CO_2浓度和阳光紫外辐射变化对珊瑚藻生理生化的影响

【摘要】：人类活动导致的大气CO_2浓度升高和由此引起的全球变暖以及海洋酸化对海洋钙化生物的影响越来越引起人们的重视;同时由于臭氧层减少引起的阳光紫外B辐射(UVB,280–315 nm)增加也引起了人们的广泛关注。钙化藻类,作为造礁生物的一种在海洋碳循环中起着重要的作用;然而,迄今对钙化藻类对海洋酸化及紫外辐射的响应尚缺乏认识。为此,本论文选择珊瑚藻类的无柄珊瑚藻(Corallina sessilis)为材料,探讨了其对海洋酸化(高CO_2/低pH)及阳光紫外辐射(UVR, 280–400 nm)的生理响应,并研究了UVR和酸化的耦合效应,主要结果如下: 在提高CO_2浓度(1000 ppmv),改变海水碳酸盐系统(pCO_2升高,pH下降)的条件下,该藻的钙化量显著下降,且生长受到抑制。UVR对光合及钙化的影响,在高CO_2浓度(1000 ppmv)下,与对照(380 ppmv)相比明显增大。UVR在抑制藻体的生长、光合及钙化作用的同时,降低了光合色素(Chl.a和PE)的含量,这种负面效应,在酸化状态下明显增大。该结果说明,海洋酸化会增加UVR对细胞的损伤作用。另外,通过进一步研究细胞抵御UVR的机制,发现在酸化状态下紫外吸收物质和类胡萝卜素的含量增加。 另外,藻体钙化量(PIC)与有机物(POC)的比例,影响其对UVR的生理响应。当藻体PIC/POC比值较高时,光合能力和钙化能力较强,UVR对光合导致的抑制率较小,显示了PIC的保护作用。当PIC/POC比值较低时,藻体的生长、光合和钙化作用都受到了UVR较大的抑制,此时紫外吸收物质含量较高,显示了藻体牺牲生长增加UVR防御的一种策略。 在以上结果的基础上,通过渐进式提高CO_2浓度(150、380、800和1000 ppmv),验证了海水逐步酸化的生态效应。与150 ppmv CO_2相比,在380 ppmv下藻体的光合放氧与钙化速率均有升高,而进一步的CO_2浓度升高又导致光合放氧和钙化速率的下降。总之,海洋酸化会减少珊瑚藻类钙化量、光合作用与生长,并且会使得UVR对藻体的损伤增大。尽管该类藻类会通过增加紫外吸收物质抵御UVR,但这种机制在海洋酸化状态下不足以缓解UVR的负面作用。