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《湖北工业大学》 2017年
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硅藻对阳光UV辐射和CO_2浓度升高的光合响应

石琦  
【摘要】:大气中的CO2浓度持续上升,引起海水升温,并使得海水表面pCO2增加,导致海洋酸化。同时,臭氧层变薄使得到达地面的紫外辐射增强。这些环境因子的变化将对浮游植物产生各种影响。硅藻贡献了海洋初级生产力的40%以上,在碳和硅的生物地化循环过程中起着非常重要的作用。海洋酸化、海水升温及阳光UV辐射增强对硅藻的单独及耦合效应如何,还尚未得到充分的认识。因此,本文通过调控海水的碳酸盐系统,模拟2100年的海洋酸化状态(CO2:1000 ppmv),以两种不同粒径的硅藻威氏海链藻(Thalassiosira weissflogii)和假微型海链藻(Thalassiosira pseudonana)为研究对象,探讨了海洋酸化、海水升温、紫外辐射及其耦合效应对两种硅藻生长及光合生理特性的影响及作用机制。主要结果如下:酸化促进两种硅藻假微型海链和威氏海链藻的生长,且较大的威氏海链藻生长速率增长更为显著。两种硅藻适应酸化条件后其PSII最大光化学效率Fv/Fm和光合效率(α)与CO2 400ppmv下相比均无明显差异,但NPQ均表现下降。酸化也导致半饱和光强Ik与相对最大电子传递速率rETRmax升高,且威氏海链藻细胞PsbA蛋白及Rubisco含量增加。适应酸化后的细胞暴露在高光辐射下,其受光抑制程度增加,并诱导积累较高的NPQs,较小的假微型海链藻具有较高的PSII光失活的功能性截面积(σi),对光抑制敏感度更高。不同的酸化培养模式(400-1000ppmv;400-600-800-1000 ppmv)对硅藻细胞的影响无显著差异。海水升温(24oC)提高了两种硅藻的光失活速率常数(Kpi),酸化减轻了该效应。酸化条件下两种硅藻,尤其是较大的威氏海链藻,具有较高的PsbA清除速率(KPsbA)。两种硅藻在高光强辐射下,尤其是酸化条件下,PsbA和PsbD蛋白表现类似的翻转速率。当Kpi大于KPsbA时诱导NPQs的产生,酸化条件下低温可引发较高的NPQs。威氏海链藻较之于假微型海链藻诱导更高的SOD和CAT活性,升温提高抗氧化酶活性,酸化对其无影响。UV辐射与酸化耦合使得硅藻的光化学活性进一步降低。可见光下,两种硅藻应对高光强的PSII修复速率(r)均高于损伤速率(k),因此表现相对较高的Fv/Fm值,UV辐射存在时,尤其是假微型海链藻,受损伤速率显著高于修复速率,受光抑制程度显著。酸化和UV辐射耦合条件下两种藻的r/k值均降低。高光照射诱导NPQs的产生,UV辐射下两种硅藻具有较高的NPQs值,酸化无显著影响。UV辐射显著降低两种硅藻PSII反应中心PsbA和PsbD蛋白的含量。而在可见光下,威氏海链藻细胞PsbA蛋白含量维持稳定,尽管其Fv/Fm表现下降。UV与酸化耦合作用下两种硅藻具有较高的PsbA蛋白清除速率。总之,pCO2升高海洋酸化及UV辐射单独及耦合作用对假微型海链藻和威氏海链藻产生不同的影响。酸化导致硅藻对光抑制敏感度增强。从本研究结果来看,在未来海洋变暖,酸化及紫外辐射增强的多种因子变化的海洋环境下,较大的威氏海链藻可能具有更多的优势。这还有待于对多种硅藻进行探讨。
【学位授予单位】:湖北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q945.11;X173

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