【摘要】：自工業(yè)革命以來,人類對自然的干擾與日俱增,引起了一系列的全球環(huán)境問題。由人為排放過量CO2導致的全球氣候變暖更是成為全球研究熱點。海洋是全球重要的碳儲庫,吸收了大約1/3的人為排放的CO2。這些CO2溶于海水,導致海水中溶解態(tài)CO2濃度上升,海水pH下降,即海洋酸化。硅藻是海洋重要的固碳生物,貢獻了海洋40%,全球1/4的初級生產(chǎn)力,在全球碳循環(huán)中扮演重要角色。除此之外,硅藻具有較高的生物泵效率,貢獻了超過一半的海洋有機碳向下輸出的通量,對緩解全球氣候變暖具有重要意義。目前對硅藻的酸化研究大多只是對現(xiàn)象的描述,鮮有從機理上對酸化的影響進行闡述。海洋酸化包括CO2和pH這兩個因素的同時變化,要從機理上對酸化如何影響硅藻進行解釋必須考慮這兩個因子分別的效應。然而,用傳統(tǒng)方法進行酸化研究無法區(qū)分兩個因子,從而限制了對酸化影響藻類進行深層次機理上的探討。據(jù)此,本研究從區(qū)分海洋酸化的雙效應出發(fā),以人工海水SOW為基礎,通過投加不同濃度的NaHCO3,同時以強酸強堿調節(jié)培養(yǎng)液pH,再以有機酸EPPS穩(wěn)定培養(yǎng)液pH等一系列手段來實現(xiàn)對培養(yǎng)液碳酸鹽體系的調控,達到區(qū)分CO2和pH這兩個因子的目的。研究第一部分以海洋代表性硅藻牟氏角毛藻、假微型海鏈藻和三角褐指藻為研究對象,對其無機碳獲取過程在四個不同的pCO2-pH條件(400-8、800-8.1、400-7.8、800-7.8)下的響應進行研究,探討CO2及pH如何影響硅藻無機碳獲取以及其對硅藻生長的影響。研究第二部分以牟氏角毛藻為模式生物,通過對藻類生長、碳代謝和氮代謝等不同生理生化過程在四個不同pC02-pH條件下響應來探究海洋酸化(400-8.1vs800-7.8)對其影響,總結部分綜合研究兩部分內容及前人數(shù)據(jù)對海洋酸化的兩個因子(CO2和pH)影響海洋硅藻的機理進行初步探討。實驗第一部分結果表明,酸化條件下(400-8.1vs800-7.8)三種硅藻的CCM都有一定幅度的下調。而且CO2是主要的調控因子,CO2濃度上升對三種硅藻CCM的下調都有一定作用,但pH對硅藻CCM則沒有影響。橫向對比三種硅藻的CCMs,牟氏角毛藻的K1/2最大,并且在酸化條件(400-8.1vs800-7.8)下提高利用CO2作為碳源的幅度最高(牟氏角毛藻38%,假微型海鏈藻16%,三角褐指藻20%),因此其CCM效率可能最低,可能更受益于酸化((CO2濃度上升)。實驗第二部分結果表明:酸化(400-8.1vs800-7.8)促進了牟氏角毛藻的生長(13%),且CO2的上升是主要的影響因子。酸化(400-8.1vs800-7.8)對碳代謝中的總固碳速率(Shor term 14C uptake rate)、凈固碳速率(Net C uptake rate)都有較大的促進作用,且CO2的上升和pH下降都有一定貢獻。然而這兩個因子對牟氏角毛藻呼吸速率基本沒有影響,導致凈生長加快。實驗結果還表明牟氏角毛藻的氮代謝和碳代謝是同步變化的。酸化(400-8.1vs800-7.8)對牟氏角毛藻的凈氮同化速率也是促進的(CO2的上升和pH下降共同影響),這一點由氮同化的關鍵酶硝酸還原酶的活性與凈氮同化速率同步變化這一結果印證。因此對牟氏角毛藻而言,CO2的上升和pH下降共同導致對碳的吸收加強,并且?guī)拥奈胀訌?最終導致酸化條件(400-8.1vs800-7.8)細胞對碳、氮的吸收加快,生長加快。但并不是所有硅藻對酸化的響應都是一致的,結合實驗第一部分內容以及實驗室未發(fā)表數(shù)據(jù)可知,酸化(400-8.1vs800-7.8)并不一定會導致硅藻生長加快,假微型海鏈藻的生長對CO2的上升和pH都沒有響應,C02的上升對三角褐指藻的生長有一定促進作用,最終導致酸化(400-8.1vs800-7.8)下生長加快(3.3%)。不同硅藻對海洋酸化的不同響應存在明顯區(qū)別,這可能與不同調控因子(CO2或pH)調控不同生理生化過程(無機碳獲取、呼吸作用等)所造成的凈效應導致。牟氏角毛藻的無機碳獲取受CO2調控,在酸化條件下(400-8.1vs7.8-900)節(jié)省能量,促進了生長。假微型海鏈藻的呼吸作用受pH調控,在酸化條件下呼吸加強,消耗固碳與CO2的正效應抵消,最終導致假微型海鏈藻對酸化無響應。三角褐指藻的無機碳獲取受CO2調控,在酸化條件下節(jié)省能量,促進了生長,但幅度較弱�？傊�,不同硅藻對海洋酸化的響應不同,有促進也可能沒有效應。從初步生理機理上來看,可能是無機碳獲取過程(CO2調控)和呼吸作用(pH調控)以及碳、氮吸收等生理過程的凈效應。
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X173;X55
【圖文】：

等人在夏威夷的莫納羅亞觀測站，對大氣Ｃ０２濃度及其時間序列數(shù)據(jù)進行精確、逡逑系統(tǒng)的采集。得到的數(shù)據(jù)繪制成的基林曲線（Ｋｅｅｌｉｎｇｃｕｒｖｅ）可以清楚、直觀地逡逑得到大氣Ｃ０２濃度隨時間變化的趨勢。圖１－１為１７００年至今的大氣Ｃ０２濃度隨逡逑時間變化圖，從圖１－１中我們可以看出，大氣（：０２濃度在工業(yè)革命后急劇上升，逡逑并且增長速率越來越大，目前大氣Ｃ０２濃度已經(jīng)突破了邋４００邋ｎａｔｍ，對比１７００年逡逑上升了邋４９％。如果不對Ｃ０２進行人為調控，減少碳排放，任由局勢發(fā)展，大氣逡逑中Ｃ０２濃度只會越來越高，根據(jù)ＩＰＣＣ的對未來Ｃ０２排放量所做的模型（ＩＳ９２ａ）逡逑模擬可以得到，到本世界末，大氣Ｃ０２濃度可能會增至７５０－１０００邋＾ａｔｍ＇大氣逡逑Ｃ０２濃度上升導致的氣候變暖、冰川融化、海平面上升和異常氣候頻發(fā)等現(xiàn)象會逡逑更嚴重，對人類的生存環(huán)境的威脅也更加史無前例。逡逑１逡逑

邐１９５０邐２０００逡逑圖１－１大氣ｃｏ２濃度隨時間變化趨勢１６１逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｒｅｎｄｓ邋ｏｆ邋ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｄｉｏｘｉｄｅ邋ｓｉｎｃｅ邋１７００逡逑通過對大氣ｃｏ２的長期觀測以及人類消耗的礦物燃料等數(shù)據(jù)的分析表明，逡逑大氣Ｃ０２的增加量遠小于人類活動的釋放量，大氣Ｃ０２的增量大約只占４０％的逡逑人為釋放總量［７］。其余的人為來源ｃｏ２最可能的去向就是周轉時間為幾十年到幾逡逑百年的碳庫。這些碳庫將人為ｃｏ２從空氣中暫時固定下來，對降低大氣（：０２具逡逑有重要作用。海洋是大氣ｃｏ２重要的一個儲庫［７］，自工業(yè)革命以來，海洋從大氣逡逑中吸收的Ｃ０２占人為排放二氧化碳的３０％ｍ，因此海洋作為Ｃ０２的一個重要儲逡逑庫，對緩解全球變暖具有重要作用。海洋吸收大氣ｃｏ２的主要途徑有兩條，一逡逑是通過溶于水的（：０２與（；０３＞反應形成ＨＣ０廠，并且由于這一反應的平衡常數(shù)很逡逑大

４邐５邐６邐７邐８邐９邐１０邐１１逡逑ｐＨ逡逑圖１－３海水中三種無機碳相對含量隨ｐＨ變化１９１逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｈｒｅｅ邋ｉｎｏｒｇａｎｉｃ邋ｆｏｒｍｓ邋ｏｆ邋Ｃ0２邋ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ邋ｉｎ逡逑ｓｅａｗａｔｅｒ逡逑１．３海洋酸化對硅藻的影響逡逑海洋酸化對海水碳酸鹽體系有較大影響（見緒論１．２）。由于生境發(fā)生變化，逡逑生活在海水中的浮游植物不可避免的也會對海洋酸化有一定響應。海洋酸化通過逡逑影響浮游植物群落結構最終影響整個海洋生態(tài)系統(tǒng)，和全球生物地球化學循環(huán)。逡逑由于海洋酸化是海水Ｃ０２濃度上升和ｐＨ下降同時發(fā)生的，這兩個因素可能會對逡逑海洋浮游植物的各生理生化過程造成影響。逡逑１．３．１海洋浮游植物與硅藻的生態(tài)意義逡逑海洋浮游植物對全球固碳有重大貢獻。由于浮游藻類生長很快，因此以不到逡逑陸地植物１％的生物量貢獻了全球一半的初級生產(chǎn)力［ｉａｉｌ］。浮游植物驅動大氣中逡逑的Ｃ０２不斷溶于海洋，被稱為海洋生物泵［１２］（圖卜４），是全球重要的碳匯之一。逡逑海洋生物泵的運作主要是靠浮游植物的光合作用固定大氣中的Ｃ０２為顆粒有機逡逑物（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ邋Ｏｒｇａｎｉｃ邋Ｃａｒｂｏｎ，邋Ｐ０Ｃ），固定的Ｐ０Ｃ通過更高營養(yǎng)級動物的攝逡逑食作用向深海運輸，并經(jīng)分解、沉降將碳埋藏在深海。除此之外，浮游植物和浮逡逑游動物還會釋放溶解有機碳（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ邋Ｏｒｇａｎｉｃ邋Ｃａｒｂｏｎ

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

1 高坤山;;海洋酸化正負效應:藻類的生理學響應[J];廈門大學學報(自然科學版);2011年02期

2 ;Effect of CO_2 concentrations on the activity of photosyn-thetic CO2 fixation and extra-celluar carbonic anhydrase in the marine diatom Skeletonema costatum[J];Chinese Science Bulletin;2003年23期

3 胡晗華,高坤山;CO_2濃度倍增對牟氏角毛藻生長和光合作用的影響[J];水生生物學報;2001年06期

本文編號：2770307