【实验】基于快速重复率荧光技术（FRRf）的海洋酸化和太阳辐射增强对南大洋多种浮游藻类光合作用影响研究

背景：

大气中二氧化碳(CO₂)浓度预计将从今天的约390 μatm上升到本世纪末的750 μatm (IPCC 2014)。海洋酸化(OA)已经成为不可避免的问题。二氧化碳是一种温室气体，它还会导致全球平均气温上升，南大洋表层海水变暖将会加强垂直分层，减少混合层深度，这反过来又会提高浮游植物细胞接收太阳辐射的平均强度。

研究方法：

为了更好地了解海洋酸化(OA)和太阳辐射强度变化对南大洋浮游植物生理的影响，本实验在低、高辐照度(20、50和200 μmol光量子m⁻² s⁻¹)下CO₂分压分别为(380和800 μatm)时对三种生态相关物种(Chaetoceros debilis 角毛藻、Fragilariopsis kerguelensis拟脆杆藻和Phaeocystis antarctica 棕囊藻)的生长、有机碳固定和光生理进行了研究。

光生理使用快速重复率荧光计(FRRf, FastOcean PTX)联合FastAct实验室系统测定了所有实验藻细胞中PSII的叶绿素a荧光的高分辨率数据。

实验结果：

结果表明，三种藻类的Fluorescence light curves 荧光光响应曲线在不同光强适应和不同CO₂分压下表现出明显的物种差异。同时，最大绝对电子输运速率ETRmax，最小饱和辐照度I_k，最大光利用效率α，功能光系统II反应中心的浓度[RII]，功能吸收截面σ_PSII等光合作用生理参数在三种藻类上也表现出很大差异性。P. antarctica相较两外2种藻类对预计的光强和CO₂分压下光合作用效率最小，受OA和光强变化的影响最大，但同时OA和光强变化对任何被测物种都没有有益的影响。由于生物碳泵主要由P. antarctica所属的硅藻驱动，硅藻丰度的降低与硅藻生物量的减少可能会潜在地削弱生物碳泵，这意味着大气CO₂上升对海洋藻类的影响深远。

图 3种硅藻在不同光强适应性和不同CO₂分压下的荧光光响应曲线

表 3种硅藻在不同光强适应性和不同CO₂分压下的荧光光响应曲线参数

FastAct2 实验室自动化藻类荧光光响应曲线测量系统

Act2是高度自动化的系统，用于测量浮游藻类光合作用，并通过运行荧光光响应曲线（FLC）评估初级生产力。样品室由过滤的白色LED提供全光谱的光化光照射，以小的步距不断增加照射光照强度，以覆盖较大的动态范围，FRRf荧光计记录每一光照强度下的藻类荧光参数，如rPE等。最后生成完整的FLC，可从FLC中得出α、E_k、σ_PSII、[RCII]等参数。

【参考文献】

Two Southern Ocean diatoms are more sensitive to ocean acidification and changes in irradiance than the prymnesiophyte Phaeocystis antarctica[J]. Physiologia Plantarum 160: 155–170. 2017