石莼屬綠藻屬于石莼科（Ulvaceae），是海洋藻類(lèi)中的重要代表。石莼屬綠藻對鹽度、溫度和水質(zhì)變化有很高的耐受力，可以在海水、半咸水甚至淡水中廣泛存在，從鹽度很低的河口直到鹽度很高的鹽田都能生長(cháng)，環(huán)境營(yíng)養條件合適時(shí)可快速繁殖。隨著(zhù)人類(lèi)活動(dòng)（例如化石燃料的燃燒，森林的大量砍伐）的增加，人類(lèi)向大氣中排放的二氧化碳氣體越來(lái)越多。海洋作為地球上最大的碳庫之一，對大氣二氧化碳濃度的變化起著(zhù)緩沖作用。本論文研究了經(jīng)過(guò)馴化培養的海藻和藍藻是如何提高海洋環(huán)境中的二氧化碳分壓以及在增加復雜海洋環(huán)境的碳庫總量發(fā)揮的作用。

Unisense微電極系統的應用

應用unisense氧微電極測試藻類(lèi)的凈光合作用，其中藻類(lèi)物質(zhì)的凈光合作用是從中午12點(diǎn)到下午兩點(diǎn)。為了準確的測試出藻類(lèi)物質(zhì)的凈光合作用，來(lái)自于海洋生態(tài)環(huán)境中的藻類(lèi)樣品放入到密閉的玻璃室，玻璃室內裝有海水，確保每個(gè)玻璃室都有足夠量的碳酸鹽化學(xué)物質(zhì)。使用氧氣微電極原位的測試玻璃瓶?jì)鹊难鯕鉂舛鹊淖兓闆r。其中藻的呼吸系數（RE）也是采用了氧微電極在半夜時(shí)間段（24：00-02:00）測試完成的。

實(shí)驗結果

在實(shí)驗室室內環(huán)境中以及二氧化碳分壓濃度在400-2000μatm下的沿海區域環(huán)境中培育了幾種大型海藻（藍藻水華、非藍藻水華、多年生藍藻、一年生藍藻）。研究表明在各種尺度的實(shí)驗設備中，一年生的石莼屬藍藻在較高的二氧化碳分壓環(huán)境中的光合作用和增長(cháng)率加快，而多年生的石莼屬藍藻在較高的二氧化碳分壓環(huán)境中其光合作用和增長(cháng)率只有小范圍的增加或降低。不同種類(lèi)的藍藻在增長(cháng)率和光合作用速率存在的差異可能會(huì )給藍藻水華這類(lèi)綠色海藻在混合的環(huán)境中表現出一定的生長(cháng)優(yōu)勢。

圖1、藍藻水華（淺綠色）和非藍藻水華(淺棕色)應對不同二氧化碳分壓升高表現出的特定增長(cháng)率。在碳濃縮環(huán)境下，當二氧化碳分壓值在280~2000 uatom下，大型藍藻水華的增長(cháng)率增加較快，而常年非藍藻水華物種則表現為單峰應對二氧化碳分壓水平升高，最高的增長(cháng)率是在二氧化碳分壓值為700 uatom時(shí)。箱線(xiàn)圖顯示為標準值，粗線(xiàn)表明中間值。

圖2、在戶(hù)外環(huán)境培養一周（圖2中的上半部分矩形圖）和四周（圖中下半部分矩形圖）的bloom-forming(淺綠色)和nonbloom forming(淺棕色)藻類(lèi)物質(zhì)對于二氧化碳分壓的增加表現出的的增長(cháng)響應曲線(xiàn)。增長(cháng)的響應曲線(xiàn)的反應初升高的二氧化碳分壓(一周,圖上半部分)和結束(四周,圖中下半部分)。在實(shí)驗室階段，隨著(zhù)二氧化碳分壓升高，藍藻水華的增長(cháng)率相應的增加，而非藍藻水華物種呈單峰反應，當二氧化碳分壓在700~1000uatm的時(shí)候，其增長(cháng)達到頂峰經(jīng)濟增長(cháng)率下降為所有物種的情況明顯。

圖3、藍藻水華物種（淺綠色部分）和非藍藻水華物種（棕色部分）的特定增長(cháng)率會(huì )因外界的二氧化碳分壓（400μtam、1000μtam）不同呈現出顯著(zhù)的差異。所有的相關(guān)實(shí)驗中可以看出，在實(shí)驗的第一個(gè)星期時(shí)，二氧化碳分壓的增加會(huì )顯著(zhù)的改變不同物質(zhì)藍藻水華的增長(cháng)率，然而在4周后，二氧化碳分壓對于藍藻的增長(cháng)率影響減小。

圖4、藍藻水華（淺綠色）和非藍藻水華（淺棕色）的代謝速率（凈光合作用和呼吸作用μmol O2）對于二氧化碳分壓升高所引起的速率響應變化。圖a表示的是藍藻在不同的二氧化碳分壓下表現出的凈光合作用（體系內氧濃度的變化情況）。圖b表示的是不同物種的藍藻在不同的二氧化碳分壓下表現出的呼吸速率。圖c表示的是不同物質(zhì)的藍藻水華和非藍藻水華在基于凈光合作用常數kam、呼吸速率μmax的坐標分析圖，其中不同顏色的圓點(diǎn)代表的是不同物種的藍藻。

圖5、不同時(shí)間段內，藍藻水華和非藍藻水華對應不同濃度的二氧化碳分壓（400-2000μatm）所對應的凈光合作用響應曲線(xiàn)圖（4周），其中藍色的柱形圖表示的是藍藻水華凈光合作用常數，棕色柱形圖表示的是非藍藻水華的凈光合作用常數（常常用單位時(shí)間和單位重量下產(chǎn)生的氧氣的濃度），從圖中可以看出，對應于藍藻水華，二氧化碳分壓的增加會(huì )導致該藻類(lèi)的凈光合作用常數的增加，然而石莼屬海藻的光合作用速率大于其自身的呼吸速率，圖中的箱形圖是基于所有測試數據綜合而得到的，圖中各種單個(gè)符號表示的是不同藍藻基于不同濃度的二氧化碳分壓測試出的單個(gè)數據。

總結

大型海藻每年大約為近海岸區域貢獻了大約15%的總碳量（27.4 Tg），這也為生活在沿海水域的生命提供了重要的生存物質(zhì)，本論文主要研究了在不同二氧化碳分壓環(huán)境中的藍藻的生長(cháng)情況，研究過(guò)程中通過(guò)使用unisense的氧微呼吸電極測試了在不同濃度的二氧化碳分壓的海水環(huán)境中，不同種類(lèi)的藍藻的呼吸速率和凈光合作用常數，從而全面了解不同藻類(lèi)物質(zhì)的生長(cháng)情況分析。從整理論文的研究可以看出，正是因為使用了unisense氧氣微電極可以全面的檢測藍藻生長(cháng)的水體環(huán)境中的氧消耗濃度的變化，從而能夠了解到藍藻的凈光合作用，從而進(jìn)一步了解不同種類(lèi)的藍藻是如何在不同濃度的二氧化碳分壓下的生長(cháng)情況，從而得出關(guān)于藍藻是如何提高海洋環(huán)境中的二氧化碳總濃度，說(shuō)明該unisense微電極在海洋生態(tài)環(huán)境研究以及海洋藍藻生長(cháng)領(lǐng)域存在著(zhù)很好的應用前景。