曾晓鹏 徐锦涛 邓子权 方逸麟 何铭华 夏建荣

(广州大学环境科学与工程学院, 广州 510006)

硅藻作为海洋浮游植物的重要类群, 贡献了近20%的全球初级生产力[1,2]。硅藻通过光合作用将溶解性无机碳(Dissolved inorganic carbon, DIC)转移到深海的过程是全球海洋生物泵的重要组成部分[3], 对全球碳循环具有重要的意义。由于水气界面的存在, CO2在海水中的扩散速率是缓慢的, 导致了海水中CO2浓度仅为海洋硅藻核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, Rubisco) K1/2(CO2)的1/4—1/3[4—6],但大部分的硅藻拥有CO2浓缩机制(CO2Concentrating Mechanisms, CCMs), 用于克服海洋环境中低CO2浓度对光合作用的限制[7,8]。在工业革命后,人为排放CO2不断的增加, 预计到2100年大气中的CO2浓度将会达到1000 ppmv[9], 而大气中的CO2有近1/3被海洋吸收并导致表层海水pH下降0.3, 出现海洋酸化的现象[10,11]。海洋酸化将导致海水中CO2和浓度增加, 对海洋浮游植物的初级生产力和浮游植物的群落结构造成影响[12,13], 这种影响可能是正面的也可能是负面的[14,15]。在高浓度CO2条件下培养的藻会通过下调CCMs活性来节省CCMs运行过程中的能量消耗, 而在低浓度CO2条件下培养的藻细胞则通过增强CCMs活性以获取更多碳源用于光合作用[13,16,17]。

硅藻CCMs的运行是个耗能的过程, 其活性不仅取决于外部无机碳(Inorganic carbon, Ci)浓度, 还与光能的获取有着密切的联系[5,18]。藻类的光合作用为Ci的转运提供能量, 对CCMs的活性具有直接的影响[19—21]。光和CO2浓度是2个重要的环境因子,其对藻类的相互作用会影响藻类的光合生理和海洋生态环境[22]。在酸化和200 μmol photons/(m2.s)的光强下, 三角褐指藻能够减少CCMs运行过程中的能量支出, 并将这部分能量用于细胞的增长[16]。……