气候变化背景下大型海藻的生长策略与光合固碳响应机制研究

Marine macroalgae play an important ecological role of the carbon cycle as primary producers in coastal oceans. China is the world's largest country for seaweed cultivation. Currently increasing atmospheric CO2 is causing unprecedented marine carbonate chemistry and results in ocean acidification. Simultaneously, the oceans are experiencing increased sea surface temperature as the global warming proceeds. These significantly affect the ecological environmental conditions of macroalgal growth and seaweed cultivation. This proposal selects ecologically important macroalgal species, as well as cultivated seaweed species in southern China waters, as the experimental materials. The selected species are cultured at laboratory-controlled conditions, outdoor incubator pools, or farmed field areas. We then extensively investigate the mechanistic responses of the growth strategy, photosynthetic carbon acuqisitions, ecophysiological characteristics of algal population to the elevated CO2, seawater acidification, temperature change and their synergistic effects. At the same time, the role of the ocean carbon sink strength related with seaweed cultivation will be quantitative analysed in the context of global warming. Therefore, this proposal provides the scientific data to elucidate the possible changes of macroalgal physiological and ecological functions, and the possible effects of production and quality of cultivated seaweed species in the context of climate change. The proposal also provides an important foundation for the theory and technical support for seaweed cultivation practice to the face of climate change.

大型海藻是近岸海域主要初级生产者，对近岸碳循环起着重要的生态作用，我国是世界上最大的海藻栽培大国。目前大气CO2浓度升高前所未有的影响海洋碳酸化学、并使得表层海水酸化，同时，海洋表层温度也由于全球变暖过程而正在升高，这些显著影响了海藻生长和栽培的生态环境条件。本项目选择我国南方海域重要生态类型海藻以及主要栽培海藻种类为研究对象，通过海藻的实验室受控培养、室外培养池培养、以及海区海藻栽培等多种方式结合，深入探讨海藻生长策略与光合固碳作用、海藻群体生理生态特征对CO2浓度、海水酸化、温度变化耦合作用的响应与适应机制；同时，定量分析在全球变暖背景下海藻栽培在增加海洋碳汇强度中的作用。从而为评估在气候变化背景下大型海藻重要生命过程的变动与适应、以及栽培海藻产量与品质的可能影响提供科学数据，并为海藻栽培实践应对气候变化提供重要基础理论和技术支持。

大型海藻是近岸海域主要初级生产者，对近岸碳循环起着重要的生态作用，我国是世界上最大的海藻栽培大国。目前大气CO2浓度升高前所未有的影响海洋碳酸盐体系、并使得表层海水酸化；同时，海洋表层温度也由于全球变暖过程而正在升高，这些显著影响了海藻生长和栽培的生态环境条件。.本项目选择我国南方海域重要生态类型海藻种类以及主要栽培海藻种类为研究对象，通过海藻的实验室受控培养、室外培养池培养、以及海区海藻栽培等多种方式结合，深入探讨海藻生长策略与光合固碳作用、海藻群体生理生态特征对CO2浓度、海水酸化、温度变化耦合作用的响应与适应机制。.研究结果表明，温度升高对龙须菜羧化效率和无机碳亲和力等光合功能起显著促进作用，但CO2浓度升高使得这种促进作用减弱。生长温度从20oC升高至24oC，使得龙须菜的高温耐受限度由32-36oC提高至36-40oC，温度升高对光合作用和呼吸作用耐热性能的影响比CO2浓度增加的影响更大，而温室效应显著的提高了龙须菜光合作用的耐热性能。温度升高加剧高浓度NH4+（大于120mM）对龙须菜、蛎菜和坛紫菜等海藻生长与光合作用的胁迫作用，但CO2浓度升高可以缓解高浓度NH4+对海藻的胁迫作用。气候变化也影响栽培海藻种类的品质，实验结果表明，温室效应降低龙须菜的可溶性蛋白和可溶性碳水化合物含量，而对藻胆蛋白含量的影响不显著；CO2升高也可促进龙须菜海藻C18 多不饱和脂肪酸（PUFAs）的合成、降低龙须菜必须氨基酸（EAAs）含量；而温度升高使得龙须菜PUFAs的不饱和度增加。另外，大气CO2浓度升高对海藻生长与光合功能的影响受到海藻群体密度的制约，高密度海藻群体削弱了CO2浓度升高对龙须菜、蛎菜和坛紫菜等海藻光合作用的影响。.研究结果为评估在气候变化背景下大型海藻光合固碳作用与碳汇功能、生长策略及其它关键生理生态过程的变动与适应、以及栽培海藻产量与品质的可能影响提供重要科学数据；同时，研究结果为海藻栽培实践应对气候变化提供重要基础理论和技术支持。