范佳樂，李富田，徐軍田,2,3*

( 1. 江蘇海洋大學(xué) 江蘇省海洋生物資源與環(huán)境重點(diǎn)實驗室，江蘇 連云港 222005；2. 江蘇海洋大學(xué) 江蘇省海洋生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 連云港 222005；3. 江蘇海洋大學(xué) 江蘇省海洋生物技術(shù)重點(diǎn)實驗室，江蘇 連云港 222005)

1 引言

硅藻分布廣泛，在碳的生物地球化學(xué)循環(huán)中起到不可替代的作用，其貢獻(xiàn)約20%的全球初級生產(chǎn)力和40%的海洋初級生產(chǎn)力[1]。在近海水域，硅藻作為初級生產(chǎn)者，構(gòu)成海洋食物網(wǎng)的基礎(chǔ)，支持著沿岸漁業(yè)；而在大洋水域，從表層沉降下來的硅藻有機(jī)體是深海生物的重要食物來源[2]。

在過去的幾十年間，大氣CO2濃度從工業(yè)革命前的280×10?6升高到了現(xiàn)在的400 ×10?6[3]。作為主要的溫室氣體，大氣CO2濃度的升高導(dǎo)致全球變暖。與此同時，海水吸收了人類排放CO2的30%左右，這在一定程度上緩解了全球變暖的趨勢，但也導(dǎo)致了海水pH 下降，即海洋酸化。大氣CO2的溶入會引起海水碳酸鹽系統(tǒng)發(fā)生一系列變化：碳酸根離子（ CO23?）濃度大幅下降，碳酸氫根離子（ HCO?3）濃度略有升高，而溶解的CO2和氫離子（H+）濃度顯著增加[4]。研究還表明，大氣CO2的溶入會導(dǎo)致海水緩沖能力的降低，這意味著生物代謝活動對海水碳酸鹽系統(tǒng)的改變會在一定程度上加劇[5]。

在近海水域，海水碳酸鹽系統(tǒng)受諸多因素影響，呈現(xiàn)季節(jié)性甚至?xí)円箘討B(tài)變化的特點(diǎn)。生物代謝是影響近海水域pH/pCO2的重要因素之一[6]。全球氣候變化和人為因素的共同作用導(dǎo)致近海富營養(yǎng)化程度加大，這將加劇沿岸海域浮游植物的暴發(fā)性增長[7]，使海?氣界面的氣體交換速度低于水體內(nèi)的無機(jī)碳消耗速度，最終將抑制浮游植物的生長[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，在封閉的海灣發(fā)生藻華時，海水pH 會達(dá)到10，而pCO2會降至50 μatm 以下[9–12]。因此，近海水域的浮游植物不僅會面臨海洋酸化的影響，海水堿化也是一個不可忽略的因素。

在表層海水中，與 HCO?3相比，溶解性CO2濃度相對較低，在當(dāng)前海水平均pH（約8.8）條件下，CO2占溶解性無機(jī)碳（Dissolved Inorganic Carbon, DIC）的比例不到1%。而CO2是光合作用關(guān)鍵酶1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Rubisco）所催化的羧化反應(yīng)的唯一底物。硅藻Rubisco 的CO2半飽和常數(shù)（Km）為20～60 μmol/L，高于當(dāng)前海洋中溶解CO2濃度[13]。為避免細(xì)胞受到碳限制，硅藻進(jìn)化出了CO2濃縮機(jī)制（CO2Concenteating Mechanism, CCM）以提高Rubisco 周圍的CO2濃度，削弱光呼吸，提高光合固碳效率[14]。不同硅藻的CCM 差異顯著，雖然大部分硅藻都可以利用CO2和H CO?3，但是兩者利用的優(yōu)先性及比例不同[15]。研究發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前海水pCO2水平下，威氏海鏈藻（Thalassiosira weissflogir）對CO2和 HCO?3的吸收速率相同，三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）優(yōu)先吸收 HCO?3[16]，而中肋骨條藻（Skeletonema Costatum）則優(yōu)先利用CO2[17]。也有一些硅藻只能利用CO2，如斑點(diǎn)海鏈藻[18]。因此，對于硅藻而言，能吸收利用 HCO?3的物種比那些依賴于CO2作為唯一碳源的種類來說具有更大的競爭優(yōu)勢。

pCO2升高和海水酸化對硅藻的影響，在生物碳泵和硅的生物地球化學(xué)循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用，引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，pCO2升高會下調(diào)硅藻的CCM[19]，CCM 的下調(diào)所節(jié)省的能量可以用于促進(jìn)光合作用與生長[20]。同時，pCO2升高，海水酸性的增加，會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)pH 降低，從而增加維持胞內(nèi)pH 平衡的能量投入[21]。海水酸化也有可能會導(dǎo)致藻類生理調(diào)節(jié)機(jī)制發(fā)生變化（如電子傳遞、營養(yǎng)代謝、酶活等），引起負(fù)面效應(yīng)[22]。因此，海水酸化對硅藻的影響取決于CO2濃度升高和pH 下降的正負(fù)效應(yīng)的平衡。

pCO2降低和海水堿化會引起硅藻細(xì)胞碳酸酐酶活性的升高[23]，導(dǎo)致細(xì)胞消耗大量能量去維持碳酸酐酶的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而沒有足夠的能量去維持較高的生長速率。低pCO2水平也有可能導(dǎo)致硅藻合成碳骨架能力的降低[23]。前期研究表明硅藻的生長可能受到低pCO2水平的抑制或者不受pCO2水平變化的影響[11，24–25]，而也有研究發(fā)現(xiàn)表明低pCO2甚至可以促進(jìn)菱形藻的生長，這可能是因為低pCO2條件下，菱形藻進(jìn)行光合作用所利用 HCO?3的比例升高[26]。另外，胞外pH 升高可能導(dǎo)致細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)H+的過程發(fā)生改變并消耗能量，或?qū)е录?xì)胞氨基酸含量降低以及有機(jī)物質(zhì)泄露[27]，從而影響細(xì)胞生長[28]。同時，還有研究發(fā)現(xiàn)較高的海水pH 可能會推動群落演替，受高pH 影響較小的物種如三角褐指藻將占優(yōu)勢地位[29]。pH 變化還會影響硅藻細(xì)胞的細(xì)胞毒性，研究發(fā)現(xiàn)，擬菱形藻（Pseudonitzschia）的細(xì)胞毒性在高pH 條件下比酸化條件下高70 倍[30]。這些研究結(jié)果各不相同的原因可能是探究的pCO2水平不同或者是種間差異，也有可能是實驗中不同的碳酸鹽系統(tǒng)調(diào)控手段造成的。

盡管關(guān)于pCO2變化對浮游植物群落的生態(tài)效應(yīng)已經(jīng)有了大量的認(rèn)識，但是在之前的研究中通常只設(shè)置1～2 個pCO2水平，而且大多聚焦于pCO2升高導(dǎo)致的效應(yīng)，忽略了pCO2降低的影響。在本實驗中，我們 在7 個pCO2水 平（ 25 μatm、 50 μatm、 100 μatm、200 μatm、400 μatm、800 μatm、1 600 μatm）下培養(yǎng)斑點(diǎn)海鏈藻，研究海水酸化和堿化對其光合生理特性的影響，因為這種藻只利用海水中的CO2[18]，所以實驗?zāi)軌蚋玫胤从硃CO2變動導(dǎo)致的生理學(xué)效應(yīng)，為預(yù)測近岸海水碳酸鹽系統(tǒng)變化對初級生產(chǎn)力的影響提供一定的數(shù)據(jù)支持。

2 材料與方法

2.1 培養(yǎng)條件

本實驗選取斑點(diǎn)海鏈藻（Thalassiosira punctigera）（CCAP 1085/19）為研究對象。培養(yǎng)條件設(shè)置溫度為20°C、光暗比12 h∶12 h、光強(qiáng)以光量子計為150 μmol /(m2·s)。實驗所用海水為高溫滅菌的人工海水[31]，營養(yǎng)鹽按f/2 培養(yǎng)基配方[32]進(jìn)行加富。通過向未加DIC 的人工海水中加入不同量的NaHCO3將海水調(diào)成不同DIC濃度（見2.2 節(jié)）。將藻細(xì)胞培養(yǎng)在500 mL 的聚碳酸酯瓶（Nalgene，Thermo Scientific）中，采用半連續(xù)培養(yǎng)的方式，每48 h 稀釋1 次，培養(yǎng)過程中將藻細(xì)胞濃度控制在1 500 cell/mL 以下，以減小細(xì)胞代謝對海水碳酸鹽系統(tǒng)的影響。

2.2 實驗設(shè)置

本實驗設(shè)置7 個pCO2梯度，分別為25 μatm、50 μatm、100 μatm、200 μatm、400 μatm、800 μatm、1 600 μatm，藻細(xì)胞在7 個pCO2水平處理下適應(yīng)10～15 代后測定其生理生化參數(shù)。在本實驗中，在密閉條件下，通過向無碳人工海水中加入經(jīng)細(xì)菌過濾頭（孔徑：0.22 μm，Millipore Express）過濾滅菌的NaHCO3（CNaHCO3= 1 mol/L）使海水達(dá)到實驗設(shè)置的pCO2水平。加入NaHCO3的體積可以通過以下公式計算：

式中，目標(biāo)DIC 根據(jù)實驗pCO2水平和總堿度（Total Alkalinity, TA）（TA 設(shè) 置 為2 300 μmol/kg）通 過CO2SYS 軟件計算得到。最后在密閉條件下加入HCl 或NaOH 將海水pH 調(diào)至CO2SYS 軟件計算得到的pH，pH 使 用3 點(diǎn) 校 準(zhǔn) 的pH 計（FE20, Mettler Toledo）測定。每個處理3 個重復(fù)。

2.3 海水碳酸鹽系統(tǒng)參數(shù)測定

培養(yǎng)48 h 后，取100 mL 藻液，用細(xì)菌過濾頭（孔徑：0.22 μm，Millipore Express）過濾樣品后測定總堿度，總堿度根據(jù)Gran 滴定法測定[33]。根據(jù)TA 和pH使用CO2SYS 軟件計算海水中的其他海水碳酸鹽系統(tǒng)參數(shù)。

2.4 生長速率、細(xì)胞體積和表面積測定

生長速率根據(jù)48 h 內(nèi)細(xì)胞濃度變化計算得到的日相對生長速率，生長速率（μ，單位：d-1）用以下公式計算：

式中，Nn和Nn?1分別 代表 第n次稀 釋前和第n– 1 次稀釋后的細(xì)胞濃度；?t表示相鄰2 次稀釋之間的時間間隔。

在本實驗中，通過顯微鏡和Toupview 軟件測量細(xì)胞的底面直徑（l）和高（h）。斑點(diǎn)海鏈藻的體積以及表面積使用圓柱體體積（V）和表面積（SA）公式計算[34]：

再根據(jù)V和SA的比值計算細(xì)胞比表面積V∶SA。

2.5 葉綠素a 含量和生物硅含量測定

取100 mL 藻液抽濾到GF/F 膜（直徑25 mm，Whatman）上，加入5 mL 無水甲醇提取葉綠素a，放在4°C 的冰箱中，避光過夜。測定葉綠素a含量時，將甲醇提取液放在高速冷凍離心機(jī)中離心（5 000 g，10 min），取出上清液測定。葉綠素a的測定使用紫外?可見光分光光度計（Lamda35，Perkin Elmer），測定632 nm、665 nm、750 nm 3 個波長的吸光度，葉綠素a（Chla）的濃度使用Ritchie[35]的公式計算：

式中，A632、A665和A750分別表示樣品在對應(yīng)波長下的吸光度，公式計算所得結(jié)果再根據(jù)藻細(xì)胞濃度和藻液體積計算為單位細(xì)胞的葉綠素a濃度。

生物硅（BSi）測定時，取100 mL 的藻液，將其抽濾到混合纖維膜上，80°C 條件下烘干24 h。BSi 的測定使用Brzezinski 和Nelson[36]的鉬酸鹽顯色法，用濃度為0.2 mol/L 的NaOH 處理樣品40 min，然后加入濃度為1 mol/L HCl 中和。再加入鉬酸銨和還原劑反應(yīng)后，使用分光光度計測定樣品在波長為810 nm 處的吸光度，通過標(biāo)準(zhǔn)品梯度稀釋建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算樣品中BSi 含量，再根據(jù)藻細(xì)胞濃度和藻液體積計算得到單位細(xì)胞的BSi 含量。

2.6 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

使用AquaPen-C（AP-C100，Photon Systems Instruments）葉綠素?zé)晒鈨x測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。測定前，將藻液濃縮到一定體積（細(xì)胞濃度約為10 000～20 000 cell/mL），暗適應(yīng)15 min 后，測定其光系統(tǒng)II 的最大量子產(chǎn)量（Fv/Fm）。然后測定其快速光響應(yīng)曲線（RLCs），響應(yīng)曲線中光強(qiáng)設(shè)置7 個梯度，光量子數(shù)分別為：10 μmol/（m2·s）、20 μmol/（m2·s）、50 μmol/（m2·s）、100 μmol/（m2·s）、300 μmol/（m2·s）、500 μmol/（m2·s）和1 000 μmol/（m2·s）?？焖俟忭憫?yīng)曲線中相對電子傳遞速率（rETR）用下式[37]計算：

式中，PAR表示光化光強(qiáng)度；Y(Ⅱ)表示光系統(tǒng)II 的有效光化學(xué)量子產(chǎn)量?？焖俟忭憫?yīng)曲線用下式進(jìn)行擬合：

公式擬合得到的參數(shù)有最大相對電子傳遞速率（rETRmax）、表觀光能利用效率（α）以及飽和光強(qiáng)（Ik），Ik可以用如下公式[38]計算：

2.7 光合作用和呼吸作用測定

光合作用速率和呼吸作用速率使用液相氧電極（Oxygraph+, Hansatech）進(jìn)行測定。測定時使用低溫恒溫水浴槽（DHX-2005，南京先歐儀器制造有限公司）將氧電極反應(yīng)槽水溫控制在20°C。測定光合放氧速率時光強(qiáng)設(shè)置為150 μmol photons/（m2·s）（與培養(yǎng)條件相同），光源為鹵素?zé)?，在黑暗條件下測定呼吸作用速率。將藻液添加到反應(yīng)槽中，通過記錄反應(yīng)槽中氧氣增加的速率和降低的速率來計算光合作用和呼吸作用速率。光合作用速率（Pn）和呼吸作用速率（Rd）使用以下公式計算：

式中，RateP和RateR分別表示記錄的放氧速率和耗氧速率；N表示測定時反應(yīng)槽內(nèi)細(xì)胞濃度。

2.8 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)都用（平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差）表示。不同處理之間的顯著性差異用one-way ANOVA 分析，顯著性水平設(shè)置為0.05。數(shù)據(jù)的處理和分析使用軟件Origin 9.0 和SPSS 18 軟件。

3 結(jié)果

不同pCO2水平的海水，隨著pCO2水平的升高，海水總堿度沒有變化，pH 從（9.01 ± 0.01）降至（7.63 ±0.01），DIC、 HCO?3和CO2(aq) 濃度逐漸升高（表1）。

表1 不同pCO2 水平的海水的碳酸鹽系統(tǒng)參數(shù)Table 1 Carbonate chemistry parameters of different pCO2 levels

斑點(diǎn)海鏈藻的生長速率隨pCO2水平的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢（圖1），在pCO2400 μatm 水平下，細(xì) 胞 生 長 速 率 達(dá) 到 最 大，為（0.54 ± 0.05） d?1，25 μatm 處理下，細(xì)胞生長速率最低，為（0.10 ± 0.04 ）d?1，相比于400 μatm 處理下的藻細(xì)胞，生長速率降低了81%（p< 0.01）。pCO2水平為800 μatm 和1 600 μatm處 理下的細(xì)胞 生 長 速 率分別為（0.45 ± 0.20） d?1和（0.37 ± 0.05） d?1，與400 μatm 處理下的生長速率相比，分別下降了17%（p< 0.01）和32%（p< 0.01）。

圖1 斑點(diǎn)海鏈藻在不同pCO2 水平下的生長速率Fig. 1 Specific growth rates of T. punctigera at different pCO2 levels

不同pCO2水平處理的斑點(diǎn)海鏈藻細(xì)胞體積、表面積和單位表面積的生物硅含量沒有明顯變化（體積：31 630～37 543 μm3，表面積：6 136～6 979 μm2，單位表面積的生物硅含量：53～81 fmol/μm2），pCO2水平對斑點(diǎn)海鏈藻細(xì)胞比表面積也沒有顯著影響（表2）。

pCO2水平對斑點(diǎn)海鏈藻葉綠素a含量的影響與生長速率一致，都是隨著pCO2的升高而呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。葉綠素a濃度的最大值也出現(xiàn)在400 μatm 時，為（74.98 ± 7.33）pg/cell（圖2）。適應(yīng)pCO2水平為25 μatm 的斑點(diǎn)海鏈藻葉綠素a含量在本實驗7 個不同pCO2水平處理中最低，為（9.83 ± 8.43）pg/cell，僅為400 μatm 時的13%。當(dāng)CO2濃度逐漸增高，超過400 μatm 時，葉綠素a含量逐漸降低。適應(yīng)pCO2水平800 μatm 和1 600 μatm 的斑點(diǎn)海鏈藻葉綠素a含量，分別為（56.98 ± 4.46）pg/cell 和（48.14 ± 1.01） pg/cell，相比當(dāng)前pCO2水平（400 μatm）分別降低24%（p= 0.02）和36%（p= 0.01）。

斑點(diǎn)海鏈藻的Fv/Fm、rETRmax和α在低pCO2水平（25～200 μatm）時隨pCO2升高而升高，在400～1 600 μatm處理下沒有顯著變化（圖3A 至圖3C）。與400 μatm相比，斑點(diǎn)海鏈藻的Fv/Fm在25 μatm 和50 μatm 處理下，分別降低了76%（p< 0.01）和29%（p= 0.01），在25 μatm 時 藻 細(xì)胞rETRmax相比 于400 μatm 處 理 降低了66%（p< 0.01），而α降低了69%（p= 0.01）。不同pCO2水平下，斑點(diǎn)海鏈藻的飽和光強(qiáng)沒有顯著差異（圖3D）。

表2 不同pCO2 水平的斑點(diǎn)海鏈藻的細(xì)胞體積、表面積、表面積與體積的比值和單位表面積的生物硅含量Table 2 Cell volume, surface area, surface area-to-cell volume ratio, and BSi content per surface area of T. punctigera cells grown at different pCO2 levels

圖2 斑點(diǎn)海鏈藻在不同pCO2 水平的葉綠素a 含量Fig. 2 Chlorophyll a content of T. punctigera at different pCO2 levels

斑點(diǎn)海鏈藻的光合作用速率隨著pCO2的升高也呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。但是在酸化條件下（800 μatm、1 600 μatm），細(xì)胞的光合速率相比400 μatm處理沒有顯著性差異。當(dāng)pCO2水平從25 μatm 升高到400 μatm 時，斑點(diǎn)海鏈藻的光合作用速率（以O(shè)2計）從（8.32 ± 0.44）pmol/(cell·h)升高到（22.13 ± 5.03）pmol/(cell·h)，增幅為166%（p= 0.01）（圖4A）。pCO2水平在25～100 μatm 的范圍內(nèi)，呼吸作用速率隨著pCO2水平的升高而降低，從（27.54 ± 9.75）pmol/(cell·h)降至（13.54 ± 3.11） pmol/(cell·h)；隨著pCO2水平的繼續(xù)升高，呼吸作用速率呈現(xiàn)下降趨勢，但在100～1 600 μatm 范圍內(nèi)沒有顯著性差異（圖4B）。

4 討論

在本實驗中，低pCO2水平對斑點(diǎn)海鏈藻的影響比高pCO2水平的影響更大，即海水堿化比酸化對斑點(diǎn)海鏈藻的影響更為顯著。在低pCO2水平（25～200 μatm）處理下，斑點(diǎn)海鏈藻的生長速率僅有400 μatm 下生長速率的18%～72%。同時光合作用速率、葉綠素a含量也受低pCO2水平影響較大。在海水酸化條件（800 μatm、1 600 μatm）下，斑點(diǎn)海鏈藻的生長速率為400 μatm 時的83%和69%，但光合作用沒有顯著變化，這些結(jié)果表明當(dāng)前海水pCO2水平（400 μatm）比較適合斑點(diǎn)海鏈藻的生長，400 μatm 可能是海水pCO2升高對斑點(diǎn)海鏈藻光合生理影響的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，海水堿化（25～200 μatm）和海水酸化（800 μatm、1 600 μatm）均會抑制其生理過程，且海水堿化對其影響更顯著。

pCO2水平從200 μatm 降低至25 μatm，斑點(diǎn)海鏈藻的生長速率、葉綠素a含量和光合作用速率逐漸降低，此時溶解的CO2和 HCO?3濃度降低，pH 升高 ，其中，CO2從（6.1 ± 0.1）μmol/kg 降至0.8 μmol/kg，HCO?3從（1 588 ± 35）μmol/kg 降至（827 ± 9） μmol/kg，pHNBS從（8.43 ± 0.01）升至（9.01 ± 0.01）。研究發(fā)現(xiàn)，斑點(diǎn)海鏈藻只能利用CO2[18]，在低pCO2水平下，細(xì)胞可利用的溶解性CO2較少，而溶解性CO2作為光合作用的直接底物，其濃度在25 μatm 時僅為0.8 μmol/kg，遠(yuǎn)低于硅 藻Rubisco 的CO2半 飽 和 常 數(shù)20～60 μmol/kg[13]。雖然細(xì)胞可通過上調(diào)CCM 濃縮胞內(nèi)CO2濃度，但是這一過程需耗費(fèi)大量能量，因此分配到細(xì)胞分裂過程的能量變少。此外，較低的底物濃度會減少細(xì)胞的光合固碳量，即細(xì)胞分裂的物質(zhì)基礎(chǔ)下降，這可能是低碳處理下細(xì)胞生長速率較低的原因。低碳條件下，葉綠素a含量降低會減小光系統(tǒng)的捕光面積，即細(xì)胞通過色素所捕獲的光能下降[39]，這些都反映了斑點(diǎn)海鏈藻受到了低碳限制。

圖3 在不同pCO2 水平下生長的斑點(diǎn)海鏈藻的最大光量子產(chǎn)量（A）、最大電子傳遞速率（B）、表觀電子傳遞速率（C）和飽和光強(qiáng)（D）相對400 μatm 處理的百分比變化Fig. 3 Percentage changes of maximum photochemical quantum yields (A), relative maximum electron transport rate (B), apparent photon transfer efficiency (C), and light saturation point (D) (%) of T. punctigera cells grown at different pCO2 levels relative to 400 μatm treatment

圖4 斑點(diǎn)海鏈藻在不同pCO2 水平的凈光合作用速率（A）和呼吸作用速率（B）Fig. 4 Net oxygen evolution (A) and dark respiration rates (B) of T. punctigera cells at different pCO2 levels

已有研究發(fā)現(xiàn)，低pCO2條件下，粒徑較小的浮游植物，細(xì)胞比表面積較大，擴(kuò)散邊界層較薄，可以轉(zhuǎn)運(yùn)更多的CO2，以緩解低碳對光合作用的限制[40]。但在本實驗中，斑點(diǎn)海鏈藻細(xì)胞在不同pCO2水平處理下比表面積沒有變化，可能無法緩解低碳對光合作用的限制。另一方面，Rubisco 可以催化兩種反應(yīng)：氧化反應(yīng)和羧化反應(yīng)，在低pCO2水平下加氧反應(yīng)理論上更具有優(yōu)勢[41]，因此光合作用會被抑制，正如本實驗中所觀察到的較低的光合放氧速率。

研究表明，海洋酸化可能會對海洋初級生產(chǎn)者產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[42]。但是由于種間差異性和其他環(huán)境因子的影響[43?44]，海水pCO2水平升高可能會促進(jìn)、抑制或不影響浮游植物的光合作用和生長速率[45–48]。在本研究中，酸化條件抑制了斑點(diǎn)海鏈藻的生長速率和葉綠素a含量。隨著海水pCO2水平（400～1 600 μatm）升高和pH 下降，酸性的增加可能導(dǎo)致斑點(diǎn)海鏈藻生理調(diào)節(jié)機(jī)制的變化，產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。在酸化條件下，細(xì)胞內(nèi)的酸堿平衡被破壞，胞內(nèi)光合作用相關(guān)的酶活性降低，生長速率降低[49]。研究發(fā)現(xiàn)，在高pCO2水平下，藻細(xì)胞光合基因的轉(zhuǎn)錄會受到抑制，與碳轉(zhuǎn)運(yùn)和固定相關(guān)的幾種光合酶水平降低，葉綠素a含量降低，光合作用受抑制[50–51]。但酸化對斑點(diǎn)海鏈藻生長的影響并沒有堿化的影響顯著。在使用類似實驗方法、相同pCO2水平對硅藻威氏海鏈藻影響的研究[52]中發(fā)現(xiàn)，在酸化條件下，威氏海鏈藻的生長不受影響。這可能是由它們的種間差異造成的，不同粒徑的硅藻對pCO2水平變化的適應(yīng)能力不同[53]。這與之前發(fā)現(xiàn)的研究一致，小粒徑（< 20 μm）的硅藻對海洋酸化的耐受能力更強(qiáng)，而大粒徑（> 20 μm）的硅藻對海洋酸化的耐受能力較低，在未來長期海洋酸化的背景下，浮游植物群落中，大粒徑的硅藻豐度將下降，而小粒徑的硅藻豐度將升高[54]。但也有研究顯示，海洋酸化時，pCO2水平的增加會減小細(xì)胞生長所需的碳和擴(kuò)散到細(xì)胞表面的CO2之間的差額，大粒徑的硅藻可能因此而受益[55]。因此，硅藻對海洋酸化的響應(yīng)機(jī)制需要進(jìn)一步的研究。

在近岸海域，海水碳酸鹽系統(tǒng)震蕩劇烈，海水pH日變化較大，有些地區(qū)海水pH 日變化甚至?xí)^1 個單位[6]。因此，對pH 變化適應(yīng)能力的強(qiáng)弱將決定近岸海域浮游植物群落的結(jié)構(gòu)和初級生產(chǎn)力的變化[56]。威氏海鏈藻和斑點(diǎn)海鏈藻對低pCO2水平的響應(yīng)一致，但對高pCO2的響應(yīng)差異較大，因此，未來海水中威氏海鏈藻和斑點(diǎn)海鏈藻的相對豐度可能發(fā)生變化。本研究結(jié)果有助于加深對近岸浮游植物在環(huán)境變化條件下競爭能力以及地理分布的理解，對探究近岸浮游植物如何適應(yīng)動態(tài)環(huán)境變化具有一定的生態(tài)學(xué)意義。

值得注意的是，在本實驗中，由于實驗條件所限，我們只研究了斑點(diǎn)海鏈藻對不同pCO2水平的短期響應(yīng)，而沒有考慮斑點(diǎn)海鏈藻對不同pCO2水平的進(jìn)化適應(yīng)。不同類群的浮游植物對長期和短期海洋酸化表現(xiàn)出不同的適應(yīng)機(jī)制，在藍(lán)藻和顆石藻中發(fā)現(xiàn)，無論酸化處理時間如何，其生長都受到酸化的促進(jìn)[57–58]。但也有研究表明，在長期（1800 代）和短期（20 代）處理下，硅藻三角褐指藻的生長和光合作用對海水酸化的響應(yīng)截然相反[59]。因此，在研究未來海洋環(huán)境變化對浮游植物影響時，還應(yīng)考慮其進(jìn)化適應(yīng)。