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《集美大学》 2019年
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坛紫菜不同世代的碳代谢差异及对海水酸化的响应

王月圆  
【摘要】:尽管坛紫菜的生活史早已明确,但其孢子体世代(丝状体)与配子体世代(叶状体)在光合作用与二氧化碳浓缩机制等方面的差异并没有得到深入的研究。坛紫菜以海水中的无机碳为原料通过光合作用合成有机碳,其中部分有机碳成为机体的主要成份,部分有机碳以颗粒有机质的形式被释放到海水中。坛紫菜养殖规模巨大,是近海生态系统的重要组成部分。因此,坛紫菜释放到近海的颗粒有机质具有重要生态意义,但相关研究还是空白。此外,海水酸化是海洋生态系统的主要威胁之一,有必要评估海水酸化对坛紫菜碳收支的影响,包括无机碳的吸收利用,以及颗粒有机碳的释放等。(1)本研究通过分析坛紫菜碳获取的世代差异,发现叶状体的净光合速率是丝状体的两倍,且叶状体PSII的最大量子产量(Fv/Fm)显著高于丝状体,但其呼吸作用显著低于丝状体。另外,坛紫菜两个世代间的藻红蛋白含量无显著差异,但叶状体中藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白及叶绿素a的含量显著高于丝状体,且叶状体的胞外碳酸酐酶活性显著高于丝状体。通过抑制剂实验发现叶状体光合作用的主要碳源是海水中的HCO_3~-,HCO_3~-经胞外碳酸酐酶(eCA)催化形成CO_2,进而被细胞吸收利用。而丝状体的光合作用存在两种碳浓缩途径:一是利用HCO_3~-转运蛋白直接吸收海水中的HCO_3~-,经胞内碳酸酐酶(iCA)催化形成CO_2进而用于碳固定;二是通过胞外碳酸酐酶催化HCO_3~-形成CO_2,进而被细胞吸收利用。(2)通过短期培养实验,本研究分析了不同pH条件下坛紫菜碳收支的世代差异,发现随着pH从7.3升高到8.1,叶状体的相对生长率逐渐下降,而丝状体的相对生长率则保持稳定;同时,叶状体藻体组织碳、氮和磷的吸收速率逐渐下降;叶状体释放的颗粒有机质含量则逐渐增加。pH 7.3下叶状体藻体组织的C/N比丝状体高33%,pH 7.7下叶状体藻体组织的C/N比丝状体高39%,pH 8.1下叶状体藻体组织的C/N比丝状体高42%。但两个世代在C/P上差异较小。此外,pH 7.3下丝状体藻体组织N/P比叶状体高55%,pH 7.7下丝状体藻体组织N/P比叶状体高56%,pH 8.1下丝状体藻体组织N/P比叶状体高45%。因此,坛紫菜在不同世代对元素的需求存在明显差异,与丝状体相比,叶状体阶段富集更多的碳和磷,但对氮的需求量较小。无论是叶状体还是丝状体,其藻体组织C/N、N/P和C/P的值均高于颗粒有机物(POC、PON和POP),这表明坛紫菜在生长过程中倾向于富集碳,释放氮和磷。本研究从碳获取的角度,综合分析了坛紫菜不同世代间的差异,结果发现,叶状体与丝状体在光合固碳速率和无机碳吸收利用等方面均存在显著差异。此外,叶状体和丝状体对元素的需求也存在明显差异,两个世代的藻体组织的C/N、N/P和C/P比值均高于颗粒有机物,这表明两个世代的生态和生物地球化学效应将明显不同。
【学位授予单位】:集美大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S917.3

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