1、本科毕业论文系列开题报告生物工程颗石藻钙化光合关系验证一、选题的背景与意义颗石藻，是经常在海域内爆发水华的一个物种，其通过自身的光合作用和钙化作用大量繁殖衍生，涉及到自然圈内的大气循环和碳循环。环境因子严重影响颗石藻的生长繁衍、生理作用等，颗石藻的钙化作用和光合作用都与碳元素的生物地化循环有关，其相互关系影响到微藻种群动态、海域的碳循环，甚至成为全球气候变化的影响因素。由于颗石藻种类繁多，其光合作用和钙化作用的关系表现多样，仍需通过实验不断得到验证。本课题就选取颗石藻PLEUROCHRYSIS的另一属藻类进行研究，分析不同条件下光合作用和钙化作用的强弱，了解环境因子对颗石藻生长和钙化光合关系的
2、影响，为颗石藻基础研究提供参考。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题研究的基本内容1最适温度条件下，不同光照强度对颗石藻种群生长、光合作用和钙化作用的影响2温度差异情况下，颗石藻种群生长、钙化和光合参数的响应特征3种群生长胁迫环境中，种群生长、钙化和光合参数响应特征拟解决的问题研究不同条件下碳酸酐酶活性的差别，光合作用和钙化作用的强弱，观察其是否成互逆关系或者是互不影响。三、研究的方法与技术路线（一）研究方法1最适温度条件下，不同光照强度对颗石藻种群生长、光合作用和钙化作用的影响以25为最适培养温度条件，设置光照强度组分别为HG（25,5400LX）、HZ（25,2500LX）、HD（25,5
3、00LX）三组，测量颗石藻的种群生长密度、光合作用QY和OD值，钙化作用的荧光值。控制培养箱温度为25，调节培养箱内光源，用光照强度测量仪控制光照强度为5400LX左右，此为HG组；用一层黑色尼龙纸包扎三角瓶，得到光照强度为2500LX左右的HZ组；用两层黑色尼龙纸包扎三角瓶，得到光照强度为500LX左右的HD组。每个组别做至少5个平行样品。2温度差异情况下，颗石藻种群生长、钙化和光合参数的响应特征以2500LX为最适培养光照条件，设置温度差异分别为HZ（25,2500LX），MZ（15，2500LX）两组，测量颗石藻的种群生长密度、光合作用QY和OD值，钙化作用的荧光值。控制培养箱温度为25
4、，光照强度设置为5400LX，包扎一层黑色尼龙纸的三角瓶的组别为HZ组；控制另一培养箱温度为15，光照强度设置为2500LX，为MZ组。每个组别做至少5个平行样品。3种群生长胁迫环境中，种群生长、钙化和光合参数响应特征前期的研究表明，颗石藻在低温环境下会停止细胞分裂，但需要在暗光照下细胞才能维持存活。本实验分析种群生长胁迫时，其细胞钙化的特征。生长胁迫条件设置为LA（10，25LX），测量此条件下颗石藻的种群生长密度、光合作用QY和OD值，钙化作用的荧光值。另起一培养箱设置温度为10，光照强度设置为2500LX，包扎2层黑色尼龙纸的三角瓶为LA组。每个组别做至少5个平行样品。（二）技术路线藻类
5、设置种群生长胁迫条件进行实验控制最适光照，不同温度条件进行实验控制最适温度，不同光照条件进行实验光合检测钙化检测（全周期生长的藻类）DO检测单位叶绿素检测碳酸酐酶活性光合与呼吸作用荧光染色法检测称重法检测四、研究的总体安排与进度2010年11月查找资料，撰写综述和开题报告。开题答辩。2010年12月翻译外文文献，确定实验方案，准备材料和实验仪器2011年12月至3月在老师的指导下开始实验。2011年5月撰写毕业论文，准备论文答辩。五、主要参考文献【1】WESTBROEKP,YOUNGJR,LINSCHOOTENKCOCCOLITHPRODUCTIONBIOMINERALIZATIONINTHE
6、MARINEALGAEMILIANIAHUXLEYIJJOURNALOFEUKARYOTICMICROBIOLOGY,1989,364368373【2】侯奎,陈镇东,陈延成等颗石藻与环境J植物资源与环境学报,2001,10（1）5153【3】张守仁,叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论J植物学通报,1999,14（4）444448【4】SORROSAJM,SATOHM,SHIRAIWAYLOWTEMPERATURESTIMULATESCELLENLARGEMENTANDINLRACELHLARCALCIFICATIONOFCOCCOFITHOPHORIDSJMARINEBIOTECHNOLOGY,
7、2005,72128133【5】周成旭,严小军,骆其君等低温和高温下颗石藻PLEUROCHRYSISCARTERAE种群生长特征及生化变化J生态学报2008,28（6）25872594【6】BALCHWM,EILPATRICKKCALCIFICATIONRATESINTHEEQUATORIALPACIFICALONG140NJDEEPSEARESEARCH,1995,43971993【7】NANIMER,MJMERRETTCALCIFICATIONRATEINEMILIANIAHUXLEYILOHMANNINRESPONSETOLIGHT,NITRATEANDAVAILABILITYOFINO
8、RGANICCARBONJNEWPHYTOL,1993,123673677【8】NIKOSLEONARDOS,BETSYREAD,BRENDATHAKEETALNOMECHANISTICDEPENDENCEOFPHOTOSYNTHESISINCALCIFICATIONINTHECOCCOLITHOPHORIDEMILIANIAHUXLEYIJPHYCOLOGICALSOCIETYOFAMERICA2009,4510461051得到数据相互关系【9】SIKESCS,ROERRD,WILBURKMPHOTOSYNTHESISANDCOCCOLITHFORMATIONINORGANICCARBONS
9、OURCESANDNETINORGANICREACTIONOFDEPOSITIONJLIMNOLOGYANDOCEANOGRAPHY,1980,252248261【10】DELILLEB,HARLAYJ,ZONDERVANIETALRESPONSEOFPRIMARYPRODUCTIONANDCALCIFICATIONTOCHANGESOFPCO2DURINGEXPERIMENTALBLOOMSOFTHECOCCOLITHOPHORIDEMILIANIAHUXLEYIJGLOBALBIOGEOCHEMICALCYCLES,2005,19595605【11】PAASCHEEATRACERSTUDY
10、OFTHEINORGANICCARBONUPTAKEDURINGCOCCOLITHFORMATIONANDPHOTOSYNTHESISINTHECOCCOLITHOPHORIDCOCCOLITHUSHUXLEYIJPHYSIOLPLANTARUMSUPPLEMENT,1964,3182【12】HERFORTL,THAKEB,ROBERTSJACQUISITIONANDUSEOFBICARBONATEBYEMILIANIAHUXLEYIJNEWPHYTOLOGIST20021563427436【13】BROWNLEEC,TAYLORACALCIFICATIONINCOCCOLITHOPHORES
11、ACELLULARPERSPECTIVEFROMMOLECULARPROCESSESTOGLOBALIMPACTCSPRINGERVERLAGBERLINHEIDELBERG,20043150【14】孙军,今生颗石藻的有机碳泵和碳酸盐反向泵J地球科学进展,2007,22（12）,12311239【15】吴庆余,白岩善博HCO3对海生颗石藻细胞表面钙化和CO2固定作用的研究J植物学报,1999,41（3）285289【16】余利红,郭厚良,徐旭东等光合抑制剂DCMU对异养生长蓝藻叶绿素合成的作用J水生生物学报,2002,26（1）102104毕业论文文献综述生物工程颗石藻光合钙化关系研究摘要本文
12、阐述了颗石藻的光合作用、钙化作用，影响这两反应进行的多种因素，以及光合钙化作用的相互关系，说明颗石藻在自然环境和碳源循环中的重要作用。关键词颗石藻、光合作用、钙化作用、相互关系1前言颗石藻，系浮游单细胞类，属金藻门，是现代海洋中钙质超微型浮游生物的主要组成部分。细胞多呈球形或卵形，少数呈圆筒形、纺锤形、梨形等，顶端具有两条等长的鞭毛和一条附着丝。颗石藻属自养型生物，是海底钙质软泥的主要成分碳酸盐的主要来源，其通过光合作用形成的巨大生物生产力，是海洋生产有机物或经济产品的基础，而且光合作用和钙化作用固定碳素，放出大量氧气，对维护地球生态平衡有重要作用。颗石藻作为环境科学、能源科学和生物技术三大领
13、域交叉研究的理想材料，越来越引起广大研究者的兴趣。2藻类的光合作用光合作用是地球上重要的化学反应，光合生物通过光合作用提供地球上所有生命活动的能量来源。藻类是海洋和内陆水体中最主要的初级生产者，其生产力约占全球总植物生产力的45。藻类的光合作用发生在叶绿体的囊状结构薄膜上，通过光反应和暗反应吸入CO2，放出O2，实现CO2的固定。影响藻类进行光合作用的因素有很多光照、温度、PH等。21光照对光合作用的影响目前，国内外对光照条件影响藻类光合作用进行了很多实验。吴英海等通过实验发现光照强度的变化对伊乐藻顶枝产氧量有明显影响，光照强度与毛产氧量和净产氧量均呈曲线相关。张宝玉等对雨生红球藻实验发现低光
14、强时光合作用速率随光照强度的增大而直线上升，当光强达到光饱和点，光合放氧速率达到最大值，光合速率基本保持稳定。更多研究也显示出相似的结果。22温度对光合作用的影响在冷害温度下，生物体对光合作用形成的碳水化合物的运输速度也会降低。光合产物不能及时外运，在叶绿体中积累，会反过来抑制光合作用。在一定温度范围内，例如，从光合作用的冷限温度到最适温度之间，光合作用速率表现为随温度的上升而提高，一般每上升10，光合速率可提高一倍左右。当温度高于光合作用的最适温度时，随着温度升高，生物体内的酶发生钝化、变性甚至遭到破坏，光合效率随之下降。23PH对光合作用的影响不同海洋藻类对不同特定环境因素都有一定的耐受范
15、围，藻类光合作用过程本身包括光化学过程和酶促过程，藻类光合磷酸化过程的速度受酶控制，而酶在水溶液环境中的解离状态和幸而，都会受PH影响。H对酶促反应的速度不仅有明显的效应，而且影响机理也不同。24盐度对光合作用的影响一般的，藻类随盐度的提高光合同化作用加强，当达到最适盐度后随盐度增加反而下降。这反映了海洋藻类对水环境含盐量的耐受性，以及进行同化代谢作用的渗透压调节有一定的适应范围。盐度过高或过低都不利于藻类的生长。3藻类的钙化作用钙化作用是钙质藻类通过细胞内高尔基体/颗石体的代谢将由CO2溶于水形成的HCO3离子吸收和固定，并形成以CACO3为主要成分的钙质片落，也就是将一种形态的无机碳固定为
16、另一种形态无机碳的过程。一般认为碳酸钙在藻体外部或表面沉积作用是由于藻在光合作用时吸收了水中的CO2，并且和其周围的水化学变化有关。碳酸钙可溶性的增加和二氧化碳分压的提高，温度降低及溶液中NACL的量增加有关。4藻类光合作用和钙化作用的关系由于光合作用和钙化作用的同时存在，他们的相互关系对环境碳源、碳汇的循环和沉降过程及其对应相关的气候变化等方面可能产生重要影响。从钙化和光合固碳比例（CALCIFICATION/PHOTOSYNTHESIS,C/P）来看，颗石藻EMILIANIAHUXLEYI和CRICOSPHAERACARTERAE的C/P比值接近1，而另两种颗石藻UMBILICOSPHAE
17、RASIBO和PLERTOCHRYSISSP高钙化种的C/P比值分别约为06和05。因此，影响光合作用和钙化作用仍需要经过验证讨论分析。光合作用和钙化作用之间的关系在不同种类的颗石藻种存在差异，尚没有完整的定论。对EHUXLEYI的研究表明，其光合作用依赖于钙化作用，钙化作用促进光合作用。研究者认为，钙化过程作为一个低消耗的有效途径直接为叶绿体提供CO2，增加了细胞壁内CO2的溶解，然后提高了进行光合作用的位点叶绿素中的CO2浓度。另外，钙化作用能去除细胞多余的能量，因此可防止光合作用引起的伤害。PAASCHE对EHUXLEYI的研究中，当细胞在无钙的培养基中生长时，钙化作用停止，但光合作用却
18、不受影响。同样地，非钙化NCELL能和钙化CCELL进行效率等同甚至更高的光合作用。HERFORT认为光合作用并非依赖钙化作用，在实验中EHUXLEYI的钙化株与脱钙株的光合作用无显著差异。同样，他采用阴离子交换载体抑制剂DIDS和SITS抑制钙化作用，其光合作用并不受影响。一种可能的解释是，颗石藻经过室内长期适应后，光合作用中碳的获取机制可能会有改变。综上所述，国内外对颗石藻的光合作用和钙化作用进行了很多方面的研究，这些研究有助于认识颗石藻在自然中的重要作用。参考文献【1】WESTBROEKP,YOUNGJR,LINSCHOOTENKCOCCOLITHPRODUCTIONBIOMINERAL
19、IZATIONINTHEMARINEALGAEMILIANIAHUXLEYIJJOURNALOFEUKARYOTICMICROBIOLOGY,1989,364368373【2】侯奎,陈镇东,陈延成等颗石藻与环境J植物资源与环境学报,2001,10（1）5153【3】张守仁,叶绿素荧光动力学参数的意义及讨论J植物学通报,1999,14（4）444448【4】SORROSAJM,SATOHM,SHIRAIWAYLOWTEMPERATURESTIMULATESCELLENLARGEMENTANDINLRACELHLARCALCIFICATIONOFCOCCOFITHOPHORIDSJMARINEBI
20、OTECHNOLOGY,2005,72128133【5】周成旭,严小军,骆其君等低温和高温下颗石藻PLEUROCHRYSISCARTERAE种群生长特征及生化变化J生态学报2008,28（6）25872594【6】BALCHWM,EILPATRICKKCALCIFICATIONRATESINTHEEQUATORIALPACIFICALONG140NJDEEPSEARESEARCH,1995,43971993【7】NANIMER,MJMERRETTCALCIFICATIONRATEINEMILIANIAHUXLEYILOHMANNINRESPONSETOLIGHT,NITRATEANDAVAIL
21、ABILITYOFINORGANICCARBONJNEWPHYTOL,1993,123673677【8】NIKOSLEONARDOS,BETSYREAD,BRENDATHAKEETALNOMECHANISTICDEPENDENCEOFPHOTOSYNTHESISINCALCIFICATIONINTHECOCCOLITHOPHORIDEMILIANIAHUXLEYIJPHYCOLOGICALSOCIETYOFAMERICA2009,4510461051【9】SIKESCS,ROERRD,WILBURKMPHOTOSYNTHESISANDCOCCOLITHFORMATIONINORGANICCAR
22、BONSOURCESANDNETINORGANICREACTIONOFDEPOSITIONJLIMNOLOGYANDOCEANOGRAPHY,1980,252248261【10】DELILLEB,HARLAYJ,ZONDERVANIETALRESPONSEOFPRIMARYPRODUCTIONANDCALCIFICATIONTOCHANGESOFPCO2DURINGEXPERIMENTALBLOOMSOFTHECOCCOLITHOPHORIDEMILIANIAHUXLEYIJGLOBALBIOGEOCHEMICALCYCLES,2005,19595605【11】PAASCHEEATRACERS
23、TUDYOFTHEINORGANICCARBONUPTAKEDURINGCOCCOLITHFORMATIONANDPHOTOSYNTHESISINTHECOCCOLITHOPHORIDCOCCOLITHUSHUXLEYIJPHYSIOLPLANTARUMSUPPLEMENT,1964,3182【12】HERFORTL,THAKEB,ROBERTSJACQUISITIONANDUSEOFBICARBONATEBYEMILIANIAHUXLEYIJNEWPHYTOLOGIST20021563427436【13】BROWNLEEC,TAYLORACALCIFICATIONINCOCCOLITHOPH
24、ORESACELLULARPERSPECTIVEFROMMOLECULARPROCESSESTOGLOBALIMPACTCSPRINGERVERLAGBERLINHEIDELBERG,20043150【14】孙军,今生颗石藻的有机碳泵和碳酸盐反向泵J地球科学进展,2007,22（12）,12311239【15】吴庆余,白岩善博HCO3对海生颗石藻细胞表面钙化和CO2固定作用的研究J植物学报,1999,41（3）285289【16】余利红,郭厚良,徐旭东等光合抑制剂DCMU对异养生长蓝藻叶绿素合成的作用J水生生物学报,2002,26（1）102104本科毕业设计（20_届）颗石藻钙化光合关系验证
25、目录前言121材料与方法1211藻种来源1212藻种培养1213种群生长检测方法1214光合参数测定方法1215钙化作用参数测定方法132实验内容1321最适温度条件下，不同光照强度对颗石藻种群生长、光合作用和钙化作用的影响1322温度差异情况下，颗石藻种群生长、钙化和光合参数的响应特征1323种群生长胁迫环境中，种群生长、钙化和光合参数响应特征143实验结果1431最适温度条件下，不同光照强度对颗石藻种群生长、光合作用和钙化作用的影响1432温度差异情况下，颗石藻种群生长、钙化和光合参数的响应特征1733种群生长胁迫环境中，种群生长、钙化和光合参数响应特征194讨论22致谢错误未定义书签。参
26、考文献23摘要颗石藻是具有典型生物矿化过程的海生型微型藻类。由于生物量巨大，并且其光合作用和钙化作用过程，都与碳元素的生物地化循环密切相关，因此，颗石藻是全球环境问题研究、生物矿化机制研究、元素的生物地化循环研究等领域中的重要研究对象。颗石藻种类繁多，其中PLEUROCHRYSIS属的颗石藻是沿岸海域和围塘环境中常见种类，并且可以形成单种高密度水华。关于颗石藻中光合作用和钙化作用的协同关系研究发现，不同的种类两者的相关关系或是互逆、或是协同、或是不相关，并且，钙化和光合作用途径中的关键元素在何处关联尚待研究。在我们前期的初步研究中发现，颗石藻PLEUROCHRYSISCARTERAE种群生长过
27、程中以及细胞重新钙化的过程中，其光合作用和钙化作用表现出一种互逆相关的关系。为了从更广泛的角度确证该属颗石藻光合与钙化作用的相关关系，本研究选择了PLEUROCHRYSIS属颗石藻中另一种钙化程度较低的种类PLEUROCHRYSISSP，通过分析颗石藻在不同光照强度、温度及两者协同作用条件下，颗石藻种群生长受到不同影响时，光合作用参数以及钙化过程特征的变化，探讨PLEUROCHRYSIS属颗石藻光合钙化作用互逆相关的广泛性。研究结果显示在25适宜种群增殖温度下，光照强度的不同，会导致颗石藻的种群生长、细胞钙化程度和光合参数的显著差异。低光照环境下，光合作用受到抑制，钙化作用加强。但种群生长进入
28、平台期的时候，光合参数FV/FM、FV/FM在受不同光照强度影响下，光照强度增加导致其光合参数下降，而低光照下没有种群增殖的实验组，光合参数FV/FM、FV/FM维持高的水平。相同光照强度（2500LX）下温度差异时，1525时的种群增殖具有相似的最大生物量，但15时具有更快的初期增殖。并且，细胞的钙化程度前期表现相似，但在第11天两组出现明显差异。温度影响光合作用强度，在1525的温度条件下相似但25组略占优势。种群增殖受胁迫的低温低光照环境中，光合和钙化的互逆关系尤为显著。低温低光胁迫下，细胞分裂停滞，钙化作用加强。但是，从光合参数来看，较最适生长的光温环境而言，低温低光照环境下，颗石藻能
29、维持高的光合潜力。从这个特征也说明了颗石藻能够在最适环境条件下，能够迅速实现种群的快速增殖。本研究的结果，验证了这种PLEUROCHRYSIS属的颗石藻同样具有光合钙化关系互逆的特征。关键词颗石藻；钙化作用；光合作用；互逆关系11ABSTRACTCOCCOLITHOPHOREISAKINDOFMARINEMICROALGAEWHICHHASTYPICALBIOMINERALIZATIONPROCESSBECAUSEOFITSHUGEBIOMASSANDITSROLEINTHEPROCESSOFPHOTOSYNTHESISANDCALCIFICATION,WHICHISCLOSELYRELATE
30、DTOTHEBIOLOGICALCARBONCYCLE,COCCOLITHOPHOREBECAMEANIMPORTANTOBJECTOFSTUDYINGLOBALENVIRONMENTALISSUESANDSTUDYOFBIOMINERALIZATIONMECHANISMS,EVENINBIOGEOCHEMICALCYCLINGOFELEMENTSCOCCOLITHOPHOREHASAVARIETYOFKINDS,PLEUROCHRYSISSPISACOMMONSPECIESINCOASTALWATERSANDPONDENVIRONMENT,WHICHCANFORMASINGLESPECIES
31、OFHIGHDENSITYBLOOMSACCORDINGTOTHESTUDYINRELATIONSHIPBETWEENPHOTOSYNTHESISANDCALCIFICATION,WEFOUNDTHATDIFFERENTTYPESOFRELATIONSHIPBETWEENTHETWOARERECIPROCALORCOOPERATIVE,ORNOTRELEVANTOTHERWISE,WENEEDTOSTUDYTHEKEYINCALCIFICATIONANDPHOTOSYNTHESISINOURPRELIMINARYSTUDYWEFOUNDTHATTHEREISARECIPROCALRELATIO
32、NSHIPBETWEENPHOTOSYNTHESISANDCALCIFICATIONINGROWTHANDTHEPROCESSOFCELLRECALCIFICATIONOFPLEUROCHRYSISCARTERAEINORDERTOCONFIRMTHERELATIONSHIPBETWEENPHOTOSYNTHESISANDCALCIFICATIONOFCOCCOLITHOPHOREONBROADERPERSPECTIVE,WESELECTEDPLEUROCHRYSISSP,ANOTHERKINDOFLESSCALCIFICATIONINTHISSTUDYBYANALYZINGTHEDIFFER
33、ENCEINLIGHTINTENSITY,TEMPERATUREANDSYNERGYBETWEENTHETWOCONDITIONS,ANDTHEDIFFERENCEOFTHEPROCESSOFPHOTOSYNTHESISPARAMETERSANDCHARACTERISTICCHANGESINCALCIFICATIONWHENCOCCOLITHPOPULATIONGROWTHISAFFECTED,DISCUSSTHEEXTENSIVECROSSINVERSECORRELATIONOFPHOTOSYNTHESISANDCALCIFICATIONTHERESULTSSHOWEDTHATTHEPOPU
34、LATIONGROWTHINTHEOPTIMUMTEMPERATUREOF25UNDERDIFFERENTLIGHTINTENSITYWILLRESULTINSIGNIFICANTLYDIFFERENCEOFCOCCOLITHOPHOREPOPULATIONGROWTH,CELLCALCIFICATIONANDPHOTOSYNTHETICPARAMETERSINLOWLIGHTENVIRONMENT,PHOTOSYNTHESISISINHIBITEDANDCALCIFICATIONISSTRENGTHENEDBUTWHENPOPULATIONGROWSINTOTHESTATIONARYPHAS
35、E,PHOTOSYNTHETICPARAMETERSOFFV/FM,FV/FMINTHESUBJECTUNDERTHEINFLUENCEOFDIFFERENTLIGHTINTENSITIES,INCREASEDLIGHTINTENSITYLEDTOITSDECLINEINPHOTOSYNTHETICPARAMETERS,THEREISNOPOPULATIONGROWTHUNDERLOWIRRADIANCE,PHOTOSYNTHETICPARAMETERSFV/FM,FV/FMTOMAINTAINAHIGHLEVELUNDERSAMELIGHTINTENSITY2500LX，THETEMPERA
36、TUREDIFFERENCES,WHENIN1525POPULATIONGROWTHHASTHEMAXIMUMBIOMASSSIMILARLY,BUTFASTERAT15WITHTHEEARLYPROLIFERATIONMOREOVER,THEPREVIOUSDEGREEOFCALCIFICATIONCELLSWERESIMILAR,BUTONTHE11STDAYTHETWOGROUPSTURNSINTOSIGNIFICANTDIFFERENCESTEMPERATUREAFFECTSPHOTOSYNTHESISINTENSITY,THETEMPERATUREAT1525GROUPISUNDER
37、SIMILARBUTSLIGHTADVANTAGEPOPULATIONGROWTHINTHESTRESSOFLOWTEMPERATUREANDLOWLIGHTENVIRONMENT,PHOTOSYNTHESISANDCALCIFICATIONOFTHERECIPROCALRELATIONSHIPISPARTICULARLYSIGNIFICANTINLOWTEMPERATUREANDLOWLIGHTSTRESS,CELLDIVISIONARREST,CALCIFICATIONSTRENGTHENEDHOWEVER,VIEWINGFROMTHEPHOTOSYNTHETICPARAMETERSOFP
38、ERSPECTIVE,LIGHTANDTEMPERATURETHANTHEOPTIMUMGROWTHENVIRONMENT,UNDERLOWTEMPERATUREANDLOWLIGHTCONDITIONS,COCCOLITHOPHOREMAINTAINAHIGHPHOTOSYNTHETICPOTENTIALTHISFEATUREALSOSHOWSTHATINTHEOPTIMALENVIRONMENTALCONDITIONS,POPULATIONSCANQUICKLYACHIEVERAPIDPROLIFERATIONTHERESULTSOFTHISSTUDYVERIFIEDTHATTHISPLE
39、UROCHRYSISSPALSOHASARECIPROCALRELATIONSHIPBETWEENPHOTOSYNTHESISANDCALCIFICATIONKEYWORDSCOCCOLITHCALCIFICATIONPHOTOSYNTHESISRECIPROCALRELATIONSHIP12前言颗石藻是当今海洋中广泛传播的一种浮游微藻，它在夏季温度适宜的高纬度地区大量繁殖，一直延伸到大陆架。它不仅能利用光合作用吸收CO2合成有机物，还能进行钙化作用，在细胞表面形成以CACO3为主要成分的颗石粒【1】。颗石藻产生的钙质层产物长久以来被认作是对海底石灰岩沉积的最大贡献者，以此成为地球上最大最长久
40、的无机碳沉淀。由于光合作用和钙化作用的同时存在，他们的相互关系对环境碳源、碳汇的循环和沉降过程及其对应相关的气候变化等方面可能产生重要影响。颗石藻的钙化作用和光合作用在原料和反应产物之间发生联系，光合作用利用CO2进行光合作用进行固碳，钙化作用通过CO32与CA2的结合并放出CO2达到固碳的目的。此过程伴随着CO2、HCO3和CO32等的变化，引起海水中PH的变化，同时由于颗石藻的固碳作用，钙壳层不断加厚并向外形成颗石粒，伴随着钙壳层在细胞中比重的增大，颗石藻在海水中呈现垂直分布【2】。本研究针对来源与象山港的颗石藻PLEUROCHRYSIS属的另一种钙化程度相对低的品系进行分析，研究颗石藻受
41、光照强度和温度差异影响下，形成不同的种群增殖状态、不同的光合作用条件，研究期间相应的钙化作用参数的变化特征。从一个新的角度，验证PLEUROCHRYSIS属颗石藻光合作用和钙化作用的相关关系。1材料与方法11藻种来源PLEUROCHRYSISSP为宁波大学微藻种质库保存种质（NMBJIH0261），分离自象山港水样。12藻种培养实验前准备过滤4000ML天然海水，加热煮沸5分钟，静置冷却以待备用，配置F/2培养液。本实验预备的扩大培养和实验中的培养，均采用F/2培养液。13种群生长检测方法显微计数法以血球计数板计数，跟踪每次实验中的细胞密度变化。生长率计算公式为R（LNNNLNN0）/N，N为
42、时间，NN，N0为N和0时间点的细胞密度。14光合参数测定方法叶绿素A荧光法【3】利用手持式水下藻类植物光合荧光仪APFP100测量悬浮液的光合参数QY和OD。将藻悬液摇匀，取3ML于吸收池中，放入光合荧光仪中测得FV/FM、OD680和OD720，13黑暗环境静置20MIN后继续测得FV/FM。FV/FM为经过暗适应（20MIN）后，所有电子门均处于开放状态时测得的最大光量子产量，反应藻类的潜在最大光合能力。FV/FM为在光照作用进行只有部分电子门处于开放状态时测定的有效光量子产量，反应藻类当前的实际光合效率OD680和OD720为藻悬液分别在680NM和720NM波长下测得的荧光值，实验用
43、NOD680OD720表示待测组藻悬液中叶绿素含量。15钙化作用参数测定方法CA2荧光标记法将藻类密度升高到2106CELLSML1，加入2ML的EP管中，每管加入藻液1ML，染色前每管滴加1滴5甲醛溶液，固定细胞30MIN后，离心10分钟取下层沉积物，加入PH55,05MOLML1的MESNAOH溶液500L脱钙2小时，离心取上清液250L。用002的PLURONICF127溶液重悬浮至500L，然后在实验组中加入10L02MM的FLUO3/AM溶液（最终浓度为4M），以不染色组为对照，实验组与对照组各3平行，放入25的培养箱中，避光孵化30MIN，取200L加入96孔荧光板，用多功能酶标仪
44、（激发波长488NM，发射波长526NM）测出荧光强度并记录，反映细胞内的CA2浓度。其中实验组的荧光强度为F，对照组的自发荧光强度为F0，计算荧光强度变化FFF0，以消除藻体的自发荧光。2实验内容光温条件对颗石藻光合钙化的影响21最适温度条件下，不同光照强度对颗石藻种群生长、光合作用和钙化作用的影响以25为最适培养温度条件，设置光照强度组分别为HG（25,5400LX）、HZ（25,2500LX）、HD（25,500LX）三组，测量颗石藻的种群生长密度、光合作用QY和OD值，钙化作用的荧光值。控制培养箱温度为25，调节培养箱内光源，用光照强度测量仪控制光照强度为5400LX左右，此为HG组；
45、用一层黑色尼龙纸包扎三角瓶，得到光照强度为2500LX左右的HZ组；用两层黑色尼龙纸包扎三角瓶，得到光照强度为500LX左右的HD组。每个组别做至少5个平行样品。22温度差异情况下，颗石藻种群生长、钙化和光合参数的响应特征以2500LX为最适培养光照条件，设置温度差异分别为HZ（25,2500LX），MZ（15，2500LX）两组，测量颗石藻的种群生长密度、光合作用QY和OD值，钙化作用的荧光值。控制培养箱温度为25，光照强度设置为5400LX，包扎一层黑色尼龙纸的三角瓶的组14别为HZ组；控制另一培养箱温度为15，光照强度设置为2500LX，为MZ组。每个组别做至少5个平行样品。23种群生长
46、胁迫环境中，种群生长、钙化和光合参数响应特征前期的研究表明，颗石藻在低温环境下会停止细胞分裂，但需要在暗光照下细胞才能维持存活。本实验分析种群生长胁迫时，其细胞钙化的特征。生长胁迫条件设置为LA（10，25LX），测量此条件下颗石藻的种群生长密度、光合作用QY和OD值，钙化作用的荧光值。另起一培养箱设置温度为10，光照强度设置为2500LX，包扎2层黑色尼龙纸的三角瓶为LA组。每个组别做至少5个平行样品。3实验结果31最适温度条件下，不同光照强度对颗石藻种群生长、光合作用和钙化作用的影响由前期实验得到25为颗石藻PLEUROCHRYSISSP的最适培养条件，在此温度下，调节光照强度，分成HG（
47、25,5400LX）、HZ（25,2500LX）、HD（25,500LX）三组，种群生长特征以种群的生长密度表示，每日测量记录，图表1为适宜培养温度（25）环境中，颗石藻PLEUROCHRYSISSP在不同光照强度影响下的种群生长特征。发现颗石藻在不同的光照条件下不大相同，但都符合生长规律。其中HG和HZ经历调整期、对数生长期、稳定期和衰落期，HG组的生长状况略好于HZ，而在HD组中，藻类密度始终维持在最初的水平，此光照条件下不适合藻类细胞的生长繁殖。另有，在光照较高的条件下，藻类细胞更早的度过了调整期进行分裂生长，到培养后期随着营养盐的减少细胞密度不断降低。因此，光照条件能影响藻类细胞进行生
48、命活动从而影响种群的生长密度，一定条件下，更高的光照条件更适合藻类细胞的生长。图1适宜培养温度（25）环境中，颗石藻PLEUROCHRYSISSP在不同光照强度影响下的种群生长特征15HG（25,5400LX）、HZ（25,2500LX）、HD（25,500LX）（下箭头处为第六天对样品进行接种处理）0050005010150202534567891011时间/DAY单位细胞荧光度/104/CELLHGHZHD图2不同光照强度影响下，颗石藻PLEUROCHRYSISSP细胞表面钙化程度的变化HG（25,5400LX）、HZ（25,2500LX）、HD（25,500LX）图表2为不同光照条件下，
49、颗石藻PLEUROCHRYSISSP单位细胞表面钙化程度的变化图，在前三天钙化作用并不明显，HG、HZ和HD三组基本维持在一个水平，其中HD组略高于其他两组。在第6天接种后的若干天，对颗石藻进行钙化作用强度的检测发现，HDHZHG，可以推测得到光照强度越大，钙化作用强度越低，光照强度越低，钙化作用越明显。001020304050607084567891011时间/DAY光化学量子产量FV/FMHGFV/FMHZFV/FMHD1600102030405060708094567891011时间/DAY光化学量子产量FV/FMHGFV/FMHZFV/FMHD02002040608112144567891011时间/DAY单位细胞叶绿素含量/104/CELLHGHZHD图3不同光照强度条件下，颗石藻PLEUROCHRYSISSP光合参数的变化（FV/FM、FV/FM和NOD680OD720）对比第4天和第11天数据发现，HG组和HZ组FV/FM、FV/FM值明显下降，说明在第11天时HG和HZ组逐渐进入细胞生长平台期，光合作用潜力降低，而生长较慢的HD组仍保持较强的光合作用潜力，如图3中显示。改变光照强度条件，细胞适应环境生长和繁殖的速
