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大型海藻生长和光合功能对不同光环境条件的响应研究

武焕阳  
【摘要】:光是影响大型海藻生长与光合作用中非常重要的环境条件,而海藻总是生长在变化的光照条件(如光强与光质的变化)下。本研究以我国南方海域主要栽培海藻种类龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)与坛紫菜(Porphyra haitanensis)、以及重要生态常见类型海藻石莼(Ulva lactuca)为研究对象,通过海藻的实验室受控培养,利用生理生态学、形态学、及生化技术等分析手段,探讨了光强光质变化及与其它环境因素(温度、盐度、营养物质等)耦合作用对海藻生长、光合作用以及活性氧代谢等相关重要代谢功能的影响;并探讨了在不同光质背景下经济海藻与其它海藻的种间竞争作用;同时,论文探讨了LED光源下不同光质对海藻生长与光合功能特征,评估LED光源对海藻培养的应用潜力。研究结果显示,270μmol·m~(-2)·s~(-1)高光强水平可显著抑制龙须菜的生长及光化学活性,在高温31℃培养条件下更为显著,其光合色素合成受抑制作用显著,尤其是藻胆蛋白含量明显降低;高光对中温18℃培养下龙须菜抗氧化酶活性诱导显著,而高温培养下龙须菜SOD与CAT活性的降低预示了藻体细胞功能在极端环境下的部分受损。龙须菜与坛紫菜在低盐度10与高盐度50环境下光化学活性显著受到抑制,其SOD、CAT活性及LPO程度显著升高;270μmol·m~(-2)·s~(-1)高光强诱导龙须菜与坛紫菜生成过量ROS,高光强对极端渗透压下两种藻的适应具有协同作用;龙须菜较坛紫菜具有更高的短期低渗适应能力,而坛紫菜比龙须菜的短期高渗适应能力更强。龙须菜在蓝光、绿光与蓝+绿光LED光源下具有较高的光能利用效率,生长速率也较高,而石莼则在红光LED与日光灯光源下光合作用效率更高,龙须菜较石莼具有更强的蓝绿光利用能力,而石莼则具有相对更强的红光利用能力,两种藻类对不同光源的光合利用能力存在差异。两种藻类的光受体不同,它们对不同波长光的利用能力不同,色素的组成与变化差异影响了它们单生与共生时的生理生态适应,不同LED光源培养条件下,石莼的生长速率及光合作用光能利用效率普遍高于坛紫菜,石莼对坛紫菜或具有生长竞争抑制作用,尤其是红光与日光灯光源培养下这种抑制作用更加显著。高温可显著抑制龙须菜的生长、光化学活性及光合作用能力,且红光LED培养下这种抑制作用更为明显。高温31℃生长龙须菜SOD与CAT活性明显升高,红光较蓝光可明显诱导中温17℃生长龙须菜SOD与CAT活性升高,但高温环境下蓝光与红光对SOD与CAT活性影响差异不显著。本文研究为进一步认识大型海藻的光生物学特征提供了重要的理论依据。本研究表明,在研究大型海藻的生长及生理代谢应对海洋不同光环境条件响应机制时,应注重与其它环境因素的耦合生态效应,系统地阐述大型海藻在不同光环境条件下的响应趋势;同时,海藻培养中的LED光源调控技术是一项节能环保、经济有效且简单易行的新方法,具有突出的优势,将在水产养殖及环境保护领域中具有广阔前景。


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