的鈣化作用</b></p><p>　　鈣化作用是鈣質(zhì)藻類通過細胞內(nèi)高爾基體/顆石體的代謝將由CO2溶于水形成的HCO3-離子吸收和固定，并形成以CaCO3為主要成分的鈣質(zhì)片落，也就是將一種形態(tài)的無機碳固

31、定為另一種形態(tài)無機碳的過程。</p><p>　　一般認為碳酸鈣在藻體外部或表面沉積作用是由于藻在光合作用時吸收了水中的CO2，并且和其周圍的水化學變化有關(guān)。碳酸鈣可溶性的增加和二氧化碳分壓的提高，溫度降低及溶液中NaCl的量增加有關(guān)。</p><p>　　4.藻類光合作用和鈣化作用的關(guān)系</p><p>　　由于光合作用和鈣化作用的同時存在，他們的相互關(guān)系對環(huán)境碳

32、源、碳匯的循環(huán)和沉降過程及其對應相關(guān)的氣候變化等方面可能產(chǎn)生重要影響。從鈣化和光合固碳比例（calcification/photosynthesis,C/P）來看，顆石藻Emiliania huxleyi和Cricosphaera carterae的C/P比值接近1，而另兩種顆石藻Umbilicosphaera sibo和Plertochrysis sp.高鈣化種的C/P比值分別約為0.6和0.5。因此，影響光合作用和鈣化作用仍需要經(jīng)過

33、驗證討論分析。</p><p>　　光合作用和鈣化作用之間的關(guān)系在不同種類的顆石藻種存在差異，尚沒有完整的定論。對 E. huxleyi 的研究表明，其光合作用依賴于鈣化作用，鈣化作用促進光合作用。研究者認為，鈣化過程作為一個低消耗的有效途徑直接為葉綠體提供 CO2，增加了細胞壁內(nèi)CO2 的溶解，然后提高了進行光合作用的位點葉綠素中的CO2濃度。另外，鈣化作用能去除細胞多余的能量，因此可防止光合作用引起的傷害 。

34、Paasche 對 E. huxleyi 的研究中，當細胞在無鈣的培養(yǎng)基中生長時，鈣化作用停止，但光合作用卻不受影響。同樣地，非鈣化 N-cell 能和鈣化 C-cell 進行效率等同甚至更高的光合作用。Herfort認為光合作用并非依賴鈣化作用，在實驗中 E. huxleyi 的鈣化株與脫鈣株的光合作用無顯著差異。同樣，他采用陰離子交換載體抑制劑 DIDS 和 SITS 抑制鈣化作用，其光合作用并不受影響。一種可能的解釋是，顆石藻經(jīng)過

35、室內(nèi)長期適應后，光合作用中碳的獲取機制可能會有改變。</p><p>　　綜上所述，國內(nèi)外對顆石藻的光合作用和鈣化作用進行了很多方面的研究，這些研究有助于認識顆石藻在自然中的重要作用。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】Westbroek P,Young J R,Linschooten K.Coccolit

36、h production (biomineralization) in the marine alga Emiliania huxleyi[J].Journal of Eukaryotic Microbiology,1989,36(4):368-373.</p><p>　　【2】侯奎,陳鎮(zhèn)東,陳延成等.顆石藻與環(huán)境[J].植物資源與環(huán)境學報,2001,10（1）:51-53.</p><p

37、>　　【3】張守仁,葉綠素熒光動力學參數(shù)的意義及討論[J].植物學通報,1999,14（4）:444-448.</p><p>　　【4】Sorrosa J M,Satoh M,Shiraiwa Y.Low temperature stimulates cell enlargement and inlracelhlar calcification of coccofithophorids[J].Marine

38、 Biotechnology,2005,7(2):128—133.</p><p>　　【5】周成旭,嚴小軍,駱其君等.低溫和高溫下顆石藻Pleurochrysis carterae種群生長特征及生化變化[J].生態(tài)學報.2008,28（6）:2587-2594.</p><p>　　【6】Balch W M,Ei lpatrick K.Calcification rates in the

39、 equatorial Pacific along 140N[J].Deep Sea Research,1995, 43:971-993.</p><p>　　【7】N.A.Nimer,M.J.Merrett.Calcification rate in Emiliania huxleyi Lohmann in response to light,nitrate and availability of inorga

40、nic carbon[J].New Phytol,1993,123:673-677.</p><p>　　【8】Nikos Leonardos,Betsy Read,Brenda Thake et al.No mechanistic dependence of photosynthesis in calcification in the coccolithophorid Emiliania Huxleyi[J].

41、Phycological Society of America 2009,45:1046-1051.</p><p>　　【9】Sikes C S,Roer R D,Wilbur K M.Photosynthesis and coccolith formation:Inorganic carbon sources and net inorganic reaction of deposition [J].Limno

42、logy and Oceanography,1980,25(2):248-261.</p><p>　　【10】Delille B,Harlay J,Zondervan I et al.Response of primary production and calcification to changes of p(CO 2 ) during experimental blooms of the coccolith

43、ophorid Emiliania huxleyi[J].Global Biogeochemical Cycles,2005, 19:595-605.</p><p>　　【11】Paasche E.A tracer study of the inorganic carbon uptake during coccolith formation and photosynthesis in the coccolith

44、ophorid Coccolithus huxleyi[J].Physiol Plantarum Supplement,1964,3:1-82.</p><p>　　【12】Herfort L,Thake B,Roberts J.Acquisition and use of bicarbonate by Emiliania huxleyi[J].New Phytologist.2002.156(3):427-43

45、6.</p><p>　　【13】Brownlee C,Taylor A.Calcification in coccolithophores:a cellular perspective.From Molecular Processes to Global Impact[C].Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2004:31-50.</p><p>　　【

46、14】孫軍,今生顆石藻的有機碳泵和碳酸鹽反向泵[J].地球科學進展,2007,22（12）,1231-1239.</p><p>　　【15】吳慶余,白巖善博.HCO3-對海生顆石藻細胞表面鈣化和CO2固定作用的研究[J].植物學報,1999,41（3）:285-289.</p><p>　　【16】余利紅,郭厚良,徐旭東等.光合抑制劑DCMU對異養(yǎng)生長藍藻葉綠素合成的作用[J].水生生物

47、學報,2002,26（1）:102-104.</p><p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p>　　顆石藻鈣化光合關(guān)系驗證</p><p><b>　　目錄</b></p><p>&

48、lt;b>　　前言12</b></p><p><b>　　1材料與方法12</b></p><p>　　1.1藻種來源12</p><p>　　1.2 藻種培養(yǎng)12</p><p>　　1.3種群生長檢測方法12</p><p>　　1.4光合參數(shù)測定方法12<

49、;/p><p>　　1.5鈣化作用參數(shù)測定方法13</p><p><b>　　2.實驗內(nèi)容13</b></p><p>　　2.1 最適溫度條件下，不同光照強度對顆石藻種群生長、光合作用和鈣化作用的影響13</p><p>　　2.2 溫度差異情況下，顆石藻種群生長、鈣化和光合參數(shù)的響應特征13</p>

50、<p>　　2.3 種群生長脅迫環(huán)境中，種群生長、鈣化和光合參數(shù)響應特征14</p><p><b>　　3 實驗結(jié)果14</b></p><p>　　3.1最適溫度條件下，不同光照強度對顆石藻種群生長、光合作用和鈣化作用的影響14</p><p>　　3.2溫度差異情況下，顆石藻種群生長、鈣化和光合參數(shù)的響應特征17&l

51、t;/p><p>　　3.3種群生長脅迫環(huán)境中，種群生長、鈣化和光合參數(shù)響應特征19</p><p><b>　　4.討論22</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p>　　摘要: 顆石藻是具有典

52、型生物礦化過程的海生型微型藻類。由于生物量巨大，并且其光合作用和鈣化作用過程，都與碳元素的生物地化循環(huán)密切相關(guān)，因此，顆石藻是全球環(huán)境問題研究、生物礦化機制研究、元素的生物地化循環(huán)研究等領(lǐng)域中的重要研究對象。顆石藻種類繁多，其中Pleurochrysis屬的顆石藻是沿岸海域和圍塘環(huán)境中常見種類，并且可以形成單種高密度水華。關(guān)于顆石藻中光合作用和鈣化作用的協(xié)同關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，不同的種類兩者的相關(guān)關(guān)系或是互逆、或是協(xié)同、或是不相關(guān)，并且，鈣化

53、和光合作用途徑中的關(guān)鍵元素在何處關(guān)聯(lián)尚待研究。在我們前期的初步研究中發(fā)現(xiàn)，顆石藻Pleurochrysis carterae種群生長過程中以及細胞重新鈣化的過程中，其光合作用和鈣化作用表現(xiàn)出一種互逆相關(guān)的關(guān)系。為了從更廣泛的角度確證該屬顆石藻光合與鈣化作用的相關(guān)關(guān)系，本研究選擇了Pleurochrysis屬顆石藻中另一種鈣化程度較低的種類Pleurochrysis sp.，通過分析顆石藻在不同光照強度、溫度及兩者協(xié)同作用條件下，顆石藻種

54、群生長受到不同影響時，光合作用參數(shù)以及鈣化過程特征的變化，探討Pleurochrysis屬顆石藻光</p><p>　　關(guān)鍵詞：顆石藻；鈣化作用；光合作用；互逆關(guān)系</p><p>　　Abstract：Coccolithophore is a kind of marine micro-algae which has typical bio-mineralization process.

55、Because of its huge biomass and its role in the process of photosynthesis and calcification, which is closely related to the biological carbon cycle, Coccolithophore became an important object of study in global environm

56、ental issues and study of bio-mineralization mechanisms, even in biogeochemical cycling of elements. Coccolithophore has a variety of kinds, Pleurochrysis sp. is a common specie</p><p>　　Keywords: Coccolith;

57、 calcification; photosynthesis; reciprocal relationship</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　顆石藻是當今海洋中廣泛傳播的一種浮游微藻，它在夏季溫度適宜的高緯度地區(qū)大量繁殖，一直延伸到大陸架。它不僅能利用光合作用吸收CO2合成有機物，還能進行鈣化作用，在細胞表面形成以CaCO3為主要成分的

58、顆石?！?】。顆石藻產(chǎn)生的鈣質(zhì)層產(chǎn)物長久以來被認作是對海底石灰?guī)r沉積的最大貢獻者，以此成為地球上最大最長久的無機碳沉淀。由于光合作用和鈣化作用的同時存在，他們的相互關(guān)系對環(huán)境碳源、碳匯的循環(huán)和沉降過程及其對應相關(guān)的氣候變化等方面可能產(chǎn)生重要影響。</p><p>　　顆石藻的鈣化作用和光合作用在原料和反應產(chǎn)物之間發(fā)生聯(lián)系，光合作用利用CO2進行光合作用進行固碳，鈣化作用通過CO32-與Ca2+的結(jié)合并放出CO2達

59、到固碳的目的。此過程伴隨著CO2、HCO3-和CO32-等的變化，引起海水中pH的變化，同時由于顆石藻的固碳作用，鈣殼層不斷加厚并向外形成顆石粒，伴隨著鈣殼層在細胞中比重的增大，顆石藻在海水中呈現(xiàn)垂直分布【2】。</p><p>　　本研究針對來源與象山港的顆石藻Pleurochrysis屬的另一種鈣化程度相對低的品系進行分析，研究顆石藻受光照強度和溫度差異影響下，形成不同的種群增殖狀態(tài)、不同的光合作用條件，研究

60、期間相應的鈣化作用參數(shù)的變化特征。從一個新的角度，驗證Pleurochrysis屬顆石藻光合作用和鈣化作用的相關(guān)關(guān)系。</p><p><b>　　1材料與方法</b></p><p><b>　　1.1藻種來源</b></p><p>　　Pleurochrysis sp.為寧波大學微藻種質(zhì)庫保存種質(zhì)（NMBjih026

61、-1），分離自象山港水樣。</p><p><b>　　1.2 藻種培養(yǎng)</b></p><p>　　實驗前準備過濾4000ml天然海水，加熱煮沸5分鐘，靜置冷卻以待備用，配置f/2培養(yǎng)液。本實驗預備的擴大培養(yǎng)和實驗中的培養(yǎng)，均采用f/2培養(yǎng)液。</p><p>　　1.3種群生長檢測方法</p><p><b&g

62、t;　　顯微計數(shù)法</b></p><p>　　以血球計數(shù)板計數(shù)，跟蹤每次實驗中的細胞密度變化。</p><p>　　生長率計算公式為r=（lnNn-lnN0）/n，n為時間，Nn，N0為n和0時間點的細胞密度。</p><p>　　1.4光合參數(shù)測定方法</p><p>　　葉綠素a熒光法【3】</p><p

63、>　　利用手持式水下藻類植物光合熒光儀APFP-100測量懸浮液的光合參數(shù)QY和OD。</p><p>　　將藻懸液搖勻，取3ml于吸收池中，放入光合熒光儀中測得FV’/FM’、OD680和OD720，黑暗環(huán)境靜置20min后繼續(xù)測得Fv/Fm。</p><p>　　Fv/Fm為經(jīng)過暗適應（20min）后，所有電子門均處于開放狀態(tài)時測得的最大光量子產(chǎn)量，反應藻類的潛在最大光合能力。F

64、V’/FM’為在光照作用進行只有部分電子門處于開放狀態(tài)時測定的有效光量子產(chǎn)量，反應藻類當前的實際光合效率</p><p>　　OD680和OD720為藻懸液分別在680nm和720nm波長下測得的熒光值，實驗用N=OD680-OD720表示待測組藻懸液中葉綠素含量。</p><p>　　1.5鈣化作用參數(shù)測定方法</p><p><b>　　Ca2+熒光標

65、記法</b></p><p>　　將藻類密度升高到2*106cells·ml-1，加入2ml的EP管中，每管加入藻液1ml，染色前每管滴加1滴5%甲醛溶液，固定細胞30min后，離心10分鐘取下層沉積物，加入pH5.5,0.5mol·ml-1的MES-NaOH溶液500μL脫鈣2小時，離心取上清液250μL。用0.02%的Pluronic F-127溶液重懸浮至500μL，然后在實

66、驗組中加入10μL0.2mM的Fluo-3/AM溶液（最終濃度為4μM），以不染色組為對照，實驗組與對照組各3平行，放入25℃的培養(yǎng)箱中，避光孵化30min，取200μL加入96孔熒光板，用多功能酶標儀（激發(fā)波長488nm，發(fā)射波長526nm）測出熒光強度并記錄，反映細胞內(nèi)的Ca2+濃度。其中實驗組的熒光強度為F，對照組的自發(fā)熒光強度為F0，計算熒光強度變化△F=F-F0，以消除藻體的自發(fā)熒光。</p><p>

67、<b>　　2.實驗內(nèi)容</b></p><p>　　光溫條件對顆石藻光合鈣化的影響</p><p>　　2.1 最適溫度條件下，不同光照強度對顆石藻種群生長、光合作用和鈣化作用的影響</p><p>　　以25℃為最適培養(yǎng)溫度條件，設置光照強度組分別為：HG（25℃,5400lx）、HZ（25℃,2500lx）、HD（25℃,500lx）三組

68、，測量顆石藻的種群生長密度、光合作用QY和OD值，鈣化作用的熒光值。</p><p>　　控制培養(yǎng)箱溫度為25℃，調(diào)節(jié)培養(yǎng)箱內(nèi)光源，用光照強度測量儀控制光照強度為5400lx左右，此為HG組；用一層黑色尼龍紙包扎三角瓶，得到光照強度為2500lx左右的HZ組；用兩層黑色尼龍紙包扎三角瓶，得到光照強度為500lx左右的HD組。每個組別做至少5個平行樣品。</p><p>　　2.2 溫度差異

69、情況下，顆石藻種群生長、鈣化和光合參數(shù)的響應特征</p><p>　　以2500lx為最適培養(yǎng)光照條件，設置溫度差異分別為HZ（25℃,2500lx），MZ（15℃，2500lx）兩組，測量顆石藻的種群生長密度、光合作用QY和OD值，鈣化作用的熒光值。</p><p>　　控制培養(yǎng)箱溫度為25℃，光照強度設置為5400lx，包扎一層黑色尼龍紙的三角瓶的組別為HZ組；控制另一培養(yǎng)箱溫度為15

70、℃，光照強度設置為2500lx，為MZ組。每個組別做至少5個平行樣品。</p><p>　　2.3 種群生長脅迫環(huán)境中，種群生長、鈣化和光合參數(shù)響應特征</p><p>　　前期的研究表明，顆石藻在低溫環(huán)境下會停止細胞分裂，但需要在暗光照下細胞才能維持存活。本實驗分析種群生長脅迫時，其細胞鈣化的特征。</p><p>　　生長脅迫條件設置為LA（10℃，25lx），

71、測量此條件下顆石藻的種群生長密度、光合作用QY和OD值，鈣化作用的熒光值。</p><p>　　另起一培養(yǎng)箱設置溫度為10℃，光照強度設置為2500lx，包扎2層黑色尼龍紙的三角瓶為LA組。每個組別做至少5個平行樣品。</p><p><b>　　3 實驗結(jié)果</b></p><p>　　3.1最適溫度條件下，不同光照強度對顆石藻種群生長、光合

72、作用和鈣化作用的影響</p><p>　　由前期實驗得到25℃為顆石藻Pleurochrysis sp.的最適培養(yǎng)條件，在此溫度下，調(diào)節(jié)光照強度，分成HG（25℃,5400lx）、HZ（25℃,2500lx）、HD（25℃,500lx）三組，種群生長特征以種群的生長密度表示，每日測量記錄，圖表1為適宜培養(yǎng)溫度（25℃）環(huán)境中，顆石藻Pleurochrysis sp.在不同光照強度影響下的種群生長特征。發(fā)現(xiàn)顆石藻在

73、不同的光照條件下不大相同，但都符合生長規(guī)律。其中HG和HZ經(jīng)歷調(diào)整期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和衰落期，HG組的生長狀況略好于HZ，而在HD組中，藻類密度始終維持在最初的水平，此光照條件下不適合藻類細胞的生長繁殖。另有，在光照較高的條件下，藻類細胞更早的度過了調(diào)整期進行分裂生長，到培養(yǎng)后期隨著營養(yǎng)鹽的減少細胞密度不斷降低。因此，光照條件能影響藻類細胞進行生命活動從而影響種群的生長密度，一定條件下，更高的光照條件更適合藻類細胞的生長。</

74、p><p>　　圖 1.適宜培養(yǎng)溫度（25℃）環(huán)境中，顆石藻Pleurochrysis sp.在不同光照強度影響下的種群生長特征</p><p>　　HG（25℃,5400lx）、HZ（25℃,2500lx）、HD（25℃,500lx）（下箭頭處為第六天對樣品進行接種處理）</p><p>　　圖2.不同光照強度影響下，顆石藻Pleurochrysis sp.細胞表面鈣

75、化程度的變化</p><p>　　HG（25℃,5400lx）、HZ（25℃,2500lx）、HD（25℃,500lx）</p><p>　　圖表2為不同光照條件下，顆石藻Pleurochrysis sp.單位細胞表面鈣化程度的變化圖，在前三天鈣化作用并不明顯，HG、HZ和HD三組基本維持在一個水平，其中HD組略高于其他兩組。在第6天接種后的若干天，對顆石藻進行鈣化作用強度的檢測發(fā)現(xiàn)，HD

76、＞＞HZ＞HG，可以推測得到光照強度越大，鈣化作用強度越低，光照強度越低，鈣化作用越明顯。</p><p>　　圖3.不同光照強度條件下，顆石藻Pleurochrysis sp.光合參數(shù)的變化</p><p>　?。‵V/FM、FV’/FM’和N=OD680-OD720）</p><p>　　對比第4天和第11天數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，HG組和HZ組FV/FM 、FV’/FM’值

77、明顯下降，說明在第11天時HG和HZ組逐漸進入細胞生長平臺期，光合作用潛力降低，而生長較慢的HD組仍保持較強的光合作用潛力，如圖3中顯示。改變光照強度條件，細胞適應環(huán)境生長和繁殖的速率不同，以此來影響細胞生長進入平臺期的速率，使光合作用的潛力有所差異。</p><p>　　結(jié)合上述3圖，在25℃適宜種群增殖溫度下，光照強度的不同，會導致顆石藻的種群生長、細胞鈣化程度和光合參數(shù)的顯著差異。低光照環(huán)境下，光合作用受到

78、抑制，鈣化作用加強。但種群生長進入平臺期的時候，光合參數(shù)FV/FM 、FV’/FM’在受不同光照強度影響下，光照強度增加導致其光合參數(shù)下降，而低光照下沒有種群增殖的實驗組，光合參數(shù)FV/FM 、FV’/FM’維持高的水平。</p><p>　　3.2溫度差異情況下，顆石藻種群生長、鈣化和光合參數(shù)的響應特征</p><p>　　統(tǒng)一設定光照條件為2500lx，通過改變溫度條件來研究顆石藻種群

79、生長、鈣化和光合作用的響應特征，實驗中設HZ（25℃,2500lx），MZ（15℃，2500lx）兩組。此兩組顆石藻在對應溫度條件下的種群生長特征如圖4，兩者在接種后的一小段時間內(nèi)稍作調(diào)整后出現(xiàn)快速生長的特點。HZ組的溫度較高，藻類細胞迅速增值，細胞分裂活躍，大量消耗營養(yǎng)物質(zhì)，實驗后期，營養(yǎng)鹽濃度降低，致使細胞生長速率降低。MZ的溫度條件相對較低，生長初期出現(xiàn)耐受，生長速率較低，待一段時間的適應后，在尚且豐富的營養(yǎng)鹽水平下，種群穩(wěn)定增殖

80、，到試驗后期隨著營養(yǎng)鹽濃度降低，細胞的生長速率降低。因此在相同的光照條件下，溫度因素能影響藻類細胞的生長，溫度稍高，細胞提前進入增殖期，然后作細胞的自然生長繁殖。比較HZ和MZ第1到第3天的生長率和第7到第9天的生長率</p><p>　　rhz1-3=0.24 rhz7-9=0.08</p><p>　　rmz1-3=0.36 rmz7-9=0.19</p>

81、;<p>　　發(fā)現(xiàn)MZ組的種群初期生長率高于HZ組。</p><p>　　圖4.適宜光照條件下，顆石藻Pleurochrysis sp.在不同溫度強度影響下的種群生長</p><p>　　HZ（25℃,2500lx），MZ（15℃，2500lx）（下箭頭處為第六天對樣品進行接種處理）</p><p>　　圖5.不同溫度影響下，顆石藻Pleurochry

82、sis sp.細胞表面鈣化程度的變化</p><p>　　HZ（25℃,2500lx），MZ（15℃，2500lx）</p><p>　　研究顆石藻細胞表面的鈣化程度，同樣用以上所述的熒光法進行。在實驗期間，鈣化作用如圖 5所示，MZ組一度出現(xiàn)小降后略低于HZ組，但在之后的幾天內(nèi)MZ的鈣化作用明顯高于HZ組。對第11天HZ和MZ的單位細胞鈣化程度做單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)值＞F crit，因

83、此此溫度下的鈣化度差異有意義，表現(xiàn)為MZ的鈣化作用更為強烈。</p><p>　　圖 6.不同溫度條件下，顆石藻Pleurochrysis sp.光合參數(shù)的變化</p><p>　?。‵V/FM、FV’/FM’和N=OD680-OD720）</p><p>　　圖6為控制光照強度不變，不同溫度條件下顆石藻Pleurochrysis sp.光合參數(shù)的變化圖。圖中HZ組

84、的FV/FM 、FV’/FM’值基本保持不變，在第11天時出現(xiàn)小幅度下降，但HZ的變化幅度略微大于MZ，可見HZ組在到達平臺期后，光合作用潛力下降，而MZ組始終保持很大的光合作用潛力。</p><p>　　因此，在相同光照強度（2500lx）下溫度差異時，15-25℃時的種群增殖具有相似的最大生物量，但15℃時具有更快的初期增殖。并且，細胞的鈣化程度前期表現(xiàn)相似，但在第11天兩組出現(xiàn)明顯差異。溫度影響光合作用強度

85、，在15-25℃的溫度條件下相似但25℃組略占優(yōu)勢。</p><p>　　3.3種群生長脅迫環(huán)境中，種群生長、鈣化和光合參數(shù)響應特征</p><p>　　圖7為實驗期間不同光照和溫度條件下顆石藻Pleurochrysis sp.種群生長特征，為研究種群在脅迫環(huán)境中的生長和各方面的特征，實驗設LA組（10℃，25lx）進行研究分析，該培養(yǎng)條件不適合顆石藻Pleurochrysis sp.的生

86、長。顆石藻在接種后的幾天內(nèi)細胞密度基本平衡在某一區(qū)間，并不出現(xiàn)大批量的生長繁殖?？梢娒{迫環(huán)境抑制顆石藻的生長繁殖，良好的環(huán)境才有利于顆石藻的正常生命活動。</p><p>　　圖 7.種群生長脅迫條件下顆石藻Pleurochrysis sp.種群生長特征</p><p>　　LA（10℃，25lx）（下箭頭處為第六天對樣品進行接種處理）</p><p>　　圖8.種

87、群生長脅迫條件下（LA）與最適生長條件下（HG）顆石藻Pleurochrysis sp.鈣化作用變化對比</p><p>　　LA（10℃，25lx）、HG（25℃,5400lx）</p><p>　　研究種群生長脅迫條件下顆石藻Pleurochrysis sp.細胞表面鈣化程度（圖8）發(fā)現(xiàn)，單位細胞的鈣化作用明顯增加，表明生長脅迫條件下鈣化作用還是正常進行的。培養(yǎng)初期，藻類細胞增殖較快，

88、單位細胞的鈣化率并不高，待細胞過度到穩(wěn)定期，隨著鈣化作用的進行，單位細胞鈣化率有所增加。</p><p>　　圖9.種群生長脅迫條件下，顆石藻Pleurochrysis sp.光合參數(shù)的變化</p><p>　　（FV/FM、FV’/FM’和N=OD680-OD720）</p><p>　　圖9為顆石藻在生長脅迫條件下LA與最適條件下HG的光合參數(shù)變化對比，F(xiàn)V/F

89、M 、FV’/FM’略微下降，單位細胞葉綠素含量下降較快，細胞維持較高的光合作用潛力，與HG條件下的光合參數(shù)具有相當大的差距。當細胞內(nèi)的溫度過低，細胞內(nèi)酶活性較低，細胞生長速率和光合作用效率均較低。</p><p>　　種群增殖受脅迫的低溫低光照環(huán)境中，光合和鈣化的互逆關(guān)系尤為顯著。低溫光脅迫下，細胞分裂停滯，鈣化作用加強。但是，從光合參數(shù)來看，較最適生長的光溫環(huán)境而言，低溫低光照環(huán)境下，顆石藻能維持高的光合潛力

90、。從這個特征也說明了顆石藻能夠在最適環(huán)境條件下，能夠迅速實現(xiàn)種群的快速增殖。</p><p><b>　　4.討論</b></p><p>　　從實驗結(jié)果分析可以得到，顆石藻Pleurochrysis sp.是一種廣溫型分布于全球海域的藻類， Sorrosa等【4】研究低溫對E.huxleyi生長的影響發(fā)現(xiàn)，E.huxleyi最適生長溫度為25℃，低溫下（10℃以下）

91、顆石藻沒有種群增殖。而且藻類在度過低溫適應期后，可以出現(xiàn)長時間的連續(xù)增殖，這一現(xiàn)象與顆石藻在高緯度的高光照低溫環(huán)境中可形成高密度水華的特征吻合【5】。</p><p>　　到底顆石藻的鈣化作用與光合作用關(guān)系如何，這兩個過程的生態(tài)學機制是什么？對于顆石藻的生理生態(tài)學主要集中在對E.huxleyi的研究。在此研究之前，有學者做過大量的實驗證明顆石藻鈣化作用與光合作用的相互關(guān)系，不同的種類兩者的相關(guān)關(guān)系或是互逆、或是協(xié)

92、同、或是不相關(guān)【6】【7】【8】。對E. huxleyi的研究表明，其光合作用依賴于鈣化作用，鈣化作用促進光合作用。研究者認為，鈣化過程作為一個低消耗的有效途徑直接為葉綠體提供CO2，增加了細胞壁內(nèi)CO2的溶解，然后提高了進行光合作用的位點葉綠素中的CO2濃度【9】。另外，鈣化作用能去除細胞多余的能量，因此可防止光合作用引起的傷害【10】。Paasche【11】對E.huxleyi的研究中，當細胞在無鈣的培養(yǎng)基中生長時，鈣化作用停止，但

93、光合作用卻不受影響。同樣地，非鈣化N-cell 能和鈣化C-cell進行效率等同甚至更高的光合作用。Herfort【12】認為光合作用并非依賴鈣化作用，在實驗中E.huxleyi的鈣化株與脫鈣株的光合作用無顯著差異。同樣，他采用陰離子交換載體抑制劑DIDS和SITS抑制鈣化作用，其光合作用并不受影響。一種可能的解釋</p><p>　　本實驗中通過研究不同光照溫度條件下顆石藻種群的生長特征，并比較不同光照或者溫度

94、下光合作用和鈣化作用因素的改變，探究光合作用和鈣化作用的相互關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當保持最適溫度，改變光照因素時和保持最適光照強度，改變溫度因素時，光合作用和鈣化作用都成互逆關(guān)系，而當顆石藻處于脅迫狀態(tài)時，光合作用受阻，但是鈣化作用增強。</p><p>　　那么光合作用與鈣化作用的耦合機制是如何的？經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，首先光合作用產(chǎn)生的能量可以驅(qū)動HCO3-和鈣離子的吸收，從而促進鈣化作用。反過來相應的鈣化作用可以向光合作用提

95、供必需的CO2和H＋（質(zhì)子泵）【14】，用方程式表示：Ca2++2HCO3-→CaCO3+H2O+CO2；Ca2++HCO3-→CaCO3+H+</p><p>　　通過本研究的分析，再一次的印證了顆石藻種屬Pleurochrysis sp.光合作用與鈣化作用互逆的關(guān)系。當然，影響鈣化光合關(guān)系的因素還有很多，比如說Ca2+濃度、HCO3-濃度【15】、pH、光合作用抑制劑【16】等，通過對藻類的全面研究，更好的了

96、解顆石藻于自然的關(guān)系，并合理地進行開發(fā)利用。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】Westbroek P,Young J R,Linschooten K.Coccolith production (biomineralization) in the marine alga Emiliania huxleyi[J].Journal

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