铝对聚球藻和中肋骨条藻生长的影响及其机理研究

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铝(Al)在世界各大洋中分布广泛,在海表的滞留期约4周到4年。已有研究表明Al可能通过影响浮游植物的生长参与海洋生物地球化学循环,但Al对海洋浮游植物的影响机制尚不清楚。因此,本文通过现场批式和半连续Al加富培养试验,结合聚球藻和中肋骨条藻的室内批式和半连续性Al加富培养试验及生理生态指标的观测,以期更深入的了解Al影响浮游植物生长的作用机制。  现场培养的结果表明,Al通过抑制束毛的生长使micro级浮游植物的总丰度下降,导致硅藻和甲藻的比重增加,进而改变micro级浮游植物的群落结构。而对pico级浮游植物的生长则具有先抑制后促进的作用,在培养后期通过促进聚球藻(Synechococcus)的生长使总丰度增加。并且,在Al的长期作用下聚球藻的生长仍受到了明显的促进作用,尤其高浓度(20μmol/L)Al显著的促进了pico级浮游植物丰度(p<0.05),使聚球藻在pico级浮游植物中的贡献率增加至99.5%。但对总叶绿素a的含量则无显著影响(p>0.05)。  现场培养试验表明Al对聚球藻的生长具有显著的促进作用,因此室内试验以聚球藻为研究对象以期揭示Al对聚球藻的影响机制。本实验中,Al的添加虽然使培养液中初始pH下降,但通过pH试验排除了Al通过改变培养液中的pH以影响藻生长的可能。Al通过促进单位细胞内叶绿素a的合成使其光合作用增强,有机碳含量增加,进而促进藻细胞的生长。同时,Al虽然在培养初期对聚球藻有轻微的胁迫作用,但在氮磷浓度较低的培养末期, Al处理组藻细胞受到的氮磷胁迫作用明显晚于并低于对照组。  在Al的长期作用下,聚球藻的生长依旧受到了促进作用。Al通过促进聚球藻藻红蛋白、藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和叶绿素a4种光合色素的合成和光合基因psbA的转录表达,以及光合作用的原初反应及光合电子的传递,使聚球藻的光合作用增强,进而促进了单位细胞内有机碳的合成。使其在对数期的比生长速率和稳定期的总生物量均高于对照组。  Al对中肋骨条藻(Skeletonema costatum)产生了促进和抑制两种不同的生长效应。在培养前期营养盐丰富的情况下,Al主要通过促进藻细胞对硅酸盐的吸收以及单位藻细胞内叶绿素a的合成使其光合作用增强,进而促进藻细胞的生长。而在培养后期中肋骨条藻受到环境压力的情况下,Al则使藻细胞受到了显著的胁迫作用而提前进入衰亡期。另外,中肋骨条藻与聚球藻一样,对水体中的Al均具有明显的清除作用,但聚球藻对Al的吸收或吸附作用明显强于中肋骨条藻。  在Al的长期作用且营养盐丰富的情况下,Al通过促进中肋骨条藻光合相关基因rbcL和fcpB的转录表达及叶绿素a的合成,使其光合作用增强,比生长速率及单位细胞内有机碳的含量增加。但Al的浓度越高,细胞的分裂速度越快,则单位细胞内有机碳的含量越低。
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