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海洋硅藻是海洋浮游植物的重要组成部分,它在海洋低CO2浓度的环境中能维持较高的光合作用速率主要得益于细胞内的无机碳浓缩机制和碳酸酐酶的作用。本文研究了海洋浮游硅藻小新月菱形藻无机碳利用机制和碳酸酐酶的环境调控,主要研究结果如下: 小新月菱形藻具有较高的胞内外CA活性,胞外CA活性约为胞内CA活性的1.2倍;pH补偿点约为10.2;在碱性条件下,实际光合放氧速率是理论上由HCO3-的非催化解离提供的最大CO2供应速率的1.6倍;P-C曲线的结果显示,在pH6.0和pH8.2时,半饱和CO2浓度K0.5(CO2)分别为71.0μM和0.7μM;在碱性条件下,AZ、EZ和DIDS对光合速率均具有明显抑制作用,其中EZ的抑制率最高。 小新月菱形藻随培养液中氮、磷浓度的升高比生长速率明显提高。低氮浓度导致胞外CA活性丧失,高氮浓度下胞内外CA均明显升高;磷浓度变化对胞外CA活性并没有明显影响,但胞内CA活性在高磷浓度下明显升高。高氮、磷浓度培养下的小新月菱形藻的Vmax和K0.5(CO2)均明显提高。在不同光强培养下,胞外CA活性随光强的升高而升高,但胞内活性只在较强光强下才明显提高,Vmax和K0.5(CO2)随光强的升高而明显降低。小新月菱形藻在20℃时比生长速率最大,温度对胞内CA活性没有明显影响,但温度升高导致胞外CA活性明显升高,Vmax和K0.5(CO2)随温度的升高而明显降低。 与天然海水中氮浓度(2.1μmolL-1)相比,高氮浓度(882μmolL-1)下培养的小新月菱形藻 ABS/RC、DIo/RC和Vj明显下降,但 ETo/RC、φEo、ψo和φPo明显升高。与天然海水中磷浓度(0.1μmolL-1)相比,高磷浓度(18.1μmolL-1)下培养的小新月菱形藻ABS/RC、DIo/RC、TRo/RC和Vj明显下降,但φEo和ψo均明显上升,不同磷浓度对φPo没有明显影响。高光强导致 ET/RC、φEo、ψo和φPo明显下降,ABS/RC、DIo/RC、TRo/RC和Vj升高。在15-25℃范围内,ABS/RC、DIo/RC和TRo/RC先降低后升高,与15℃培养相比,在20和25℃时φEo和ψo均明显升高,但温度对φPo没有明显影响。 以上结果表明:小新月菱形藻无机碳利用的方式主要通过胞外CA催化HCO3-转化为CO2,后者自由扩散穿过质膜进入细胞,同时也存在HCO3-直接吸收。不同环境条件影响小新月菱形藻无机碳利用主要通过调整其对 CO2的亲和力和胞内、外CA活性得以实现。在不同光照、温度和营养盐水平下,小新月菱形藻光合作用主要通过改变吸收的光能和电子传递间的能量流动,以适应环境条件的变化。