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喜报---课题七“海洋酸化与阳光辐射对海洋初级生产力协同效应”研究成果被Nature 子刊录用发表
发布日期:2012-7-30

我项目课题七负责人高坤山教授领衔的海洋酸化与阳光辐射对海洋初级生产力协同效应研究最近取得突破性进展,该研究组通过过去3年在我国南海开展的航次实验和实验室研究发现,提高海水CO2分压(8001000 μatm, 适应8代以上)导致表层浮游植物群落固碳量下降,且硅藻比例明显下降。进一步研究发现,不同强度的阳光辐射(5%,10%, 18%, 30%, 55% 100%)下,低光下(约小于30%表层光强,小于约270 μmol photons m-2s-1)高CO2浓度明显促进了硅藻的生长,而高光强下(约大于40%表层光强),则明显地抑制了其生长。高CO2浓度下,硅藻细胞具有较高的光利用效率,但其生长达到饱和时光强下降了,耐受光胁迫(NPQ)的能力明显下降。高CO2条件下,这些硅藻的NPQ与航次浮游植物群落NPQ的变化类似,这证明,海洋酸化增加了浮游植物细胞的光胁迫。他们还发现,CO2浓度升高,促进了硅藻类的光呼吸和线粒体呼吸,暗示在海水酸度增加的条件下,有一个额外的碳流失。迄今为止,有关海洋酸化如何影响海洋初级生产力的问题存在较大争议,促进、抑制或没有影响的报道均有,就硅藻而言,也存在同样的争议。高坤山教授领衔的团队的研究结果,明显的展示了海洋初级生产力对海洋酸化的响应,或正、或负或没有影响的现象,取决于细胞接受阳光辐射的高低。

海洋酸化与阳光变化耦合效应的生理学机制是,在二氧化碳浓度升高的条件下,大多数浮游植物将下调其二氧化碳浓缩机制,该二氧化碳浓缩机制的下调意味着节省其运转所需要的能量,为此,在低光下用于光合作用与生长的能量相对增多了,在高光下用于光胁迫的光能也相对增加了。为此,高CO2浓度低光下而促进了其生长;然而,在光能充足或过剩情况下,反而增加了光能过剩,引起光抑制。因此,藻类细胞在光过剩、二氧化碳升高和pH下降条件下,其光合作用与生长容易受到光抑制。总之,二氧化碳升高对光合生物来说,是把双刃剑:一方面可能有利于光合作用,但也容易引起高光胁迫。在未来全球变暖的预期下,海洋上混合层将变浅,浮游植物同时遭遇高二氧化碳和高光条件的机会将大幅增加,因而阳光辐射与海洋酸化协同作用的研究将日益凸显其重要性。该研究组还预测,在以硅藻为主要初级生产者的南海环境中,本世纪末的海洋酸化水平将使得同等光强条件下的近表层初级生产力下降,光合生物对高光胁迫敏感性可能会增强,但存在相当大的不确定性。因为气候变化如何影响风力及海水混合速率等均会影响浮游植物的受光性,且不同海域营养盐水平不同,浮游植物耐受光胁迫的能力也不同。相关论文发表在《自然-气候变化》(2012年第7期)。

(原文来源:http://www.nature.com/nclimate/journal/v2/n7/full/nclimate1507.html

 

Gao, K.S., J.T. Xu, G. Gao, L. Y.H., D.A. Hutchins, B.Q. Huang, L. Wang, Y. Zheng, P. Jin, X.N. Cai, D.-P. Hader, W. Li, K. Xu, N.N. Liu, and U. Riebesell, 2012. Rising CO2 and increased light exposure synergistically reduce marine primary productivity. Nature Climate Change, 2:519-523, doi:10.1038/nclimate1507

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