石莼屬綠藻屬于石莼科（Ulvaceae），是海洋藻類中的重要代表。石莼屬綠藻對(duì)鹽度、溫度和水質(zhì)變化有很高的耐受力，可以在海水、半咸水甚至淡水中廣泛存在，從鹽度很低的河口直到鹽度很高的鹽田都能生長(zhǎng)，環(huán)境營(yíng)養(yǎng)條件合適時(shí)可快速繁殖。隨著人類活動(dòng)（例如化石燃料的燃燒，森林的大量砍伐）的增加，人類向大氣中排放的二氧化碳?xì)怏w越來(lái)越多。海洋作為地球上最大的碳庫(kù)之一，對(duì)大氣二氧化碳濃度的變化起著緩沖作用。本論文研究了經(jīng)過(guò)馴化培養(yǎng)的海藻和藍(lán)藻是如何提高海洋環(huán)境中的二氧化碳分壓以及在增加復(fù)雜海洋環(huán)境的碳庫(kù)總量發(fā)揮的作用。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)用unisense氧微電極測(cè)試藻類的凈光合作用，其中藻類物質(zhì)的凈光合作用是從中午12點(diǎn)到下午兩點(diǎn)。為了準(zhǔn)確的測(cè)試出藻類物質(zhì)的凈光合作用，來(lái)自于海洋生態(tài)環(huán)境中的藻類樣品放入到密閉的玻璃室，玻璃室內(nèi)裝有海水，確保每個(gè)玻璃室都有足夠量的碳酸鹽化學(xué)物質(zhì)。使用氧氣微電極原位的測(cè)試玻璃瓶?jī)?nèi)的氧氣濃度的變化情況。其中藻的呼吸系數(shù)（RE）也是采用了氧微電極在半夜時(shí)間段（24：00-02:00）測(cè)試完成的。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)環(huán)境中以及二氧化碳分壓濃度在400-2000μatm下的沿海區(qū)域環(huán)境中培育了幾種大型海藻（藍(lán)藻水華、非藍(lán)藻水華、多年生藍(lán)藻、一年生藍(lán)藻）。研究表明在各種尺度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，一年生的石莼屬藍(lán)藻在較高的二氧化碳分壓環(huán)境中的光合作用和增長(zhǎng)率加快，而多年生的石莼屬藍(lán)藻在較高的二氧化碳分壓環(huán)境中其光合作用和增長(zhǎng)率只有小范圍的增加或降低。不同種類的藍(lán)藻在增長(zhǎng)率和光合作用速率存在的差異可能會(huì)給藍(lán)藻水華這類綠色海藻在混合的環(huán)境中表現(xiàn)出一定的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。

圖1、藍(lán)藻水華（淺綠色）和非藍(lán)藻水華(淺棕色)應(yīng)對(duì)不同二氧化碳分壓升高表現(xiàn)出的特定增長(zhǎng)率。在碳濃縮環(huán)境下，當(dāng)二氧化碳分壓值在280~2000 uatom下，大型藍(lán)藻水華的增長(zhǎng)率增加較快，而常年非藍(lán)藻水華物種則表現(xiàn)為單峰應(yīng)對(duì)二氧化碳分壓水平升高，最高的增長(zhǎng)率是在二氧化碳分壓值為700 uatom時(shí)。箱線圖顯示為標(biāo)準(zhǔn)值，粗線表明中間值。

圖2、在戶外環(huán)境培養(yǎng)一周（圖2中的上半部分矩形圖）和四周（圖中下半部分矩形圖）的bloom-forming(淺綠色)和nonbloom forming(淺棕色)藻類物質(zhì)對(duì)于二氧化碳分壓的增加表現(xiàn)出的的增長(zhǎng)響應(yīng)曲線。增長(zhǎng)的響應(yīng)曲線的反應(yīng)初升高的二氧化碳分壓(一周,圖上半部分)和結(jié)束(四周,圖中下半部分)。在實(shí)驗(yàn)室階段，隨著二氧化碳分壓升高，藍(lán)藻水華的增長(zhǎng)率相應(yīng)的增加，而非藍(lán)藻水華物種呈單峰反應(yīng)，當(dāng)二氧化碳分壓在700~1000uatm的時(shí)候，其增長(zhǎng)達(dá)到頂峰經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率下降為所有物種的情況明顯。

圖3、藍(lán)藻水華物種（淺綠色部分）和非藍(lán)藻水華物種（棕色部分）的特定增長(zhǎng)率會(huì)因外界的二氧化碳分壓（400μtam、1000μtam）不同呈現(xiàn)出顯著的差異。所有的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中可以看出，在實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)星期時(shí)，二氧化碳分壓的增加會(huì)顯著的改變不同物質(zhì)藍(lán)藻水華的增長(zhǎng)率，然而在4周后，二氧化碳分壓對(duì)于藍(lán)藻的增長(zhǎng)率影響減小。

圖4、藍(lán)藻水華（淺綠色）和非藍(lán)藻水華（淺棕色）的代謝速率（凈光合作用和呼吸作用μmol O2）對(duì)于二氧化碳分壓升高所引起的速率響應(yīng)變化。圖a表示的是藍(lán)藻在不同的二氧化碳分壓下表現(xiàn)出的凈光合作用（體系內(nèi)氧濃度的變化情況）。圖b表示的是不同物種的藍(lán)藻在不同的二氧化碳分壓下表現(xiàn)出的呼吸速率。圖c表示的是不同物質(zhì)的藍(lán)藻水華和非藍(lán)藻水華在基于凈光合作用常數(shù)kam、呼吸速率μmax的坐標(biāo)分析圖，其中不同顏色的圓點(diǎn)代表的是不同物種的藍(lán)藻。

圖5、不同時(shí)間段內(nèi)，藍(lán)藻水華和非藍(lán)藻水華對(duì)應(yīng)不同濃度的二氧化碳分壓（400-2000μatm）所對(duì)應(yīng)的凈光合作用響應(yīng)曲線圖（4周），其中藍(lán)色的柱形圖表示的是藍(lán)藻水華凈光合作用常數(shù)，棕色柱形圖表示的是非藍(lán)藻水華的凈光合作用常數(shù)（常常用單位時(shí)間和單位重量下產(chǎn)生的氧氣的濃度），從圖中可以看出，對(duì)應(yīng)于藍(lán)藻水華，二氧化碳分壓的增加會(huì)導(dǎo)致該藻類的凈光合作用常數(shù)的增加，然而石莼屬海藻的光合作用速率大于其自身的呼吸速率，圖中的箱形圖是基于所有測(cè)試數(shù)據(jù)綜合而得到的，圖中各種單個(gè)符號(hào)表示的是不同藍(lán)藻基于不同濃度的二氧化碳分壓測(cè)試出的單個(gè)數(shù)據(jù)。

總結(jié)

大型海藻每年大約為近海岸區(qū)域貢獻(xiàn)了大約15%的總碳量（27.4 Tg），這也為生活在沿海水域的生命提供了重要的生存物質(zhì)，本論文主要研究了在不同二氧化碳分壓環(huán)境中的藍(lán)藻的生長(zhǎng)情況，研究過(guò)程中通過(guò)使用unisense的氧微呼吸電極測(cè)試了在不同濃度的二氧化碳分壓的海水環(huán)境中，不同種類的藍(lán)藻的呼吸速率和凈光合作用常數(shù)，從而全面了解不同藻類物質(zhì)的生長(zhǎng)情況分析。從整理論文的研究可以看出，正是因?yàn)槭褂昧藆nisense氧氣微電極可以全面的檢測(cè)藍(lán)藻生長(zhǎng)的水體環(huán)境中的氧消耗濃度的變化，從而能夠了解到藍(lán)藻的凈光合作用，從而進(jìn)一步了解不同種類的藍(lán)藻是如何在不同濃度的二氧化碳分壓下的生長(zhǎng)情況，從而得出關(guān)于藍(lán)藻是如何提高海洋環(huán)境中的二氧化碳總濃度，說(shuō)明該unisense微電極在海洋生態(tài)環(huán)境研究以及海洋藍(lán)藻生長(zhǎng)領(lǐng)域存在著很好的應(yīng)用前景。