不同粒径硅藻对海洋酸化的生理生态学响应

Human activity induced ocean acidification (OA) has aroused more and more attention, though most of marine organisms are affected by OA, it is hard, sometimes, to conclude a general response. Thus how to analysis and estimate the net effects of OA on marine organisms, has become an urgent issue. The size distribution of phytoplankton assemblages varies temporally and spatially, the appropriate size distribution facilitate marine ecosystem running healthily. Previous studies have shown that CO2 is a limiting factor for marine primary production, and big cells tend to be limited more. Therefore, it is proposed that the response of phytoplankton to OA should be affected by cell size. Moreover, most of previous studies did not pay attention to maintain carbonate system. In this study, we are planning to select representative diatom species according to size, growing in pH pre-adjusted seawater and maintained according to the newest guide for OA study, by using state-of-art technologies, e.g. several C14 techniques, chlorophyll fluorescence technique, elemental analysis etc., to find out how the diatoms physiologically respond to OA at micro and mesocosm levels, and establish the relationship with cell size, to estimate the size scaling resposne of diatoms to ocean acidification.

人类活动引起的海洋酸化已受到科学界越来越多的关注。对海洋生物而言，即使是同一门类的生物，响应有时也有很大差异，如何全面分析、估测酸化对海洋生物的效应，已成为当前的研究热点。浮游植物的粒径分布具有时空差异，受环境因子的调控，适合的粒径分布才能支撑海洋生态系统的正常运转。有很多研究表明海水中CO2是初级生产力的一个限制性因子，而细胞粒径越大，越容易受CO2的限制。因此，浮游植物对酸化的生理生态学响应在理论上应该与细胞粒径有某些内在关联，并影响到粒径分布。同时，大多数前期有关CO2的研究工作没有注意到碳酸盐系统的调控与维持。为此，本项目拟从不同大小硅藻入手，选取代表性的种类，遵循最新的海洋酸化研究规范，从生理学的角度找出硅藻响应海洋酸化的共性与不同点，并建立与细胞粒径的关系，结合中尺度围隔实验（Mesocosm），综合分析硅藻在生理生态学上对海洋酸化的响应，及与粒径分布变化的关系。

人类活动所引起的海洋酸化，已经受到了科学界的广泛关注。本研究以不同粒径的硅藻为研究对象，在模拟未来酸化环境下培养，发现不同粒径硅藻响应酸化存在明显差异，越大的硅藻，其生长速率受酸化的促进程度越高。通过进一步比较不同粒径硅藻的光合电子传递速率，发现酸化并没有显著影响该指标，表明硅藻生长速率的加快，主要是细胞内能量重新分配的结果，如CCM下调节约的光能用于光合作用以及生长等。同时还分析了光合作用相关的蛋白、叶绿素、细胞总蛋白及总有机氮，这些参数随着细胞的增大，其单位体积的含量均逐步降低。而大粒径的硅藻，将更多的氮元素用于光合固碳核心蛋白：RUBISCO酶的合成上。该策略显著提高了大粒径硅藻的无机碳利用效率，从而将大细胞的固碳速率维持到与小细胞相当的水平。另外在本项目的资助下，还开展了不同粒径硅藻响应紫外辐射的研究，并取得了一定的进展。