全球变暖和海洋酸化是当前面临的最严重的海洋环境问题。未来海水表层温度的波动会随着全球变暖而增加,但是温度波动对浮游植物细胞生理活动及其对生物地球化学循环的影响的研究还是鲜见报道。高CO2浓度引起的浮游植物生理响应已经被广泛研究,但是浮游植物应对高浓度CO2胁迫在基因表达层面的内在机制则未见系统的报道。本论文选择3种典型浮游植物:大洋定鞭藻类（球石藻类）-赫氏颗石藻（Emiliania huxleyi）,近海岸硅藻类-威氏海链藻（Thalassiosira weissflogii=Conticribra weissflogii）和广布硅藻类-牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri）,分别研究其对不同频率温度波动,随机温度波动以及高浓度CO2胁迫的响应。主要研究结果和结论如下:1.研究了赫氏颗石藻在低温（18.5℃）和高温（25.5℃）条件下,不同频率的温度波动（每天和每两天温度波动）对其生长以及钙化作用的影响。结果表明,温度升高,温度波动或者温度升高和波动交互作用都能抑制颗石藻的生长速率、钙化作用效率以及生理响应。高温加剧了温度波动对颗石藻生长以及生理的负面作用,高频波动和低频波动的生长速率分别下降了 38%和72%。高温条件下,每天温度波动实验组（高频波动）相较于每两天温度波动实验组（低频波动）生长速率更高,分别为0.52±0.02 d-1和0.20±0.02 d-1,说明高频温度波动能够抵消高温对颗石藻生长的抑制以及缓和一些极端高温所带来的的影响。颗石藻细胞内的化学元素组成以及钙化作用效率受到不同频率温度波动的影响,特别是在高温的时候,高频波动和低频波动的钙化作用效率分别降低了 46%和52%。2.探究了威氏海链藻在当前温度（16℃）以及未来海洋暖化（20℃）条件下,恒定波动（constantvariation）和随机温度波动（randomvariation）对其生长以及生理生化的影响。结果表明,未来升温能够促进威氏海链藻生长速率的上升,但是降低细胞内以不同形式存在的主要化学元素（POC、PON、POP、BSi以及Chla）含量。温度波动能够降低威氏海链藻的生长速率,同时,随机温度波动能够降低威氏海链藻细胞内主要化学物质（POC、PON、POP、BSi以及Clla）含量,恒定波动则对威氏海链藻细胞内的化学元素含量没有显著影响。升温能够抵消温度波动对威氏海链藻生长速率带来的负面效应,并且在升温条件下,随机温度波动实验组的生长速率与恒温对照组的生长速率没有显著差别。升温与温度波动对威氏海链藻的生长和生理还具有交互作用。其中升温与随机温度波动对威氏海链藻的交互作用影响主要表现在生长速率和细胞内主要化学元素（如POC、PON、POP以及BSi）含量上,而升温与恒定波动的交互作用相对来说对威氏海链藻生理状态的影响较小。恒定波动和随机温度波动同升温的交互作用对光合作用没有显著的影响。3.分析了高浓度CO2胁迫条件下牟氏角毛藻转录组RNA-seq相关基因的表达情况。结果表明,高浓度CO2能够促进牟氏角毛藻卡尔文循环,三羧酸循环,糖酵解和丙酮酸代谢,脂肪酸从头合成和甘油酯生物合成等相关代谢通路基因的上调表达。但是抑制了 CCMs和C4途径中用于CO2固定的相关基因的表达,如eCA和PEPC。卡尔文循环和三羧酸循环途径中相关基因的上调表达能够促进牟氏角毛藻的生长。而糖酵解,丙酮酸代谢,脂肪酸以及甘油酯的生物合成通路相关基因的上调表达则促进牟氏角毛藻代谢产物的增加。高浓度CO2促进牟氏角毛藻甘油酯的生物合成,但是却下调表达了牟氏角毛藻指数生长期过程中TAG合成的关键酶基因DGAT,说明该生长期主要的基因表达是为了促进牟氏角毛藻的生长以及对高浓度CO2的适应。同时,牟氏角毛藻SQDG生物合成中的关键酶基因SQD的上调表达,说明牟氏角毛藻指数生长期的油脂合成倾向于具有生物学活性的SQDG,展现其对高浓度CO2响应的独特生物学特性。