【摘要】：大型海藻在生物量生產(chǎn)及CO2生物削減方面具有很大的潛力,對(duì)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(duì)大型海藻的生理特性和化學(xué)組分等產(chǎn)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(duì)象,通過室內(nèi)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(duì)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(zhì)、重金屬離子等)的耦合效應(yīng)的形態(tài)學(xué)及生理生態(tài)學(xué)響應(yīng),以及在該背景下經(jīng)濟(jì)海藻與其他藻類的種間競爭作用,為海藻栽培應(yīng)對(duì)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(chǔ)理論、對(duì)策思考和技術(shù)支持。兩種海藻對(duì)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(shí)光合響應(yīng)結(jié)果表明,在2 h酸化過程中,酸化后的海水對(duì)龍須菜的光合作用先促進(jìn)后抑制,但在整個(gè)過程中龍須菜對(duì)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(duì)光能的利用效率經(jīng)過短暫的抑制后,逐漸恢復(fù)。在1 h內(nèi)壇紫菜對(duì)強(qiáng)光的耐受力先增加后降低。在面對(duì)酸化的海水時(shí),龍須菜及壇紫菜在較短時(shí)間內(nèi)仍然能保持相對(duì)較高的電子傳遞速率和光化學(xué)效率,但壇紫菜表現(xiàn)出比龍須菜更強(qiáng)的對(duì)短期酸化條件的適應(yīng)能力。在高溫下的栽培期內(nèi)(栽培末期),雖然龍須菜仍能增加較少的生物量,但相對(duì)于培養(yǎng)前期與中期,高溫期的階段性收獲量相對(duì)減少。海水酸化促進(jìn)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(qiáng)度或海水酸化效應(yīng)雖然會(huì)促進(jìn)高溫條件龍須菜的生物量積累,但會(huì)降低高溫條件下生長的龍須菜的營養(yǎng)品質(zhì),致使龍須菜的品相及質(zhì)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(duì)較低。對(duì)龍須菜及石莼的競爭作用研究表明,在兩種CO2水平下,經(jīng)濟(jì)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(shí),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(shí)更加顯著。由于石莼具有相對(duì)更高的對(duì)海水無機(jī)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(zhì),石莼能借助于提高的海水無機(jī)碳含量大量增殖,這將會(huì)對(duì)龍須菜的栽培產(chǎn)生更加嚴(yán)重的負(fù)面影響。壇紫菜對(duì)CO2濃度增加的生長及生理響應(yīng)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(jìn)了壇紫菜對(duì)NO3-的吸收速率,但降低了其p H補(bǔ)償點(diǎn)、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(zhì)加富時(shí)顯著促進(jìn)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(guān)性,而且中等營養(yǎng)加富與高水平的營養(yǎng)加富對(duì)壇紫菜的生長等的促進(jìn)作用之間的差異性并不顯著。CO2水平與溶解性鐵的耦合實(shí)驗(yàn)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(jìn)了壇紫菜的最大光量子產(chǎn)量等葉綠素?zé)晒鈪?shù),進(jìn)而促進(jìn)壇紫菜的光合作用速率和生長。在高CO2水平時(shí),壇紫菜對(duì)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(jìn)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(gòu)建藻體組織以及生長的物質(zhì)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(yīng)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(fù)。海水中CO2加富增加的DIC含量,滿足了患病壇紫菜對(duì)無機(jī)碳的需求,并促進(jìn)了壇紫菜的光合作用以及Chl a及Car細(xì)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(xì)胞成份抵抗細(xì)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(duì)即時(shí)的海水酸化條件時(shí),經(jīng)濟(jì)海藻龍須菜和壇紫菜的葉綠素?zé)晒馓匦缘捻憫?yīng)有所差異。海洋酸化(CO2加富)對(duì)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(shí),海洋酸化能夠促進(jìn)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(duì)病害的抗性。但隨著全球氣候變化加劇,龍須菜的質(zhì)量在栽培末期將會(huì)受到一定程度的負(fù)面影響,而且石莼的增殖將嚴(yán)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(chǎn)量。本研究表明,在研究大型海藻的生長及生理代謝對(duì)海洋酸化的響應(yīng)機(jī)制時(shí),應(yīng)注重與其他環(huán)境條件的耦合效應(yīng),系統(tǒng)地闡釋大型海藻在海洋酸化條件下的響應(yīng)趨勢。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S917.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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

2 ;Dark respiration in the light and in darkness of three marine macroalgal species grown under ambient and elevated CO_2 concentrations[J];Acta Oceanologica Sinica;2011年01期

本文編號(hào)：2782582