石莼属绿藻属于石莼科（Ulvaceae），是海洋藻类中的重要代表。石莼属绿藻对盐度、温度和水质变化有很高的耐受力，可以在海水、半咸水甚至淡水中广泛存在，从盐度很低的河口直到盐度很高的盐田都能生长，环境营养条件合适时可快速繁殖。随着人类活动（例如化石燃料的燃烧，森林的大量砍伐）的增加，人类向大气中排放的二氧化碳气体越来越多。海洋作为地球上最大的碳库之一，对大气二氧化碳浓度的变化起着缓冲作用。本论文研究了经过驯化培养的海藻和蓝藻是如何提高海洋环境中的二氧化碳分压以及在增加复杂海洋环境的碳库总量发挥的作用。


Unisense微电极系统的应用


应用unisense氧微电极测试藻类的净光合作用，其中藻类物质的净光合作用是从中午12点到下午两点。为了准确的测试出藻类物质的净光合作用，来自于海洋生态环境中的藻类样品放入到密闭的玻璃室，玻璃室内装有海水，确保每个玻璃室都有足够量的碳酸盐化学物质。使用氧气微电极原位的测试玻璃瓶内的氧气浓度的变化情况。其中藻的呼吸系数（RE）也是采用了氧微电极在半夜时间段（24：00-02:00）测试完成的。


实验结果


在实验室室内环境中以及二氧化碳分压浓度在400-2000μatm下的沿海区域环境中培育了几种大型海藻（蓝藻水华、非蓝藻水华、多年生蓝藻、一年生蓝藻）。研究表明在各种尺度的实验设备中，一年生的石莼属蓝藻在较高的二氧化碳分压环境中的光合作用和增长率加快，而多年生的石莼属蓝藻在较高的二氧化碳分压环境中其光合作用和增长率只有小范围的增加或降低。不同种类的蓝藻在增长率和光合作用速率存在的差异可能会给蓝藻水华这类绿色海藻在混合的环境中表现出一定的生长优势。

图1、蓝藻水华（浅绿色）和非蓝藻水华(浅棕色)应对不同二氧化碳分压升高表现出的特定增长率。在碳浓缩环境下，当二氧化碳分压值在280~2000 uatom下，大型蓝藻水华的增长率增加较快，而常年非蓝藻水华物种则表现为单峰应对二氧化碳分压水平升高，最高的增长率是在二氧化碳分压值为700 uatom时。箱线图显示为标准值，粗线表明中间值。

图2、在户外环境培养一周（图2中的上半部分矩形图）和四周（图中下半部分矩形图）的bloom-forming(浅绿色)和nonbloom forming(浅棕色)藻类物质对于二氧化碳分压的增加表现出的的增长响应曲线。增长的响应曲线的反应初升高的二氧化碳分压(一周,图上半部分)和结束(四周,图中下半部分)。在实验室阶段，随着二氧化碳分压升高，蓝藻水华的增长率相应的增加，而非蓝藻水华物种呈单峰反应，当二氧化碳分压在700~1000uatm的时候，其增长达到顶峰经济增长率下降为所有物种的情况明显。

图3、蓝藻水华物种（浅绿色部分）和非蓝藻水华物种（棕色部分）的特定增长率会因外界的二氧化碳分压（400μtam、1000μtam）不同呈现出显著的差异。所有的相关实验中可以看出，在实验的第一个星期时，二氧化碳分压的增加会显著的改变不同物质蓝藻水华的增长率，然而在4周后，二氧化碳分压对于蓝藻的增长率影响减小。

图4、蓝藻水华（浅绿色）和非蓝藻水华（浅棕色）的代谢速率（净光合作用和呼吸作用μmol O2）对于二氧化碳分压升高所引起的速率响应变化。图a表示的是蓝藻在不同的二氧化碳分压下表现出的净光合作用（体系内氧浓度的变化情况）。图b表示的是不同物种的蓝藻在不同的二氧化碳分压下表现出的呼吸速率。图c表示的是不同物质的蓝藻水华和非蓝藻水华在基于净光合作用常数kam、呼吸速率μmax的坐标分析图，其中不同颜色的圆点代表的是不同物种的蓝藻。

图5、不同时间段内，蓝藻水华和非蓝藻水华对应不同浓度的二氧化碳分压（400-2000μatm）所对应的净光合作用响应曲线图（4周），其中蓝色的柱形图表示的是蓝藻水华净光合作用常数，棕色柱形图表示的是非蓝藻水华的净光合作用常数（常常用单位时间和单位重量下产生的氧气的浓度），从图中可以看出，对应于蓝藻水华，二氧化碳分压的增加会导致该藻类的净光合作用常数的增加，然而石莼属海藻的光合作用速率大于其自身的呼吸速率，图中的箱形图是基于所有测试数据综合而得到的，图中各种单个符号表示的是不同蓝藻基于不同浓度的二氧化碳分压测试出的单个数据。

总结


大型海藻每年大约为近海岸区域贡献了大约15%的总碳量（27.4 Tg），这也为生活在沿海水域的生命提供了重要的生存物质，本论文主要研究了在不同二氧化碳分压环境中的蓝藻的生长情况，研究过程中通过使用unisense的氧微呼吸电极测试了在不同浓度的二氧化碳分压的海水环境中，不同种类的蓝藻的呼吸速率和净光合作用常数，从而全面了解不同藻类物质的生长情况分析。从整理论文的研究可以看出，正是因为使用了unisense氧气微电极可以全面的检测蓝藻生长的水体环境中的氧消耗浓度的变化，从而能够了解到蓝藻的净光合作用，从而进一步了解不同种类的蓝藻是如何在不同浓度的二氧化碳分压下的生长情况，从而得出关于蓝藻是如何提高海洋环境中的二氧化碳总浓度，说明该unisense微电极在海洋生态环境研究以及海洋蓝藻生长领域存在着很好的应用前景。