大型海藻对赤潮藻控制作用的光合生理生物学机制研究

The synergistic effect, most notably nutrient over-enrichment (particularly nitrogen and phosphorus) and global warm, induced by human-related urban, agricultural and industrial development,associated with global climate change, has led to accelerated rates of harmful algal blooms (HABs), or red tide。 It results in the serious ecological disaster on global basis. The study of the biological control on HABs by macroalgae is an important international study issue. Whlile liitle is known about the photo-physionlogcial and biologicla inhibited mechanism on microalgae imposed by macroalgae. Taking the photosynthesis as a primary clue for research, this project will systematacially explores the biological relationship between macroalgae and HABs in different co-culture systems. Scaled from photo-physiological respose level (photosynthetic oxygen evolution and its relative parameters; the OJIP and its parameters), the ultrastructure changing pattern in photosynthetic organ (membrane integrity and chlorophyll lamella structure), to the expression of photosynthesis-related genes (psaB, psbC and rbcL), the study will deeply explore the photo-physiological and biological inhibited mechanism by macroalgae, in order to provide the theoretical proof for biological control of HABs by macroalgae.

以系统中高营养负荷输入为主要特征的人类生产活动，及其全球气候变化所产生的叠加效应使得有害藻水华（Harmful algal blooms, HABs）或赤潮(Red tide)的爆发频率和强度正在增加，并导致了全球性的严重生态灾害。赤潮藻的大型海藻生物防治是国际上的研究热点，但对其最基础的光合生物学抑制机理却缺乏系统研究。本项目围绕大型海藻(Macroalgae)和赤潮藻的生物学关系，以光合作用为研究主线，通过共培养体系，在光合生理响应水平(光合放氧及其参数; 快速叶绿素荧光及其参数)、光合器官超微结构变化态势(膜完整性及叶绿体片层)及光合作用相关基因表达程度(psaB, psbC和rbcL)等不同层面上，系统地开展大型海藻和赤潮藻的生物学关系研究，从而更深层次地揭示大型海藻控制赤潮藻的光合生理生物学机制，为利用大型海藻生物控制(Biological control)赤潮藻提供理论依据。

以系统中高营养负荷输入为主要特征的人类生产活动，及其全球气候变化所产生的叠加效应使得有害藻水华（Harmful algal blooms, HABs）或赤潮(Red tide)的爆发频率和强度正在增加，并导致了全球性的严重生态灾害。赤潮藻的大型海藻生物防治是国际上的研究热点，但对其最基础的光合生物学抑制机理却缺乏系统研究。本项目围绕大型海藻(Macroalgae)和赤潮藻的生物学关系，以光合作用为研究主线，通过共培养体系，在光合生理响应水平(光合放氧及其参数; 快速叶绿素荧光及其参数)、光合器官超微结构变化态势(膜完整性及叶绿体片层)及光合作用相关基因表达程度(psaB, psbC和rbcL)等不同层面上，系统地开展了大型海藻和赤潮藻的生物学关系研究，更深层次地揭示了大型海藻控制赤潮藻的光合生理生物学机制，为利用大型海藻生物控制(Biological control)赤潮藻提供了理论依据。项目以典型栽培类经济海藻龙须菜、细基江蓠等为研究对象，系统地开展了它们在光合生物降碳、富营养化防治及赤潮藻生物控制方面的机理，获得了大量原创性数据，本项目的研究结果表明：在不同的温度条件下(10, 20 , 30℃)，CO2加倍能显著促进龙须菜的相对生长速率和光合作用活性，提升了光合固碳潜力；在氮、磷浓度高达137.5和6μM的极端富营养情况下，大型海藻依然可以保持正的光合作用，这种光合潜势在在不同的温度条件下(10, 20 , 30℃)都可以保持，显示了其在富营养化水域中氮磷的消减生物潜力。大型海藻的鲜藻体、干粉及浸提液对赤潮藻都有明显的抑制作用，表现为对光合反应系统中的放氧复合体及电子传递链产生了破坏和阻断作用，导致了赤潮藻光合活性的下降和生长速率的降低。项目所获得的研究结果表明，大型海藻可在近岸养殖海域生物降碳和赤潮藻生物控制方面取得良好的生态效果，可以作为生物治理的工具藻。