【摘要】：大型海藻在生物量生產及CO2生物削減方面具有很大的潛力,對緩解全球變暖起著非常重要的作用。大氣中的CO2濃度不斷升高引起了海水中碳酸鹽體系及p H的變化,海水酸化以及氣溫上升對大型海藻的生理特性和化學組分等產生了很大的影響。本研究以我國南方海域主要栽培海藻龍須菜(Gracilaria lemaneiformis)和壇紫菜(Pyropia haitanensis)為研究對象,通過室內模擬海洋酸化條件等,著重研究了兩種海藻在氣候變化背景下對大氣中CO2濃度升高以及與其他環(huán)境影響因素(如光照、營養(yǎng)物質、重金屬離子等)的耦合效應的形態(tài)學及生理生態(tài)學響應,以及在該背景下經濟海藻與其他藻類的種間競爭作用,為海藻栽培應對氣候變化、以及沿岸海域生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全管理提供重要基礎理論、對策思考和技術支持。兩種海藻對酸化條件(大氣CO2濃度從390μL?L-1升高至1,000μL?L-1,p H水平從8.17下降至7.78)的即時光合響應結果表明,在2 h酸化過程中,酸化后的海水對龍須菜的光合作用先促進后抑制,但在整個過程中龍須菜對光照條件的耐受能力幾乎沒有發(fā)生變化。而壇紫菜的電子傳遞速率以及對光能的利用效率經過短暫的抑制后,逐漸恢復。在1 h內壇紫菜對強光的耐受力先增加后降低。在面對酸化的海水時,龍須菜及壇紫菜在較短時間內仍然能保持相對較高的電子傳遞速率和光化學效率,但壇紫菜表現出比龍須菜更強的對短期酸化條件的適應能力。在高溫下的栽培期內(栽培末期),雖然龍須菜仍能增加較少的生物量,但相對于培養(yǎng)前期與中期,高溫期的階段性收獲量相對減少。海水酸化促進了高溫條件下生長的龍須菜的生長速率,卻也降低了龍須菜的氨基酸含量。過高的光照強度或海水酸化效應雖然會促進高溫條件龍須菜的生物量積累,但會降低高溫條件下生長的龍須菜的營養(yǎng)品質,致使龍須菜的品相及質量下降;但過低的光照條件下生長的龍須菜由于含水量較高,其生物量干重則相對較低。對龍須菜及石莼的競爭作用研究表明,在兩種CO2水平下,經濟海藻龍須菜的生長與光合作用效率均低于海藻石莼,而且石莼具有比龍須菜更高的光能利用效率。在混合培養(yǎng)時,龍須菜的生長及光合作用活性均受到了石莼的快速生長的影響,而且這種抑制作用在CO2水平升高時更加顯著。由于石莼具有相對更高的對海水無機碳的利用能力,加之近海污染加重提供了大量的營養(yǎng)物質,石莼能借助于提高的海水無機碳含量大量增殖,這將會對龍須菜的栽培產生更加嚴重的負面影響。壇紫菜對CO2濃度增加的生長及生理響應受到海水中N-P等營養(yǎng)水平的影響。在三種營養(yǎng)水平條件下,CO2水平增加均顯著地促進了壇紫菜對NO3-的吸收速率,但降低了其p H補償點、藻膽蛋白含量以及可溶性蛋白(SP)含量。CO2水平升高只在營養(yǎng)物質加富時顯著促進了壇紫菜的光合作用與生長。壇紫菜的硝酸還原酶活性與海水中的NO3-濃度并不是完全的正相關性,而且中等營養(yǎng)加富與高水平的營養(yǎng)加富對壇紫菜的生長等的促進作用之間的差異性并不顯著。CO2水平與溶解性鐵的耦合實驗表明,CO2加富增加了壇紫菜中的Chl a,可溶性碳水化合物(SC)的含量以及SC/SP比值,卻降低了SP含量。海水中添加鐵離子(包括Fe(II)-EDTA和Fe(III)-EDTA)促進了壇紫菜的最大光量子產量等葉綠素熒光參數,進而促進壇紫菜的光合作用速率和生長。在高CO2水平時,壇紫菜對鐵離子的利用效率增加,而且鐵離子濃度增加更加顯著地促進了壇紫菜的生長及光合作用,藻體中的SC含量以及SC/SP也顯著升高,增加了的SC滿足了構建藻體組織以及生長的物質及能量需求,這通過壇紫菜顯著增加的生長速率以及呼吸作用反應出來。CO2加富在一定程度上有利于壇紫菜葉狀體赤腐病的恢復。海水中CO2加富增加的DIC含量,滿足了患病壇紫菜對無機碳的需求,并促進了壇紫菜的光合作用以及Chl a及Car細胞含量,但降低了壇紫菜的PE含量�；疾喜丝赡芾迷诟逤O2條件下新合成的細胞成份抵抗細菌性赤腐病。這可能被用于壇紫菜栽培過程中赤腐病病害防治�？傊�,在面對即時的海水酸化條件時,經濟海藻龍須菜和壇紫菜的葉綠素熒光特性的響應有所差異。海洋酸化(CO2加富)對兩種海藻光合作用及其他生理代謝的影響,受其它環(huán)境條件的影響。在營養(yǎng)條件及光照條件適宜時,海洋酸化能夠促進兩種海藻的光合作用與生長,并在一定程度上有利于壇紫菜對病害的抗性。但隨著全球氣候變化加劇,龍須菜的質量在栽培末期將會受到一定程度的負面影響,而且石莼的增殖將嚴重影響龍須菜的栽培。此外,海洋酸化條件下微量元素鐵的溶解性增加,有利于壇紫菜的光合作用與生長,并最終影響栽培壇紫菜的產量。本研究表明,在研究大型海藻的生長及生理代謝對海洋酸化的響應機制時,應注重與其他環(huán)境條件的耦合效應,系統(tǒng)地闡釋大型海藻在海洋酸化條件下的響應趨勢。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S917.3

【參考文獻】

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1 林昱,林榮澄;RESEARCH ON RED TIDE OCCURRENCES USING ENCLOSED EXPERIMENTAL ECOSYSTEM IN WEST XIAMEN HARBOR, CHINA RELATIONSHIP BETWEEN NUTRIENTS AND RED TIDE OCCURRENCE[J];Chinese Journal of Oceanology and Limnology;2000年03期

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本文編號：2782582