钙化藻类的钙化过程与大气中CO2浓度变化的关系

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1、万方数据植物生理学通讯第43卷第4期，2007年8月773钙化藻类的钙化过程与大气中C02浓度变化的关系阮祚禧，高坤山‘汕头大学科技中心海洋生物研究所，广东汕头515063RelationshipbetweenAIgalCalcificationandEleVatingAtmosphericC02Con-centratiOnRUANZuo．Xi．GAOKun．Shan’Insmme西M口n眦Biolo野．ScienceCemer．ShnmoHUnivers姆，shnmokG删tgdong5l5063．cMm提要：大气中C02浓度

2、升高后，C02向海水的溶入增加，从而引起海水溶解无机碳各组分的浓度及其比例发生改变，导致海水酸化(pH下降)。此种环境的变化会影响钙化藻类的钙化过程．文章介绍钙化藻类的光合作用和钙化作用之间相互关系的研究进展．关键词：CO：；海水酸化；钙化藻类；生理生态钙化藻类有蓝藻、金藻、红藻、绿藻及褐藻等，广泛分布于海洋、湖泊以及温泉等多种水域中。大型钙化藻类，如红藻的珊瑚藻类、绿藻的仙掌藻类、褐藻的团扇藻类，主要在细胞间沉积钙化物(主要是CaCO，)，对近岸海域的碳循环起作用(Borowitzka1981；高坤山1999)；而钙化浮游微藻

3、(钙化浮游植物)，如颗石藻类(coccolithophores)，则是在细胞内的颗石体中形成完整的颗石片，然后分泌到细胞外，在胞外形成数层颗石片层，构成海洋生物钙化作用的主体(westbroek等1989)。在所有钙化生物中，珊瑚礁钙化生产力仅占全球生物钙化的一小部分，而浮游钙化生物则占全球生物钙化生产力的80％以上(MilliIIl锄1993)。颗石藻类是构成浮游钙化生物的主体，全球范围内平均每年形成的藻华(呈乳白色)面积达140万平方公里。另外，这些钙化浮游植物还是浮游动物的重要摄食对象，在某些海域构成优于硅藻的饵料源(N9

4、jstgaard等1997)。海洋钙化藻类(如大型的仙掌藻类、珊瑚藻类和浮游的颗石藻类)，一方面通过光合作用固定cO，，促使C02由大气向海水中溶入；另一方面通过钙化作用形成CaCO，沉积，在海洋碳循环和关键地球化学过程中起作用(Elderfield2002)。工业革命以来，矿物能源的使用所导致的大气C0：浓度日益增加，引发全球变暖的同时，还导致了海水中的溶解无机碳(dissolvedinorganiccarbon，DIC)及pH的变化(Caldeira和wickett2003)。到本世纪中期，海水表层的CO：浓度(约1570×

5、10石g·L。)将达到工业革命前(550×10巧g·L。)的2倍多(Caldeira和Wickett2003；Feely等2004)。大气CO：浓度升高导致海水酸化的同时也改变着海水溶解无机碳(C0：、HCO，‘、CO，2‘)的浓度与比例，以致pC02和HC03。浓度增加，和C03}浓度下降(ⅪeypaS和LaIlgdon2001)。C03}浓度的变化影响海水CaCO，的饱和度，进而影响生物钙化作用(Gattuso等1999；Ⅺeyp硒等1999；l(1eypas和Langdon2001；Elderfield2002；FeeIy

6、等20041。已有的研究表明，大气CO，浓度增加会影响海洋中的生物钙化过程(Gao等1993；．Gattuso等1993；融ebeseU等2000；Barker和Elderfield2002；Feely等2004；orr等2005)。藻类的钙化作用依赖于细胞生理活动，也依赖于海洋环境的稳定性。海水pH以及C02、HCO，‘、CO，2‘浓度的变化会直接或间接地影响钙化藻类的光合作用与钙化过程。这种影响可能会改变钙化藻类与非钙化藻收稿2007．02．02修定2007-06．21资助国家自然科学基金(40676063)。·通讯作者(E

7、·ma订：ksgao@stu．edu．cn；Tel：0754—29039771·万方数据774植物生理学通讯第43卷第4期，2007年8月类之间的竞争优势，威胁钙化种群的生存。因此，大气CO，浓度升高及其海水酸化作用可能对钙化藻类的钙化、光合作用以及种群结构产生深远影响。为此，急需探讨钙化藻对海水酸化的生物学响应，认识钙化藻类光合和钙化过程与大气CO：浓度变化的关系。本文就藻类钙化作用及其与CO，浓度升高的关系作阐述。1钙化作用与光合作用1．1藻类的钙化作用胞内或胞间(大型海藻)的空间区隔是进行钙化作用的首要条件(Borowit

8、zka1984；McConnaughey1998；Paasche2001)。CaCO，晶体形成需要2个条件：钙化环境cacO，的过超饱和状态与晶核的存在(Borowitzka1982)。大型钙化海藻的钙化作用主要在细胞和细胞壁之间以及细胞壁之间进行；微藻则通常在