念珠藻对岩溶水中 Ca2＋、HCO－3利用效率实验研究

岩溶碳汇过程中石灰石溶解将大气/土壤中 CO 2转移到水体形成 HCO －3促进水生藻类的生长.该文为了研究水生藻类光合作用将岩溶水中无机碳转化为有机碳的效率,采用从岩溶水生生态系统中筛选出的念珠藻作为研究对象,探讨在封闭体系中藻细胞光合作用时对典型岩溶水中 Ca2＋、HCO －3利用、藻细胞生物量的变化与 Ca2＋、HCO －3的利用关系以及体系 pH、DO 的变化.结果表明：念珠藻通过光合作用能吸收利用岩溶水中27．38％的 Ca2＋,同时将29．54％的 Ca2＋通过物理化学作用以“藻体-CaCO 3”复合体形式沉淀而返回到无机环境.pH 漂移实验表明念珠藻光合作用过程中先利用水体中游离 CO 2,然后以岩溶水中 HCO －3为碳源.由于水体中岩溶作用产生的 HCO －3不断被光合作用利用而引起体系 pH 和 DO 的升高.念珠藻光合作用将岩溶水中65％的 HCO －3转化为稳定化合物,其中18．46％以胞外 CaCO 3形式被沉淀,81．54％被藻类转化为有机物,表现为净碳汇效应.     

碳酸酐酶在中肋骨条藻光合作用中的作用

探讨了在正常空气条件下生长的中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的碳酸酐酶(CA)在其光合固碳中的作用.在中肋骨条藻的胞内和胞外均有CA活性,但胞外CA活性很低.CA抑制剂AZ(乙酰唑磺胺)对中肋骨条藻的光合放氧速率没有明显影响,而CA抑制剂EZ(乙氧苯唑胺)对其光合放氧速率有强烈的抑制作用.EZ的抑制作用使细胞最大光合速率、饱和光强和无机碳亲和力下降,无机碳的补偿点和光呼吸提高,使强光下光抑制作用增强.这些结果表明:中肋骨条藻的胞外CA在其光合作用中所起的作用较小,而其胞内CA通过催化胞内碳库中的HCO-3快速转化成CO2,提高胞内CO2的有效供给,从而提高细胞光合固碳能力和对逆境(高O2、强光和低CO2)的适应能力.     

不同来源小球藻对岩溶水Ca2+、HCO3-利用的初步研究

以外源小球藻和岩溶区筛选出的土著小球藻为研究对象, 在封闭体系中比较研究了两种不同来源小球藻对典型岩溶水中Ca2+、HCO3-的利用、藻细胞数量与其对Ca2+、HCO3-的利用率的关系和体系pH的变化。结果表明, 土著小球藻利用Ca2+、HCO3-的能力强于外源小球藻, 但外源小球藻对Ca2+的利用量高于土著小球藻, 而二者对HCO3-的利用量相同, 并且外源小球藻能够以胞外CaCO3形式产生沉淀, 而土著藻则不能形成沉淀。其次两体系中pH的变化显示, 两种小球藻光合作用都是先以水体中CO2为光合作用碳源, 然后利用HCO3-。外源小球藻能将岩溶水中29.648%的HCO3-吸收, 而土著藻能将40.625%的HCO3-通过其在食物链中的初级生产地位将岩溶碳汇转化进入到生态系统, 表现为净碳汇效应。       

水体无机碳条件对常见沉水植物生长和生理的影响

为了解水华引起的水体无机碳变化对沉水植物生长的影响,对8种沉水植物:金鱼藻、穗花狐尾藻、篦齿眼子菜、光叶眼子菜、微齿眼子菜、伊乐藻、菹草和黑藻在不同无机碳浓度下的生物量、株高、叶绿素以及光合和呼吸速率进行了比较研究.结果表明8种沉水植物均能利用HCO3-作为光合无机碳源,在1.5 mmoL/L外源HCO3-浓度下能促进金鱼藻、菹草和伊乐藻的生长,提高其光合速率;在2.5 mmol/L外源HCO3-浓度下能促进狐尾藻、光叶眼子菜、黑藻、微齿眼子菜和蓖齿眼子菜的生长,提高其光合速率.在CO32-为优势碳源时,8种沉水植物表现出不同的适应性,发现微齿眼子菜、篦齿眼子菜和黑藻在整个实验范围内生长未受抑制,且在不同浓度下表现生长和光合速率的促进,说明这三种沉水植物对[HCO3-]/[CO32-]比值和pH具有较广适应范围.而当CO32-成为优势碳源时,金鱼藻和伊乐藻的生长受到抑制,狐尾藻、菹草和光叶眼子菜均死亡,表明[HCO3-]/[CO32-]比值和pH是这5种沉水植物生长的重要限制因子.     

蛋白核小球藻生长和无机碳利用对不同光照强度和CO_2浓度的响应

为了探讨光照强度和CO_2浓度对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、无机碳利用的复合效应,丰富绿藻中无机碳浓缩机制的资料,该文设置两种光照强度(40和120μmol photons×m–2×s–1)和两种CO_2浓度(0.04%和0.16%)组合成4种条件,比较了蛋白核小球藻生长、无机碳浓度、pH补偿点、光合放氧速率、碳酸酐酶(CA)活性和α-CA基因转录表达对这4种培养条件的响应。结果发现:蛋白核小球藻在高光强高CO_2浓度组生长最快;低光强高CO_2浓度组培养体系中总无机碳浓度为1 163.3μmol×L–1,显著高于其他3组;高光强低CO_2浓度组藻的p H补偿点最高(9.8),而低光强高CO_2浓度组藻的p H补偿点最低(8.6);低光强高CO_2浓度组藻的最大光合速率(Vmax)和最大光合速率一半时的无机碳浓度(K0.5)最高,分别是其他3组的1.28-1.91倍和1.61-2.00倍;高光强低CO_2浓度组藻的胞外CA活性最高;而低光强低CO_2浓度组藻的胞外α-CA基因表达量显著高于其他3组。以上结果表明低CO_2浓度可促进蛋白核小球藻的pH补偿点和无机碳亲和力的提高,诱导胞外CA活性及α-CA基因的表达;该藻主要以HCO_3~–为无机碳源,其对无机碳的利用受光照的调节。     

蛋白核小球藻生长和无机碳利用对不同光照强度和CO2浓度的响应

为了探讨光照强度和CO₂浓度对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、无机碳利用的复合效应, 丰富绿藻中无机碳浓缩机制的资料, 该文设置两种光照强度(40和120 µmol photons•m^-2•s^-1)和两种CO₂浓度(0.04%和0.16%)组合成4种条件, 比较了蛋白核小球藻生长、无机碳浓度、pH补偿点、光合放氧速率、碳酸酐酶(CA)活性和α-CA基因转录表达对这4种培养条件的响应。结果发现: 蛋白核小球藻在高光强高CO₂浓度组生长最快; 低光强高CO₂浓度组培养体系中总无机碳浓度为1163.3 µmol•L^-1, 显著高于其他3组; 高光强低CO₂浓度组藻的pH补偿点最高(9.8), 而低光强高CO₂浓度组藻的pH补偿点最低(8.6); 低光强高CO₂浓度组藻的最大光合速率(V_max)和最大光合速率一半时的无机碳浓度(K_0.5)最高, 分别是其他3组的1.28-1.91倍和1.61-2.00倍; 高光强低CO₂浓度组藻的胞外CA活性最高; 而低光强低CO₂浓度组藻的胞外α-CA基因表达量显著高于其他3组。以上结果表明低CO₂浓度可促进蛋白核小球藻的pH补偿点和无机碳亲和力的提高, 诱导胞外CA活性及α-CA基因的表达; 该藻主要以HCO₃^-为无机碳源, 其对无机碳的利用受光照的调节。     

温度、光照、盐度与pH 对淡水蓝藻拟柱胞藻生长的影响

拟柱胞藻(Cylindrospermopsis raciborskii)是近年来发现能够引起水华的一种优势淡水蓝藻, 可产生蓝藻毒素,由其引发的水质危害已逐渐引起人们的重视。为探讨环境因素与拟柱胞藻生长状态的关系, 设计采用温度(25, 30, 35 ℃)、光照(2000, 3000, 4000 lx)、盐度(0, 4, 8)与pH 值(7.2, 8.2, 9.2)四种环境因子三水平正交试验, 分析在不同环境因子条件下拟柱胞藻的比平均生长速率, 最高藻丝密度, 叶绿素a(Chl-a)及类胡萝卜素(Carotenoid)含量。研究结果表明, 在9种环境因子组合中, 除温度25℃、光照4000 lx、pH 9.2 及盐度8, 拟柱胞藻不能生长外, 其余条件均能生长。藻丝生长速率、藻丝密度及光合色素的影响程度上, 盐度影响最大, 其次是pH 和温度, 光照影响最小。拟柱胞藻藻丝最佳生长的环境条件为温度30℃, pH 8.2, 光照4000 lx 及盐度0。     

不同理化因子对雨生红球藻CG-11碳酸酐酶活性的影响

以雨生红球藻CG-11为实验藻株,探讨在不同CO2、HCO3-、Zn2＋浓度以及pH和氮磷比例条件下,藻细胞的碳酸酐酶活性对这些理化因子的响应。结果表明,通入空气实验组的碳酸酐酶活性最高,为（75.20±1.53）U·mg-1（Chla）,通入5%CO2条件下的碳酸酐酶活性为（9.96±1.43）U·mg-1（Chla）;高浓度HCO3-对碳酸酐酶活性亦具有明显抑制作用,培养液中可溶性无机碳的浓度与碳酸酐酶活性呈负相关;在实验设置的pH范围内,pH9.0时碳酸酐酶活性最高,为（62.32±3.25）U·mg-1（Chla）;适当的氮磷比与Zn2＋浓度显著提高了雨生红球藻CG-11的生长速率,碳酸酐酶的活性亦有明显提高。     

七子花苗期光合日进程及光响应

对七子花苗期光合日进程及光响应进行了研究,结果表明:(1)净光合速率的日进程曲线呈双峰型,胞间CO2浓度的日进程基本与净光合速率相反,中午胞间CO2浓度增高表明净光合速率午间降低主要受非气孔限制因素的影响。暗呼吸速率日进程呈单峰曲线,中午最高。光能利用效率以上午7∶00为最高,中午最低,以后又逐渐上升。(2)净光合速率最适温度为25～30℃,高光合有效辐射和高温下光抑制加剧。(3)29℃下饱和光强为890μmolm 2s 1,表观量子效率为0.0325,光补偿点为44μmolm 2s 1;随着光合有效辐射的增强,气孔阻力减小,但光合有效辐射过高,气孔阻力却有所上升。(4)在29℃的饱和光强下,羧化效率为0.0351,CO2补偿点为173μmolmol 1,低于或高于饱和光强,羧化效率下降,CO2补偿点升高。     

CO2对转基因聚球藻7942生长、表达等的影响

研究了不同浓度CO2 对转基因聚球藻 794 2生长、胸腺素α1表达和光合作用的影响 ,结果表明 :不同浓度的CO2 对藻细胞指数生长期的比生长速率没有明显的影响 ,通入空气与 5 %CO2 空气对藻细胞线性生长速率和最终藻细胞浓度影响也不显著 ;高浓度CO2 会减少NO-3 的吸收 ,提高硝酸还原酶的活性 ,这表明NO-3 的吸收与还原是不偶联的。低浓度CO2 对藻细胞的生化组成和胸腺素α1表达没有影响。而高浓度的CO2 明显降低可溶性蛋白及光合色素叶绿素a、类胡萝卜素和藻蓝蛋白的含量 ,胸腺素α1含量也显著降低。不同CO2 浓度培养的藻细胞P I曲线表明 ,不同浓度的CO2 对藻细胞的光合作用效率没有明显的影响 ,但生长在高浓度CO2 中藻细胞的最大光合速率明显增加。     

金桔秋季光合特性初步研究

采用Li-6400型便携式光合测定系统对多年生金桔的光合特性进行研究。结果表明,金桔净光合速率日变化呈双峰曲线,存在光合"午休"现象,最高峰出现在11:00左右,次峰出现在14:00,日最大净光合速率为3.4467 μmol/m²·s。净光合速率与蒸腾速率、气孔导度之间呈正相关,与胞间CO₂浓度呈负相关;在400 μmol/mol CO₂浓度下,光补偿点为67 μmol/m²·s,光饱和点为672 μmol/m²·s。金桔的光合特性表现为典型的阳性耐荫植物,对光照的适应性较强。     

PHOTOSYNTHETIC INORGANIC CARBON ACQUISITION IN AN ACID‐TOLERANT,FREE‐LIVING SPECIES OF COCCOMYXA (CHLOROPHYTA)1

The processes of CO₂ acquisition were characterized for the acid‐tolerant, free‐living chlorophyte alga, CPCC 508. rDNA data indicate an affiliation to the genus Coccomyxa, but distinct from other known members of the genus. The alga grows over a wide range of pH from 3.0 to 9.0. External carbonic anhydrase (CA) was detected in cells grown above pH 5, with the activity increasing marginally from pH 7 to 9, but most of the CA activity was internal. The capacity for HCO₃^? uptake of cells treated with the CA inhibitor acetazolamide (AZA), was investigated by comparing the calculated rate of uncatalyzed CO₂ formation with the rate of photosynthesis. Active bicarbonate transport occurred in cells grown in media above pH 7.0. Monitoring CO₂ uptake and O₂ evolution by membrane‐inlet mass spectrometry demonstrated that air‐grown cells reduced the CO₂ concentration in the medium to an equilibrium concentration of 15 μM, but AZA‐treated cells caused a drop in extracellular CO₂ concentration to a compensation concentration of 27 μM at pH 8.0. CO₂‐pulsing experiments with cells in the light indicated that the cells do not actively take up CO₂. An internal pool of unfixed inorganic carbon was not detected at the CO₂ compensation concentration, probably because of the lack of active CO₂ uptake, but was detectable at times before compensation point was reached. These results indicate that this free‐living Coccomyxa possesses a CO₂‐concentrating mechanism (CCM) due to an active bicarbonate‐uptake system, unlike the Coccomyxa sp. occurring in symbiotic association with lichens.     

不同碱度条件下中华水韭昼夜CO_2气体交换的特征

运用pH-drift的方法研究了在不同碱度条件下中华水韭(Isoetes sinensis)的沉水叶片昼夜CO_2吸收的特征.结果表明中华水非的沉水叶片具有昼夜吸收水中CO_2的能力,而不具备利用水中的HCCO3的能力,进一步证明了水生植物中华水韭的光合碳同化途径具有景天酸代谢(CAM)的特征.中华水韭沉水叶片光照条件下对水中CO_2的吸收速率在一定的浓度范围内正相关于水中的CO_2浓度.光照条件下,中华水韭的pH-drift实验的pH补偿点分别为(8.1±0.3)和(7.9±0.1)mmol·L~(-1),最终[C_T]/Alk值为(1.009±0.01)和(1.022±0. 004).碱度对中华水韭夜晚CO_2的吸收速率有显著的影响(F=38.73,P<0.0001).总碱度1.70mmol·L~(-1)溶液中的中华水韭沉水叶片在相对较低的CO_2浓度(0.04±0.001mmol·L~(-1))水平下即表现出对CO_2的净吸收.调查了野外一处中华水韭沉水种群的生境pH值及CO_2浓度的昼夜变化,发现水体碱度约为1.59mmol·L~(-1),一昼夜的pH值波动不大,平均为(6.1±0.04),昼夜CO_2浓度存在波动,午夜水中的CO_2浓度是午后的近3倍.     

Inorganic carbon acquisition in two green marine Stichococcus species

The mechanism of inorganic carbon (C(i)) uptake was examined in the marine green microalgae Stichococcus cylindricus and Stichococcus minor. External carbonic anhydrase (CA) activity was not detected in either species, by potentiometric assay or by mass spectrometry. Photosynthetic characteristics of C(i) uptake indicate that both species have high apparent affinity for CO(2) with a low K(1/2) (CO(2)) of about 10 μm. The O(2) evolution rates in light exceeded the spontaneous CO(2) formation rate by 2.5-fold in both species, which thus have active bicarbonate uptake. Mass spectrometric monitoring of CO(2) and O(2) fluxes showed that rates of O(2) evolution exceeded those of CO(2) depletion by about three- and twofold in S. minor and S. cylindricus, respectively, and also showed, in cells photosynthesizing at pH 8.2, a rapid depletion of CO(2) upon illumination to a CO(2) compensation concentration of 15.42 and 12.03 μm in S. minor and S. cylindricus, respectively. Both species also exhibit active CO(2) uptake: addition of bovine CA at CO(2) compensation concentration caused a rapid rise in CO(2) as the CO(2) -HCO(3) (-) equilibrium was restored. Accumulation of unfixed C(i) by cells at pH 8.2 was calculated to be 84.33 mm in S. cylindricus, and 30.37 mm in S. minor to give internal accumulations of 23- and 8-fold, respectively, compared to the external C(i) concentration.     

PHOTOSYNTHETIC UTILIZATION OF INORGANIC CARBON IN THE ECONOMIC BROWN ALGA,HIZIKIA FUSIFORME (SARGASSACEAE) FROM THE SOUTH CHINA SEA1

The mechanism of inorganic carbon (C_i) acquisition by the economic brown macroalga, Hizikia fusiforme (Harv.) Okamura (Sargassaceae), was investigated to characterize its photosynthetic physiology. Both intracellular and extracellular carbonic anhydrase (CA) were detected, with the external CA activity accounting for about 5% of the total. Hizikia fusiforme showed higher rates of photosynthetic oxygen evolution at alkaline pH than those theoretically derived from the rates of uncatalyzed CO₂ production from bicarbonate and exhibited a high pH compensation point (pH 9.66). The external CA inhibitor, acetazolamide, significantly depressed the photosynthetic oxygen evolution, whereas the anion‐exchanger inhibitor 4,4′‐diisothiocyano‐stilbene‐2,2′‐disulfonate had no inhibitory effect on it, implying the alga was capable of using HCO₃^? as a source of C_i for its photosynthesis via the mediation of the external CA. CO₂ concentrations in the culture media affected its photosynthetic properties. A high level of CO₂ (10,000 ppmv) resulted in a decrease in the external CA activity; however, a low CO₂ level (20 ppmv) led to no changes in the external CA activity but raised the intracellular CA activity. Parallel to the reduction in the external CA activity at the high CO₂ was a reduction in the photosynthetic CO₂ affinity. Decreased activity of the external CA in the high CO₂ grown samples led to reduced sensitiveness of photosynthesis to the addition of acetazolamide at alkaline pH. It was clearly indicated that H. fusiforme, which showed CO₂‐limited photosynthesis with the half‐saturating concentration of C_i exceeding that of seawater, did not operate active HCO₃^? uptake but used it via the extracellular CA for its photosynthetic carbon fixation.     

不同砧木嫁接番茄光合特性的研究

采用LI-6400便携式光合作用系统对田间条件下嫁接番茄(珍红/砧木1号,珍红/桂砧1号)以及接穗(珍红)的光合作用特性进行了系统研究。结果表明:自根苗的光饱和点显著高于嫁接苗;自根苗和嫁接苗的光补偿点差异不显著,以珍红/桂砧1号最高(31.8μmolphotons·m-2·s-1),珍红/砧木1号最低(17.6μmolphotons·m-2·s-1);嫁接苗的CO2补偿点显著低于自根苗,且珍红/桂砧1号与自根苗的差异达极显著水平;表观量子效率变化范围为0.062~0.073;CO2饱和点在844~971μmolCO2·mol-1左右,CO2羧化效率变化范围为0.055~0.086molCO2·m-2·S-1;光合作用CO2补偿点珍红、珍红/砧木1号和珍红/桂砧1号分别为74.0、60.8和50μmolCO2·mol-1。嫁接苗的日平均光合速率和蒸腾速率高于自根苗,但两者的日进程曲线均为“单峰型”,其光合作用不存在“午休现象”。     

模拟酸雨胁迫对青冈幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响

选择亚热带常绿阔叶林优势树种青冈幼苗为研究对象,设置3个酸雨处理：pH 2.5、pH 4.0、pH 5.6(CK),研究不同强度的模拟酸雨对青冈幼苗光合特性、叶绿素荧光参数和叶绿素含量的影响.结果表明：经过2年酸雨处理,青冈的净光合速率随着酸雨强度的增加而显著上升.pH 2.5、pH 4.0处理的酸雨增大了青冈的气孔导度和蒸腾速率,且对pH 2.5处理的影响更为显著.胞间CO₂浓度的大小顺序是pH 2.5>pH 5.6>pH 4.0.pH 2.5、pH 4.0处理青冈的最大净光合速率、光补偿点、光饱和点、暗呼吸速率显著高于对照,表观量子效率对酸雨胁迫不敏感.pH 2.5、pH 4.0处理青冈的PSⅡ原初光能转化效率和PSⅡ的潜在活性显著高于对照.青冈的叶绿素相对含量大小顺序是pH 2.5>pH 5.6>pH 4.0,且pH 2.5与pH 4.0之间有显著差异.说明青冈幼苗的光合参数、叶绿素荧光参数指标在pH 2.5和pH 4.0的酸雨处理下有所增加,且在pH 2.5强度下增加更为明显.     

海洋浮游藻类无机碳利用机理的研究

为了认识海洋浮游藻类在碳充足和碳受限条件下对水体中溶解无机碳(DIC)的利用方式与可能机理,对13种海洋浮游藻类在不同pH和CO2浓度及不同DIC条件下细胞外碳酸酐酶(CA)的活性进行了分析测定.结果显示:13种藻中,只有Amphidinium carterae和Prorocentrum minimum在碳充足条件下具细胞外CA活性.Melosira sp.、Phaeodactylum tricornutum、Skeletonema costatum、Thalassiosira rotula、Emiliania huxleyi和Pleurochrysis carterae则在碳受限条件下才具细胞外CA活性.Chaetoceros compressus、Glenodinium foliaceum、Coccolithus pelagicus、 Gephrocapsa oceanica和Heterosigma akashiwo即使在碳受限条件下也未检测到细胞外CA活性.应用封闭系统中pH漂移技术和阴离子交换抑制剂4′4′-diisothiocyanatostilbene-2,2-disulfonic acid (DIDS)等的研究表明,Coc. pelagicus和G. oceanica可通过阴离子交换机制进行HCO-3的直接利用.H. akashiwo没有潜在的HCO-3直接利用或细胞外CA催化的HCO-3利用.