新形态磷化物—磷化氢对海洋微藻的影响与作用机制研究

磷是维系海洋微藻生长的基本营养元素，也是控制我国近海富营养化的重要因素。目前，磷化氢作为磷的一种新形态，其在陆地和海洋环境中的广泛存在已得到普遍认可和关注，对于磷的生物地球化学循环具有独特的作用。但目前对磷化氢的研究，大多还停留在磷化氢在不同介质中的分布、环境因素对其分布和形成的影响以及在大气中的行为特征等研究探索阶段。特别是在海洋环境中，尽管前期的初步探索证实，磷化氢对海洋微藻生长有一定的促进作用，但尚不能回答磷化氢对海洋微藻生长的作用机制、海洋微藻如何吸收利用磷化氢等科学问题。本项目通过开展磷化氢对海洋微藻生长的影响规律和特点、对海洋微藻生理生化性质的影响以及海洋微藻对磷化氢的分子生物学响应特征等方面的研究，阐明磷化氢对海洋微藻的影响与作用机制。研究成果将有助于深化认识海洋微藻对不同形态磷化物的吸收利用机制，对进一步补充和完善磷在海洋生态系统中的生物地球化学过程，具有重要科学意义。

磷化氢是广泛存在于海洋环境中的磷的还原性气态化合物，主要以基质结合态存在于沉积物中。磷化氢易被氧化为磷的其他形态，沉积物中的磷化氢可动态释放到上层海水和空气中，可能对海洋浮游植物产生影响，并参与磷的生物地球化学循环过程，对海洋中磷的循环补充具有重要意义。本项目开展了不同条件下磷化氢（PH3）在海水中的亨利常数（k=C气/C液）研究，发现23℃室温条件下，天然海水中（盐度32，pH=8.55）磷化氢的亨利常数为6.415；采用多元回归分析，建立温度、盐度与磷化氢亨利常数之间的耦合关系为k =0.165×T＋0.037×S－43.471；为定量分析检测海水中磷化氢含量、磷化氢在不同介质之间的转化及微藻等生物对磷化氢的利用机制研究奠定基础。通过室内实验，考察了磷化氢对海洋微藻生长繁殖的影响，探明磷化氢对海洋微藻生长的影响规律和特点，结果表明适量磷化氢促进微藻生长，但到培养末期这种促进作用停止或转为抑制作用；高浓度磷化氢抑制微藻生长。研究了磷化氢对伪矮海链藻(Thalassiosira pseudonana)抗氧化酶活性的影响，实验结果表明，低浓度的磷化氢可激活藻细胞抗氧化防御系统，增强藻细胞耐逆性；而高浓度的磷化氢致使细胞所受氧化压力超过抗氧化酶系统的防御能力，导致细胞损伤程度增大；该结果揭示了磷化氢对伪矮海链藻抗氧化酶系统的双重效应，从氧化压力和自由基的角度解释磷化氢对伪矮海链藻的影响。研究了磷化氢对伪矮海链藻碱性磷酸酶(AKP)活性及磷酸盐转运蛋白基因(PHO)表达的影响，从磷的吸收利用的角度解释磷化氢对伪矮海链藻的影响：磷化氢刺激AKP活性及PHO的表达，促进藻细胞对磷的吸收利用。综合分析了磷化氢对海洋微藻可能存在的作用途径，进一步揭示了海水体系中磷的生物学及生态学意义。