铝对海洋浮游植物的生长效应及其机理研究

The project intends to study the relationship between dissolved aluminum (Al) concentration and phytoplankton community construction, size fractionated base structure and primary productivity in the Northern South China Sea, as well as effects of different concentrations of dissolved aluminum (Al), the specific form of Al on the growth of different taxa of phytoplankton, and the dynamic changes in size structure. We will focus on Al and other biogenic elements (N, P, Si) co-effects on phytoplankton growth, to stress if phytoplankton assimilating or absorbing aluminum, to identify and understand the physiological channels of different phytoplankton groups to use different Al type, and to explain why Al can serve as a nutrient for different phytoplankton taxa or size. That will allow us to better understand the role of Al in the marine biological pump and the carbon cycle. Field observations， in situ incubation and ecological experiments in lab were adopted in our project.

本项目拟采用海上现场观测和培养、室内生态试验相结合，通过研究南海北部海域海水中溶解铝（Al）与浮游植物种群、粒级结构的动态变化和海洋初级生产力的关系；溶解铝Al的不同浓度和特定形态对不同类群浮游植物生长的影响；以及Al和其他生源要素（N、P、Si）等对浮游植物的生理协同作用；弄清铝对不同种群、粒级浮游植物的生长效应及利用途径，鉴别认识浮游植物不同类群对Al的吸附或同化作用，并探讨Al对浮游植物的营养机理，探索Al在赤潮生消过程中的作用，为研究大气沉降的Al在海洋生物泵和碳循环中的作用提供理论依据。

南海200m等深线处及大陆坡区域溶解态Al变动剧烈；垂直分布上，Al与甲藻、叶绿素a显著正相关，不同季节，深海海盆区Al在真光层具有相似的垂直分布；:海洋中Al的浓度上升0.5 μmol/L即能改变海洋浮游植物群落结构，并且Al主要通过影响聚球藻的生长影响pico级海洋浮游植物的总丰度。Al通过促进聚球藻光合相关基因（psbA）的表达及4种光合色素（藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和叶绿素a）的合成使其光合作用增强，进而促进聚球藻的生长，同时Al明显促进了聚球藻对低浓度营养盐的利用。营养丰富状态下，0.2 μM和2 μM铝对两种固氮蓝藻生长表现为抑制作用或者无影响；贫营养状况下，0.2 μM和2 μM铝一般刺激两种固氮蓝藻生长；并发现低营养培养基中Al促进了硅藻的生长，同时Al可促进浮游植物对有机磷的利用。在磷充足情况下，铝处理后Crocosphaera watsonii细胞的大小，光合色素含量和光系统II（PSII）原初光能转化效率（Fv/Fm）都显著降低，生长速率和固氮速率明显受到抑制，并且随着铝浓度增加抑制效应越明显；铝主要通过影响Crocosphaera watsonii的光合作用、固氮作用和对磷的吸收进而影响其生长状态。研究成果为南海溶解态铝的生物地球化学循环及不同类群藻类对Al的生态响应研究提供重要基础，为研究Al在海洋生物泵和碳循环中的作用提供理论依据。