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浮游植物是海洋生态系统中最重要的初级生产者,占全球总初级生产力的50%,而浮游植物的生长不仅受外界环境中营养盐、光照等条件的影响,其细胞体积与光合固碳能力等特性也是浮游植物生长的影响因素。目前对于浮游植物生长速率尺寸比例关系的研究并没有考虑进化历史的影响,因此本文以绿色家族(Green lineage)成员--绿藻为研究对象,对现有理论进行补充。通过生长速率、细胞体积、Rubisco酶、元素组成之间的关系为模型提供参数,从而可以预测初级生产力对于全球气候变化的响应。 本研究选用不同体积的单细胞海洋绿藻:细小微胞藻(Micromonas pusilla)、咸胞藻(Brachiomonas submarina)、小球藻(Chlorella sp.)、塔胞藻(pyramimonas sp.)、青岛大扁藻( Platymonas helgolamdica)以及亚心形扁藻( Platymonas subcordiformis),在光照强度分别为15、30、45、60、100、150、200、300μmol photons m-2 s-1的梯度下,以光周期12L:12D、温度20±1℃、盐度35‰的条件进行培养。在对数生长期取样,测定细胞体积、生长速率、Rubisco酶含量及活性、碳、氮、磷含量及化学计量学比例等生理生化指标,通过分析各项指标得出如下结果: 1.体积较大的绿藻在光照强度较低时,通过提高叶绿素等含量对自身较小的有效横截面积进行补偿。 2.不同的光照强度改变了细胞内各物质含量及营养元素组成,也会影响绿藻的生长特异性指数。 3.通过光照强度与生长速率的关系可知,在本研究中所选实验绿藻的饱和光照强度为200μmol photons m-2s-1以上,通过光适应性参数Ik及α可知,中等大小的细胞(Log V=2)在光照波动的环境中具有竞争优势。 4.当 Log V<2时,随细胞体积的增大,浮游植物生长速率逐渐增大;而当 Log V>2时,浮游植物的生长速率随细胞体积的增大而减小,呈∩形。与硅藻的结果相一致。 5.绿藻通过增加细胞内Rubisco酶占比来维持较高的生长速率。而随着生长速率增加,细胞内N:P增大,说明在不受外界条件限制时,控制生长的为N。6.通过对生长速率、细胞体积及元素组成之间的相互关系的研究可知,生态学代谢理论与生长速率假说彼此联系,密不可分。 本研究为探究中等大小的细胞在群落中的竞争优势提供理论基础,也为今后浮游植物细胞体积、生长、固碳能力、元素组成的研究奠定基石。