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大型海藻对不同CO_2浓度的光合生理响应及其生态效应

作　者: 韩婷婷
导　师: 方建光; 张继红
学　校: 中国科学院研究生院（海洋研究所）
专　业: 海洋生态学
关键词: 龙须菜 孔石莼 海带 CO2光合作用 无机碳
分类号: Q948.8
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


大气CO2升高引起海水无机碳体系的变化，这势必会对海洋中利用无机碳进行光合作用的海藻等初级生产者产生一定的作用，从而影响海洋初级生产力和海-气界面CO2交换的变化规律。因此研究不同CO2浓度对大型海藻光合生理的影响以及大型海藻固定CO2的生态效应具有重要意义。本文在综述了有关大型海藻对不同CO2浓度响应的基础上，力图探讨CO2浓度与光强以及无机氮的协同作用对三种常见大型海藻龙须菜（红藻）、孔石莼（绿藻）和海带（褐藻）生理特性的影响以及大型海藻对海水无机碳体系的调节作用，以期为不同环境条件下大型海藻对不同CO2浓度的响应以及利用海水养殖或“种植能源”吸收和固定CO2提供一定的理论依据。主要研究工作包括以下方面：1.静止和充气培养条件下不同光强对龙须菜光合生理效应的影响。充气显著地促进了龙须菜的生长，而光强过低或者过高均会抑制其生长。在相同的光强下，与充气培养相比，静止培养可抑制藻体的光合作用速率，增大呼吸作用速率；而充气与否对藻体的有效光化学效率（Yield）和光合色素影响不显著。在静止和充气培养条件下，中光组藻体的光合作用速率最大，呼吸作用速率最小；Yield和光合色素随着光强的增大而下降。这些结果说明，低光对生长的影响主要是由于光合作用速率下降引起的，而高光对生长的影响的主要原因是呼吸作用速率的增加。2. CO2和光强对三种大型海藻光合生理效应的影响。在正常CO2浓度水平下，光强对三种大型海藻生长影响显著，在低光和高光下，三种海藻生长均受到抑制。在低光下，高浓度CO2对三种海藻生长的影响不显著；在中光下，高浓度CO2对龙须菜的生长有显著的促进作用，而对孔石莼和海带的生长作用不明显；在高光下，高浓度CO2可促进龙须菜和孔石莼的生长，抑制海带的生长。在低光下，高浓度CO2可使三种海藻的光合作用速率降低，光合作用速率/呼吸作用速率（P/R）升高，其中孔石莼的P/R显著高于正常CO2浓度下的；在中光和高光下，高浓度CO2培养下的龙须菜和孔石莼的光合作用和光合色素要低于正常CO2浓度培养下的藻体，而高浓度CO2对海带的光合作用要高于正常CO2浓度培养下的。在高光下，藻体的呼吸作用速率升高、P/R降低，Chl a和Car含量最低，并且Yield值显著低于其他的光强处理组。3. CO2和无机氮浓度变化对三种大型海藻光合生理效应的影响。在正常CO2浓度下，无机N加富对三种大型海藻的生长、光合作用和光合色素均有显著的促进作用。在N限制的条件下，高浓度CO2可促进海藻的生长。在对照N海水条件下，相对于孔石莼和海带，高浓度CO2对龙须菜的生长具有显著的促进作用。在N加富的条件下，高浓度CO2对龙须菜的生长作用影响不显著，而高浓度CO2增强了海带和孔石莼的呼吸作用，并且藻体的P/R值显著低于正常CO2浓度水平下的，这在一定程度上损耗了藻体光合作用同化积累的干物质，从而抑制孔石莼和海带的生长。不管是在正常CO2浓度下还是CO2浓度升高的条件下，海带的光合作用速率和光合效率显著低于龙须菜和孔石莼。NO3-和NH4+加富处理对藻体的生长和光合生理特性没有显著的影响。4.溶解无机氮加富对海带养殖水体无机碳体系的影响。无机碳体系各组分的变化趋势与无机氮添加浓度和无机氮形态有关。当NO3--N和NH4+-N浓度范围分别在4.73～52.78μmol L-1和2.56～34.66μmol L-1时，DIC、HCO3-和pCO2均随着营养盐浓度的增加呈下降趋势，其中以NO3--3和NH4+-3组变化最为明显，均达到最低值，分别为2054和2112μmol L-1、1776和1869μmol L-1、86和114μatm；而当NO3--N和NH4+-N浓度范围分别为52.78～427.29μmol L-1和34.66～268.33μmol L-1时，DIC、HCO3-和pCO2随着营养盐浓度的增加，其下降幅度逐渐减弱，但实验结束时DIC、HCO3-和pCO2仍低于对照组。NO3--N加富组对海带的固碳能力的影响显著高于NH4+-N加富组。5.不同贝藻养殖方式对桑沟湾海域无机碳体系的影响。随着培养时间的延长，贝类组的DIC、HCO3-和pCO2逐渐升高，pH和CO32-逐渐降低，在42h时，pCO2比自然海水高出了5.5倍，pH下降了0.8。而在贝藻混养组中，随着藻密度的增加，DIC、HCO3-和pCO2逐渐降低，pH和CO32-逐渐升高。在本实验中，当贝藻混养比例为1:0.96（湿重）时，养殖水体中pCO2最低。因此，适当的混养龙须菜和栉孔扇贝可以有效降低水域中养殖贝类释放出的CO2浓度。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章 文献综述与研究意义  13-27
  1.1 大气 CO_2浓度升高对海水无机碳体系的影响  13-18
    1.1.1 海水无机碳体系  13-14
    1.1.2 海藻对无机碳的利用机制  14-17
    1.1.3 大气 CO_2浓度升高对海水无机碳体系的影响  17-18
  1.2 CO_2浓度增加对大型海藻生长及生理机制的影响  18-21
    1.2.1 对海藻生长的影响  18-19
    1.2.2 对海藻光合作用的影响  19
    1.2.3 对海藻呼吸作用的影响  19-20
    1.2.4 对海藻生化组分的影响  20
    1.2.5 对海藻营养盐吸收的影响  20-21
  1.3 大型海藻养殖在近岸海区中的生物修复作用  21-25
    1.3.1 吸收海水中 N、P 营养盐  21-24
    1.3.2 吸收海水中无机碳  24-25
  1.4 研究目的意义与技术路线  25-27
    1.4.1 研究目的意义  25
    1.4.2 技术路线  25-27
第二章 静止和充气条件下不同光强对龙须菜光合生理效应的影响  27-38
  2.1 材料与方法  27-30
    2.1.1 实验材料  28
    2.1.2 实验设计  28
    2.1.3 测定方法  28-30
  2.2 结果  30-36
    2.2.1 龙须菜的生长  30-31
    2.2.2 龙须菜的光合作用特性  31-34
    2.2.3 龙须菜的有效光化学效率  34-36
  2.3 讨论  36-37
  2.4 小结  37-38
第三章 CO_2和光强对三种大型海藻光合生理效应的影响  38-57
  3.1 材料与方法  39-40
    3.1.1 实验材料  39
    3.1.2 实验设计  39
    3.1.3 测定方法  39-40
  3.2 结果  40-54
    3.2.1 藻体的生长  40-42
    3.2.2 藻体的光合作用特性  42-48
    3.2.3 藻体的有效光化学效率  48-50
    3.2.4 藻体的光合色素  50-54
  3.3 讨论  54-56
  3.4 小结  56-57
第四章 CO_2和无机氮浓度变化对三种大型海藻光合生理效应的影响  57-75
  4.1 材料与方法  57-59
    4.1.1 实验材料  57-58
    4.1.2 实验设计  58
    4.1.3 测定方法  58-59
  4.2 结果  59-72
    4.2.1 藻体的生长  59-61
    4.2.2 藻体的光合作用特性  61-67
    4.2.3 藻体的有效光化学效率  67-69
    4.2.4 藻体的光合色素  69-72
  4.3 讨论  72-74
  4.4 小结  74-75
第五章 溶解无机氮加富对海带养殖水体无机碳体系的影响  75-87
  5.1 材料与方法  75-79
    5.1.1 实验材料  75-76
    5.1.2 实验设计  76-77
    5.1.3 测定方法与数据处理  77-78
    5.1.4 日相对生长率（RGR）的测定  78
    5.1.5 CO_2通量（F）的计算  78
    5.1.6 统计分析  78-79
  5.2 结果  79-84
    5.2.1 海带生长的变化  79-80
    5.2.2 水体 pH 的变化  80
    5.2.3 水体无机碳体系的变化  80-83
    5.2.4 海-气界面的 CO_2通量（F）的变化  83-84
  5.3 讨论  84-86
  5.4 小结  86-87
第六章 不同贝藻养殖方式对桑沟湾海域无机碳体系的影响  87-96
  6.1 材料与方法  88-90
  6.2 实验结果  90-93
    6.2.1 水体 pH 的变化  92
    6.2.2 水体无机碳体系的变化  92-93
    6.2.3 水体 pCO_2的变化  93
    6.2.4 水体 DO 的变化  93
  6.3 讨论  93-95
  6.4 小结  95-96
第七章 总结  96-99
  7.1 主要结论  96
  7.2 主要创新点  96-97
  7.3 存在问题及展望  97-99
参考文献  99-117
论文完成情况  117

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中图分类: > 生物科学 > 植物学 > 植物生态学和植物地理学 > 水生植物学
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