海洋酸化对磷限制条件下海洋固氮蓝藻的影响及其机理
批准号:
42076149
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
洪海征
依托单位:
学科分类:
海洋生态学与环境科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
洪海征
中文摘要
丝状束毛藻和单细胞鳄球藻等优势海洋固氮蓝藻,是大面积寡营养海区中“新氮”的重要来源,其对海洋酸化的响应将显著影响海洋初级生产力。束毛藻和鳄球藻的生长和固氮经常受限于海水中磷等营养盐的缺乏。然而,已有的酸化研究大多采用富营养条件,或在实验技术方面无法实现稳定的磷限制条件。本项目基于申请人前期研究,从酸化和磷限制均可能影响固氮蓝藻的细胞能量代谢这一新角度出发,提出磷限制将加剧酸化对固氮蓝藻的负效应的科学假设。拟通过实验室微观机制探讨与现场观测的结合,运用生物、化学与组学分析等手段,在实验室采用能有效模拟大洋表层海水磷营养盐限制条件的连续培养系统,深入探讨束毛藻和鳄球藻响应酸化的机理;在现场采用分粒级结合营养盐添加和酸化培养的方案,对磷限制条件下酸化对海洋固氮蓝藻的影响及其机理进行系统的阐释,从而提升对全球变化下海洋生物固氮及其生物地球化学效应的认知。
英文摘要
Marine dinitrogen-fixing cyanobacteria, such as the filamentous Trichodesmium and unicellular Crocospheara, are one of the important sources of "new nitrogen" in oligotrophic oceans. Therefore, their responses to ocean acidification can lead to significant changes in marine primary production. Growth and nitrogen fixation of Trichodesmium and Crocospheara are often limited by the deficiency of phosphorus in surface seawaters. However, previous studies are conducted either under nutrient replete conditions or using batch cultures that cannot achieve steady-state phosphorus limitation. Based on our previous research, we hypothesize that phosphorus limitation will augment the negative effect of ocean acidification on marine nitrogen fixing cyanobacteria, as both acidification and phosphorus limitation may affect the energy metabolism in the cells of the diazotrophs. We will carry out both laboratory and field in situ incubation experiments, combined with chemical, biochemical and omics techniques. Particularly, in the laboratory, we will use chemostats to culture Trichodesmium and Crocosphaera, which is challenging but can mimic actual phosphorus limitation in the oligotrophic oceans; in the field, size-fractionated nitrogen fixation rate and diazotroph community will be determined following the on-deck nutrient and acidification manipulated incubation. Our findings should provide a mechanistic insight into how nitrogen fixing cyanobacteria will respond to ocean acidification under phosphorus-limited conditions. This will improve our understandings on marine nitrogen fixation and its biogeochemical impacts in the future oceans.
丝状束毛藻和单细胞鳄球藻作为海洋中优势固氮蓝藻,其的生长和固氮经常受铁、磷等营养盐的限制。营养盐限制可调控浮游植物对酸化的响应。然而,已有的酸化研究大多采用富营养条件,无法正确认知海洋酸化对固氮蓝藻的影响。在项目资助期间,研究团队围绕“海洋酸化对磷限制条件下海洋固氮蓝藻的影响及其机理”这一主题,通过室内受控和现场原位培养实验,采用化学分析和生物技术相结合的研究手段,深入探讨磷限制条件下束毛藻和鳄球藻响应酸化的机理。得出结论如下:.1)在营养盐充分下,酸化的低pH值降低了鳄球藻固氮酶效率,进而降低了生长和固氮速率,这与研究团队前期对束毛藻的研究结果相似。.2)在不同营养盐限制条件下,鳄球藻对海洋酸化的响应存在显著差异:铁限制加剧了酸化降低固氮酶效率的程度,从而导致胞内铁重新分配,削弱同样需铁的光合和呼吸系统的合成,因此酸化对鳄球藻生长和固氮作用的负效应被加剧;而磷限制条件下,酸化可通过减少细胞体积,增加比表面积,促进对营养盐的吸收,缓解海洋酸化的负效应。.3)磷限制加剧了酸化对束毛藻的负面影响。其内在机制在于束毛藻依赖于胞内poly P的含量来维持pH稳态,增加了对磷的需求,减少细胞产能。因此,磷限制加剧酸化对束毛藻固氮作用的负效应。而鳄球藻中的poly P主要是作为磷储存的一种手段,因此与束毛藻的响应不同。.4)在以束毛藻为主要固氮类群的南海磷限制海区,海洋酸化显著降低固氮速率;而以鳄球藻为主要固氮类群的西北太平洋磷限制海区,海洋酸化对固氮的抑制并不显著。这与室内培养研究的结果相互应证。.我们的研究结果为全面系统认知海洋酸化对对海洋固氮蓝藻的影响提供扎实的科学依据,有助于预测全球变化下未来海洋氮的生物地球化学循环。
有机磷酸酯阻燃剂在海洋青鳉鱼中的毒理机制和代谢研究
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批准号:41676094
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项目类别:面上项目
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资助金额:75.0万元
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批准年份:2016
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负责人:洪海征
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依托单位:
HBCD不同异构体对中国近海代表性桡足类的毒理研究
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批准号:41206090
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:29.0万元
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批准年份:2012
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负责人:洪海征
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依托单位:
国内基金
海外基金