大气CO2浓度变化背景下海藻龙须菜与石莼对NH4+加富的响应特性研究

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由于人类活动、气候变化以及大型海藻本身生理代谢的影响,大型海藻所处的海洋环境中无机碳和NH4+浓度总是发生变化。这种变化的碳、氮浓度将影响海藻的生理特性。本文以我国南方海域普遍栽培的经济海藻龙须菜(Gracilariopsis lemaneiformis)和其附生海藻石莼(Ulva lactuca)为研究材料,设置不同的NH4+浓度,探讨大型海藻的生长、光合作用及生化组成对NH4+浓度梯度变化的响应,以及大气CO2浓度升高对该响应的影响;并探讨了在高浓度NH4+条件下培养的大型海藻的生长、光合作用和生化组成对碳限制状况的响应。主要研究结果如下:1.在四种NH4+浓度(对照组(不添加NH4+),富营养化条件(100μmol·L-1),高富营养化条件(500μmol·L-1),超富营养化条件(2500μmol·L-1))和两种CO2水平(正常空气水平(390 ppm)和高CO2水平(1000 ppm))条件下培养龙须菜和石莼。实验结果表明,富营养化条件能显著促进两种海藻的相对生长速率(RGR)和最大光合速率(Pm),同时显著增加了龙须菜的叶绿素a(Chl a)含量和石莼的可溶性蛋白(SP)含量。当NH4+浓度不小于100μmol·L-1时,两种海藻的RGR均随NH4+浓度升高而下降,龙须菜的Pm、Chl a含量和T-AOC也随NH4+浓度升高而下降,但龙须菜的SP含量先升高再下降,而石莼的SP含量随NH4+浓度升高而增加。在超富营养化条件下,龙须菜RGR为负值,显著低于对照组,但石莼的RGR与对照无显著性差异。在超富营养化条件下,高CO2条件显著增加了龙须菜的RGR,同时显著促进了龙须菜的光合作用。尽管如此,在超富营养化加高CO2条件下,龙须菜的RGR仍远低于石莼。这表明富营养化条件对两种海藻均有利。随着NH4+浓度升高,NH4+对海藻的毒性增强,并且对龙须菜的毒性大于石莼。超富营养条件下,大气CO2浓度升高能显著缓解龙须菜的生长及光合作用受到的NH4+胁迫。尽管如此,在高浓度NH4+和高大气CO2浓度环境中,龙须菜在与石莼的竞争中仍将处于劣势。2.在两种NH4+浓度(对照组(AA,不添加NH4+)和高NH4+浓度(EA,2000μmol·L-1))和两种CO2水平(正常空气水平(AC)和低CO2水平(DC,通过高浓度NaOH溶液洗气瓶除去空气中的CO2))条件下培养两种海藻。结果表明,EA条件显著降低了龙须菜的RGR,对石莼的RGR有不显著的促进作用。EA条件下,龙须菜和石莼的光合作用及色素含量均受到显著抑制,但石莼的SP含量和T-AOC则有显著提升。AA条件下,DC条件对龙须菜和石莼的RGR和光合作用均有抑制趋势,但不显著。然而,在EA条件下,龙须菜的SP含量和T-AOC对DC条件表现出更强的负面响应。此外,DC条件也对在EA条件下的石莼的RGR、Pn、SP含量及T-AOC表现出更强的负面影响。这表明,石莼对EA条件具有比龙须菜更高的耐受性,并且这种耐受性可能与SP和T-AOC有关。此外,DC条件对龙须菜和石莼的影响均不显著,但EA条件能增强DC条件的影响。综上所述,较低范围内NH4+浓度的升高对两种海藻的生长均有利,但过高的NH4+浓度对两种海藻的生长均有抑制作用。在高浓度NH4+条件下,碳供应充足能够显著缓解龙须菜的生长及光合作用受到的胁迫,碳限制则对其无显著影响。另一方面,高NH4+条件下,充足的碳供应提高了石莼的光合速率,碳限制则降低了其光合速率。NH4+浓度较低条件下,碳供应情况对石莼的生长影响较小,但高浓度NH4+条件下碳供应增加或减少对石莼生长均有抑制趋势。
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