海洋酸化下大型经济海藻种间竞争关系的变化及其机制的研究

Owing to different algal inorganic carbon utilization and resistance to acidified seawater, the physiological responses of macroalgae to ocean acidification that induced by ambient CO2 rising might be various. Thus the balances of interspecific competition among macroalgae, which established after long adaptation, are likely to change, which will influence maricultivation practices and the algal economic benefits, as there is many macroalgal species artificially cultivated in China in large scale. In the present research proposal, we selects Sargassum fusiforme (Sargassaceae), the economical macroalgae in China, and Ulva lactuca (Chlorophyta), its potential competitive species during maricultivation, to carry out controlled laboratory experiments and in situ experimental verification with morphological and physiological research means. This is aiming to investigate the changes of interspecific competition in economical macroalgae impacted by ocean acidification, and to reveal their adaptive mechanisms of growth, light, and change patterns of carbon- nitrogen metabolism. This proposal probe into the influences of ocean acidification on economic seaweed cultivation practice at physiological-ecology level, aiming to further study the response mechanism of macroalgae with its ecological function to ocean acidification, and to provide scientific data and practice references for marine macroalgae cultivation and ecological remediation under the background of climate change in the future.

由于大型海藻对溶解性无机碳的利用能力及对酸化的抵抗力不同，在大气CO2浓度升高引起的海洋酸化效应下，不同大型海藻种类间表现为差异性的响应特性，因此大型海藻之间经过长期适应形成的种间竞争关系很可能发生变化。我国经济海藻的人工栽培规模巨大，而这种竞争关系的变化很可能影响经济海藻的栽培实践与经济效益。本研究以我国重要经济海藻羊栖菜及其潜在的竞争种类石莼为研究对象，结合室内实验及原位实验，利用形态学与生理生化等手段，揭示在海洋酸化下经济海藻种间竞争关系的变化状况，及其在不同营养条件下的生长适应性、光适应机制和C-N代谢变化机制，阐明在海洋酸化下，处于竞争状态的大型经济海藻的形态及生理特性发生的变化及其机制，从生理生态学角度深入探讨海洋酸化对经济海藻栽培实践的影响，进一步完善海洋酸化对大型海藻生态功能的影响机制，为未来气候变化背景下的大型经济海藻栽培与生态修复等提供科学依据与实践上的参考。

由于大型海藻对溶解性无机碳的利用能力及对酸化的抵抗力不同，在大气CO2浓度升高引起的海洋酸化效应下，不同大型海藻种类间表现为差异性的响应特性，因此大型海藻之间经过长期适应形成的种间竞争关系很可能发生变化。我国经济海藻的人工栽培规模巨大，而这种竞争关系的变化很可能影响经济海藻的栽培实践与经济效益。本项目以课题组优化培育的具有大气囊等特征的羊栖菜养殖品系以及养殖过程中的主要大型附生海藻石莼属绿藻为材料，通过室内模拟海洋酸化和种间竞争条件，开展了海洋酸化效应下大型经济海藻的种间竞争变化机制的研究工作。通过本项目的实施，揭示了在海洋酸化背景下经济海藻羊栖菜与附生石莼的种间竞争关系的加剧变化状况，研究了羊栖菜和石莼的光合固碳过程、N 吸收与同化对海水酸化与种间竞争响应特性等形态与生理特性以及二者之间的差异性，比较分析了海水酸化与种间竞争条件下羊栖菜的元素、氨基酸含量。研究表明，附生海藻对海水中的无机碳和营养物质的竞争性利用对羊栖菜的生长产生胁迫效应；海水酸化会造成光合作用-天线蛋白、卟啉与叶绿素、氨基酸的生物合成等的相关基因的差异表达，而且种间竞争作用下，羊栖菜更加明显地下调了其氮代谢与氨基酸合成等过程的相关基因表达量。在海域栽培实践中，附生藻类的影响将随着栽培周期的延续以及海藻生物量的增加而更加显著，这将在很大程度上影响经济海藻的养殖实践和海藻产量。相关研究结果从生理生态学角度深入地探讨了海洋酸化对海洋生态系统功能的影响，为未来气候变化背景下的大型海藻栽培与管理、构建海藻群落提供科学依据与数据支持。