鈣化與非鈣化株系顆石藻Emiliania huxleyi胞內(nèi) 元素組成對(duì)氮限制的響應(yīng)比較

郭 佳，馮媛媛，侯丹丹，李美琪

(天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院，天津 300457)

海洋顆石藻屬于定鞭藻門，是一種可通過生物鈣化作用生產(chǎn)顆石粒的單細(xì)胞浮游植物[1]．顆石藻大概貢獻(xiàn)了全球海洋碳酸鈣生產(chǎn)總量的50%[2]，是海洋碳循環(huán)的重要組成部分．一方面，顆石藻可通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳(CO2)進(jìn)行有機(jī)碳的生產(chǎn)；另一方面，顆石藻通過鈣化作用進(jìn)行無機(jī)碳生產(chǎn)，合成其鈣質(zhì)化外殼，該過程釋放CO2并改變海水總堿度[3]．顆石藻在除極地及熱帶海域外的全球海洋中廣泛分布，通過衛(wèi)星遙感圖像可觀測(cè)到顆石藻在很多海域中出現(xiàn)大規(guī)模季節(jié)性水華[2,4-5]，其最具廣布性的優(yōu)勢(shì)物種Emiliania huxleyi是海洋碳循環(huán)研究中的模式物種[6]．

顆石藻的各種生理過程，尤其是鈣化作用對(duì)海洋酸化的響應(yīng)尤為敏感[7–10]，但其響應(yīng)模式存在明顯的種間及株間效應(yīng)[11]．除海洋酸化外，其生長(zhǎng)、光合作用及鈣化作用還會(huì)受到溫度、光照強(qiáng)度、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化等其他環(huán)境因子的影響[12–16]．氮是對(duì)海洋浮游植物生長(zhǎng)和初級(jí)生產(chǎn)起到重要作用的營(yíng)養(yǎng)元素，是浮游植物細(xì)胞內(nèi)生物大分子的重要組成元素之一，氮限制或缺乏都會(huì)影響浮游植物生長(zhǎng)與胞內(nèi)的生理代 謝[17–18]．有研究[19]表明，氮的缺乏會(huì)改變?cè)寮?xì)胞內(nèi)物質(zhì)的組成，如碳水化合物、油脂含量升高，蛋白質(zhì)含量下降．Berges 等[20]研究表明，在氮限制的條件下威氏海鏈藻(Thalassbsira weissflogii)細(xì)胞內(nèi)由于誘導(dǎo)產(chǎn)生一種蛋白酶會(huì)導(dǎo)致大部分蛋白酶的活性也隨之增加，從而使胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量顯著下降．Han等[21]通過對(duì)蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)進(jìn)行半連續(xù)培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的脂質(zhì)含量在氮缺乏的環(huán)境中升高．還有部分研究人員研究多種微藻在氮限制條件下的生理指標(biāo)的變化，他們的研究[22–24]結(jié)果表明，氮限制的程度與時(shí)間會(huì)對(duì)不同種系微藻的生物量、生長(zhǎng)速率及光合速率產(chǎn)生一定程度的影響；研究還發(fā)現(xiàn)在低氮供應(yīng)時(shí)，小新月菱形藻胞內(nèi)的葉綠素(Chl-a)含量及光合效率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，減緩了藻細(xì)胞的生長(zhǎng)．氮限制會(huì)影響顆石藻光合和鈣化作用中重要功能性蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，硝酸鹽的濃度對(duì)顆石藻的生長(zhǎng)、光合固碳與鈣化作用起到重要的調(diào)節(jié)作用[15]，并且可以與海洋酸化對(duì)顆石藻的生理過程產(chǎn)生交互效 應(yīng)[12,25–27]．也有研究[16]表明E. huxleyi在硝酸鹽供應(yīng)量減少的條件下細(xì)胞顆粒無機(jī)碳(PIC)含量增加．然而，很少有研究闡明氮限制條件下顆石藻是否存在株間差異，尤其是鈣化和非鈣化株系之間的差異可為我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)顆石藻的鈣化作用在其生理調(diào)節(jié)上的意義提供參考信息．在氮限制條件下，我們假設(shè)鈣化株系會(huì)因?yàn)槠浒庥锈}質(zhì)化外殼的保護(hù)相較于非鈣化株系的各生理學(xué)參數(shù)會(huì)受到較小的影響．本研究選取顆石藻優(yōu)勢(shì)物種E. huxleyi鈣化株系和非鈣化株系，采用恒化連續(xù)培養(yǎng)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)受控連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究?jī)芍晗档念w石藻于指數(shù)生長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)條件下氮限制對(duì)其生理指標(biāo)的影響．該方法與傳統(tǒng)一次性培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)方法不同：一次性培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)達(dá)到的氮限制條件通常是培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)鹽消耗殆盡時(shí)，藻細(xì)胞進(jìn)入平臺(tái)生長(zhǎng)期，瀕臨死亡期，其生長(zhǎng)狀態(tài)與藻類爆發(fā)大規(guī)模水華后處于衰退期的狀態(tài)相近；而恒化連續(xù)培養(yǎng)更好地模擬了自然穩(wěn)態(tài)條件下低硝酸鹽海水中顆石藻的生長(zhǎng)狀態(tài)．

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

選取顆石藻E. huxleyi的兩種不同株系，鈣化株系E. huxleyiNIWA1108于2009年分離自新西蘭以東Chatham Rise海域，非鈣化株系E. huxleyiPMLB分離自歐洲北海．兩株藻種均采用f/20自然海水培養(yǎng)基[28](f/2培養(yǎng)基稀釋10倍)并放置于環(huán)境溫度為15℃、光照強(qiáng)度為100～120μmol/(m2·s)的恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行保種培養(yǎng)，光暗周期為12h∶12h．配制培養(yǎng)基所使用的自然海水采自南黃海寡營(yíng)養(yǎng)鹽海域的表層海水，并使用玻璃纖維濾膜經(jīng)隔膜真空泵抽濾后用立式自動(dòng)壓力蒸汽滅菌鍋高溫滅菌(121℃，15min)，以達(dá)到無菌的效果，冷卻后備用．

1.2 連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)采用自制的恒化培養(yǎng)器(包括蠕動(dòng)泵、裝有攪拌器的培養(yǎng)瓶、排水管等)進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)．對(duì)每個(gè)株系設(shè)置2個(gè)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度：(1)氮限制，N/P為1.6(物質(zhì)的量比)；(2)氮充足，N/P為16(物質(zhì)的量比)．培養(yǎng)基采用過濾后高溫滅菌的南黃海表層海水，磷酸鹽、微量元素及維生素按照f/20配方添加．硝酸鹽濃度分別添加至N/P＝1.6和N/P＝16水平．將預(yù)培養(yǎng)的處于指數(shù)生長(zhǎng)期的藻液接種到3.5L裝有培養(yǎng)基的培養(yǎng)瓶(聚碳酸酯材質(zhì))中，初始細(xì)胞密度設(shè)定為10000mL－1．在培養(yǎng)箱內(nèi)采用恒化培養(yǎng)器進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)，將蠕動(dòng)泵在藻細(xì)胞接種后的第3天開啟，開始連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)．使用蠕動(dòng)泵將培養(yǎng)基連續(xù)泵入培養(yǎng)瓶中，藻液流出口與每個(gè)培養(yǎng)瓶的瓶頸處相連接，以保證各培養(yǎng)體系中藻細(xì)胞的豐度和體積維持恒定．對(duì)于氮充足處理組的蠕動(dòng)泵稀釋速率設(shè)置為0.5d－1，氮限制處理組設(shè)置為0.2d－1．實(shí)驗(yàn)過程中為了達(dá)到培養(yǎng)瓶中藻液分布均勻的狀態(tài)，采用攪拌器(具有特氟龍涂層)在培養(yǎng)瓶中連續(xù)低速攪拌．此連續(xù)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)在恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行，光照條件和溫度與保種條件保持一致．每個(gè)處理組下均設(shè)置3個(gè)平行樣．

連續(xù)培養(yǎng)開始后，每隔24h取3mL藻液，分成2份：一份用Turner熒光儀測(cè)定其活體熒光值；一份用堿性魯格氏試劑(Lugol’s)固定后，放置到XS–213顯微鏡下進(jìn)行觀察和細(xì)胞計(jì)數(shù)．培養(yǎng)至其指數(shù)生長(zhǎng)階段并進(jìn)入穩(wěn)態(tài)超過5d(每個(gè)處理組中藻細(xì)胞豐度保持相對(duì)穩(wěn)定，變化小于10%)后，進(jìn)行最終采樣，采樣參數(shù)為活體熒光、細(xì)胞計(jì)數(shù)、葉綠素a(Chl-a)含量、沉降速率以及細(xì)胞顆粒有機(jī)磷(POP)、顆粒有機(jī)碳(POC)、顆粒有機(jī)氮(PON)含量．本實(shí)驗(yàn)最終培養(yǎng)時(shí)間為21d．

1.3 樣品分析

1.3.1 藻細(xì)胞計(jì)數(shù)及Chl-a質(zhì)量濃度的測(cè)定

取1mL藻液于1.5mL的離心管中，并加入6μL堿性魯格試劑(Lugol’s)[29]，放置于黑暗處4℃保存，最后在光學(xué)生物顯微鏡下用0.070mL的微藻計(jì)數(shù)框觀測(cè)計(jì)數(shù)，藻細(xì)胞計(jì)數(shù)所用樣品的保存時(shí)間不可以超過1周．

量取50mL藻液經(jīng)六聯(lián)過濾器(隔膜真空泵抽濾壓力小于0.2MPa)過濾到GF/F玻璃纖維膜上．為避免Chl-a見光分解，將濾膜對(duì)折后放置于鋁箔紙材質(zhì)的小袋中，保存于－20℃的冰柜．對(duì)樣品進(jìn)行分析時(shí)需在暗處進(jìn)行，將濾膜置于裝有5mL體積分?jǐn)?shù)90%的丙酮的棕色試劑瓶中，在－20℃環(huán)境下暗處理24h后，使用Turner熒光儀的非酸化模式測(cè)定其熒光值，根據(jù)式(1)[30]計(jì)算Chl-a質(zhì)量濃度(μg/L)．

1.3.2 細(xì)胞元素組成的分析

POP含量的測(cè)定采用分光光度法[31]．準(zhǔn)確量取50mL藻液，經(jīng)六聯(lián)過濾器過濾到馬弗爐灼燒(450℃，4h)過的GF/F玻璃纖維膜上，另取3份等體積的相應(yīng)背景海水培養(yǎng)基，與上述操作相同，作為空白樣．所取樣品需用2mL 0.17mol/L Na2SO4溶液潤(rùn)洗經(jīng)六聯(lián)過濾器真空泵抽濾．再將抽濾后的濾膜全部浸入到盛有2mL 0.017mol/L的MgSO4溶液且經(jīng)馬弗爐灼燒(450℃，4h)過的樣品瓶中，用灼燒過的鋁箔紙輕輕蓋住瓶口，最后將其置于60℃烘箱中，直至烘干．分析樣品前，將裝有濾膜的玻璃瓶置于馬弗爐中，450℃灼燒2h，冷卻到室溫后將5mL 0.2mol/L的鹽酸加入到樣品瓶?jī)?nèi)，用灼燒過的鋁箔紙封住瓶口置于90℃烘箱中烘烤30min后取出．冷卻到室溫后，將0.5mL顯色劑加入到樣品瓶中，搖勻，顯色10～20min，采用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線以及過濾體積計(jì)算POP含量．

采用CHN元素分析儀對(duì)POC和PON含量進(jìn)行測(cè)定[32]．從每個(gè)培養(yǎng)瓶中量取2份100mL藻液過濾至預(yù)先經(jīng)馬弗爐灼燒(450℃，4h)過的GF/F膜上，置于60℃的烘箱中烘干．其中一份直接用以測(cè)定總顆粒有機(jī)碳(TPC)以及PON的含量，另一份采用濃鹽酸熏蒸3h后再次烘干，用于測(cè)定顆粒有機(jī)碳(POC)的含量．

1.4 沉降速率的計(jì)算

把沉降柱垂直固定于支架上，堵住3個(gè)出水口，將藻液混勻，倒入沉降柱中，讓藻液充滿整個(gè)沉降柱，然后輕輕蓋上蓋子，使沉降柱保持密封(盡量避免產(chǎn)生空隙)，置于同一溫度下避光靜置2～4h．收樣時(shí)，從上到下分層依次取樣，記錄所取各層藻液體積，并分別過濾到GF/F玻璃纖維膜上．將濾膜對(duì)折，迅速放入疊好的鋁箔小袋內(nèi)，于－20℃冰箱內(nèi)保存，用于最后測(cè)定其葉綠素含量．浮游植物的沉降速率根據(jù)最后測(cè)定的葉綠素含量并采用Bienfang的沉降速率公式[33]進(jìn)行計(jì)算．

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

組間差異檢驗(yàn)采用t檢驗(yàn)(SPSS9.5軟件)，P＜0.05時(shí)為顯著性差異．文中誤差棒均為標(biāo)準(zhǔn)偏差，n＝3．

2 結(jié)果

2.1 胞內(nèi)Chl-a含量

顆石藻鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)Chl-a含量如圖1所示．

圖1 鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)Chl-a含量 Fig. 1 Cellular Chl-a contents of calcified strain and noncalcified strain

氮限制(稀釋速率0.2d－1)條件下，兩株系的胞內(nèi)Chl-a含量均較低，非鈣化株系胞內(nèi)Chl-a含量與鈣化株系胞內(nèi)Chl-a含量相比降低44.6%．鈣化株系在氮限制的條件下相較于氮充足條件的胞內(nèi)Chl-a含量下降85.2%；非鈣化株系的胞內(nèi)Chl-a含量在氮限制的條件下相較于氮充足條件降低89.4%．

2.2 細(xì)胞元素組成及比值

顆石藻鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)POC含量如圖2所示．兩個(gè)株系的單位細(xì)胞內(nèi)POC含量均受到氮限制的影響．鈣化株系的胞內(nèi)POC含量在氮限制的條件下相較于氮充足的條件降低21.9%；非鈣化株系的胞內(nèi)POC含量在氮限制的條件下也相較于氮充足的條件降低33.6%．在氮限制條件下，非鈣化株系的胞內(nèi)POC含量相比于鈣化株系低37.2%．

圖2 鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)POC含量 Fig. 2 Cellular POC contents of calcified strain and noncalcified strain

顆石藻鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)PON含量如圖3所示．氮限制顯著降低了兩個(gè)株系的胞內(nèi)PON含量．其中鈣化株系的胞內(nèi)PON含量在氮限制的條件下相較于氮充足條件降低63.1%；非鈣化株系的胞內(nèi)PON含量在氮限制的條件下相較于氮充足的條件降低62.5%．在氮限制和氮充足條件下，鈣化株系的胞內(nèi)PON含量均高于非鈣化株系．

圖3 鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi) PON 含量 Fig. 3 Cellular PON contents of calcified strain and noncalcified strain

顆石藻鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)POP含量 如圖4所示．

圖4 鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)POP含量 Fig. 4 Cellular POP content of calcified strain and noncalcified strain

兩個(gè)株系的胞內(nèi)POP含量同樣受到氮限制的顯著影響．鈣化株系的胞內(nèi)POP含量在氮限制的條件下相較于氮充足條件降低45.0%；非鈣化株系的胞內(nèi)POP含量在氮限制的條件下相較于氮充足的條件降低75.7%．在氮限制條件下，非鈣化株系胞內(nèi)POP含量相比于鈣化株系低91.2%．

鈣化株系和非鈣化株系的細(xì)胞n(POC)/n(PON)、n(POC)/n(POP)、n(PON)/n(POP)比值見表1．

表1 鈣化株系和非鈣化株系的細(xì)胞n(POC)/n(PON)、n(POC)/n(POP)、n(PON)/n(POP)比值 Tab. 1 n(POC)/n(PON)，n(POC)/n(POP)，n(PON)/n(POP)of calcified strain and non-calcified strain

兩株藻細(xì)胞的n(POC)/n(PON)在氮限制條件下升高，n(PON)/n(POP)及n(POC)/n(POP)則出現(xiàn)下降．鈣化株系的細(xì)胞n(POC)/n(PON)比值在氮限制的條件下相較于氮充足條件升高112.2%；非鈣化株系的細(xì)胞n(POC)/n(PON)值在氮限制的條件下相較于氮充足條件升高46%．氮限制條件下，非鈣化株系細(xì)胞n(POC)/n(PON)值與鈣化株系相比，下降了27.4%．鈣化株系的細(xì)胞n(POC)/n(POP)值在氮限制的條件下相較于氮充足條件下降低35.6%；非鈣化株系的細(xì)胞n(POC)/n(POP)值在氮限制的條件下相較于氮充足條件降低24.8%．氮限制條件下，非鈣化株系細(xì)胞n(POC)/n(POP)比值相較于鈣化株系降低16.8%；鈣化株系和非鈣化株系兩種株系細(xì)胞的n(PON)/n(POP)值在氮限制條件下均明顯低于氮充足處理．與n(POC)/n(PON)、n(POC)/n(POP)不同的是非鈣化株系細(xì)胞n(PON)/n(POP)值相比于鈣化株系上升了14.9%．鈣化株系細(xì)胞的n(PON)/n(POP)值在氮限制條件下相較于氮充足條件降低71.3%；而非鈣化株系細(xì)胞的n(PON)/n(POP)值在氮限制的條件下相較于氮充足條件降低32.9%．

鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)C/Chl-a質(zhì)量比如圖5所示．在氮限制條件下，兩種株系胞內(nèi)的m(C)/m(Chl-a)值均顯著高于氮充足條件．其中，鈣化株系的胞內(nèi)m(C)/m(Chl-a)值在氮限制條件下相較于氮充足條件升高476.9%；非鈣化株系的胞內(nèi)m(C)/m(Chl-a)值在氮限制下相較于氮充足處理組升高589.1%．與鈣化株系相比，非鈣化株系胞內(nèi)的m(C)/m(Chl-a)值升高14.3%．

圖5 鈣化株系和非鈣化株系的胞內(nèi)C/Chl-a質(zhì)量比 Fig. 5 m(C)/m(Chl-a)of calcified strain and noncalcified strain

2.3 沉降速率

鈣化株系和非鈣化株系的細(xì)胞沉降速率如圖6所示．

圖6 鈣化株系和非鈣化株系的細(xì)胞沉降速率 Fig. 6 Sinking rates of calcified strain and non-calcified strain

氮限制顯著降低了兩個(gè)株系的沉降速率(P＜0.05)．其中鈣化株系的沉降速率在氮限制的條件下相較于氮充足條件降低54.0%；非鈣化株系的沉降速率在氮限制的條件下相較于氮充足的條件降低24.7%．在氮限制和氮充足條件下，鈣化株系的沉降速率均高于非鈣化株系．

根據(jù)t檢驗(yàn)分析結(jié)果得出氮限制對(duì)鈣化株系與非鈣化株系兩株系細(xì)胞的Chl-a含量、PON含量、n(POC)/n(PON)、沉降速率均有顯著性影響，氮限制對(duì)非鈣化株系的POP含量、m(C)/m(Chl-a)有顯著性影響．

3 討論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硝酸鹽濃度的變化對(duì)顆石藻兩株系的胞內(nèi)元素組成起到重要的調(diào)節(jié)作用．與氮充足條件相比，氮限制條件使鈣化株系和非鈣化株系兩株系細(xì)胞的Chl-a含量、PON含量及沉降速率均顯著降低[34]．其中，兩株系藻的胞內(nèi)POP含量受氮限制影響均大于各自的胞內(nèi)POC含量，其主要原因是藻細(xì)胞在生長(zhǎng)條件較差的環(huán)境下會(huì)優(yōu)先進(jìn)行固碳作用，從而在氮限制的條件下兩株系藻的胞內(nèi)POP含量相較于氮充足條件下的變化量大于各自的胞內(nèi)POC含量．核酸與蛋白質(zhì)等生物大分子是細(xì)胞中重要的生命物質(zhì)，而氮是合成這些生物大分子的生源要素．與其他營(yíng)養(yǎng)鹽(如磷限制)相比，氮限制對(duì)顆石藻的生長(zhǎng)、光合和鈣化速率的影響尤為明顯[15]．這是因?yàn)榈拗剖沟迷寮?xì)胞中一些作為光合作用重要轉(zhuǎn)運(yùn)體的蛋白質(zhì)會(huì)嚴(yán)重匱乏[35–36]，細(xì)胞在合成核酸與蛋白質(zhì)等生物大分子過程中受阻，從而導(dǎo)致合成光合色素的能力也減弱，影響藻類細(xì)胞的光合固碳能力[37–38]．顆石藻E. huxleyi的鈣化和非鈣化株系對(duì)氮限制的響應(yīng)顯示出了明顯的株間特性．在氮充足條件下，鈣化株系的胞內(nèi)POC及PON的含量均略高于非鈣化株系．氮限制對(duì)非鈣化株系的胞內(nèi)POC及Chl-a含量的降低幅度均高于對(duì)鈣化株系的影響；而對(duì)非鈣化株系的胞內(nèi)PON降低幅度略低于鈣化株系．這意味著氮限制對(duì)停止鈣化作用的非鈣化株系的葉綠素合成和固碳速率影響要高于對(duì)鈣化株系的影響．相比于對(duì)胞內(nèi)POC合成的削弱，氮限制對(duì)兩株系的胞內(nèi)Chl-a及胞內(nèi)PON合成抑制作用更大．這導(dǎo)致了兩株系的n(POC)/n(PON)和m(C)/m(Chl-a)比值均在氮限制條件下有較大幅度升高．在氮限制的條件下，兩株系的n(POC)/n(PON)、n(POC)/n(POP)值都分別大于Redfield比值106/16和106/1，鈣化株系的n(POC)/n(PON)、n(POC)/n(POP)值相比于非鈣化株系還要更高一些．其主要原因可能是鈣化株系在氮限制的條件下會(huì)優(yōu)先進(jìn)行光合固碳生成POC，由于硝酸鹽的匱乏，導(dǎo)致了其蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的合成受到影響，降低了對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收與有機(jī)氮、有機(jī)磷的合成，導(dǎo)致胞內(nèi)PON、POP含量也隨之降低[39]．

值得注意的是，氮限制顯著降低了兩株系顆石藻的沉降速率，而且對(duì)鈣化株系降低幅度顯著高于非鈣化株系．這主要由其對(duì)鈣化株系顆石藻的鈣化作用削弱引起的[27]．與其他環(huán)境因子相比，氮限制也會(huì)通過對(duì)鈣化作用相關(guān)的功能蛋白合成的影響而顯著降低顆石藻的鈣化速率[15,39]．由于顆石粒的壓重效應(yīng)是顆石藻向下沉降的主導(dǎo)因素，其鈣化作用的削弱會(huì)引起沉降速率的降低．另一方面，浮游植物的有機(jī)碳生產(chǎn)也通常會(huì)受到氮限制的削弱[40]．這意味著在氮限制的環(huán)境中，顆石藻相關(guān)的雨率(PIC與POC的質(zhì)量比)及由顆石粒的壓重效應(yīng)引起的由表層海洋向深海的碳輸出均會(huì)受到顯著削弱[1]．

在預(yù)測(cè)未來全球氣候變化下的海洋環(huán)境中，二氧化碳濃度升高導(dǎo)致的溫室效應(yīng)會(huì)引起冰川融化和降雨模式的改變，從而增強(qiáng)海水分層、改變海洋混合層深度，混合層深度變淺將會(huì)削弱從深海向表層海水的營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充，寡營(yíng)養(yǎng)鹽海域也會(huì)逐漸擴(kuò)張[1,41]．海洋顆石藻主要生活在混合層以上的表層水體中，很容易受到環(huán)境變化的影響，因此，為了更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)海洋顆石藻在全球氣候變化下海洋顆石藻的生理學(xué)響應(yīng)以及該響應(yīng)對(duì)海洋生物地球化學(xué)的反饋，氮限制的研究是其中重要的一環(huán)．此外，在全球變化背景下，其他環(huán)境因子與氮限制對(duì)顆石藻生理過程的交互效應(yīng)的影響也不容忽視[27–28]．

4 結(jié)語

通過對(duì)穩(wěn)定生長(zhǎng)條件下的顆石藻E. huxleyi鈣化株系和非鈣化株系進(jìn)行恒化連續(xù)培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：氮限制降低了兩株系顆石藻的胞內(nèi)Chl-a、細(xì)胞顆粒有機(jī)氮及顆粒有機(jī)碳含量，非鈣化株系胞內(nèi)各元素含量則相較于鈣化株系降低的幅度更大．氮限制明顯升高了兩株系顆石藻的細(xì)胞n(POC)/n(PON)及n(POC)/n(POP)比值，而降低了n(PON)/n(POP)及m(C)/m(Chl-a)比值，相較而言，氮限制對(duì)鈣化株系的元素比值影響高于非鈣化株系．兩株系的沉降速率在氮限制下均呈顯著降低趨勢(shì)，其中鈣化株系降低幅度遠(yuǎn)高于非鈣化株系．氮限制對(duì)顆石藻的生理指標(biāo)有著重要影響，并且存在著較大的株間差異．以上結(jié)果有助于我們厘清顆石藻鈣化作用的生理學(xué)作用，并為進(jìn)一步認(rèn)知和預(yù)測(cè)在變化的海洋環(huán)境中顆石藻這一重要的浮游植物功能群的響應(yīng)機(jī)制及其生物地球化學(xué)效應(yīng)提供了一定的科學(xué)依據(jù)．