海水pH對顆石藻生長以及二甲基硫產生的影響?

于 娟, 趙麗軍, 楊桂朋, 田繼遠, 劉 偉, 許超平

(1. 中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室,山東 青島 266100；2. 青島農業大學食品科學與工程學院,山東 青島266109；3. 中國科學院海洋研究所,山東 青島 266071)

?

海水pH對顆石藻生長以及二甲基硫產生的影響?

于 娟1, 趙麗軍1, 楊桂朋1, 田繼遠2??, 劉 偉3, 許超平1

(1. 中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室,山東 青島 266100；2. 青島農業大學食品科學與工程學院,山東 青島266109；3. 中國科學院海洋研究所,山東 青島 266071)

海洋酸化是目前海洋環境所面臨的嚴峻問題之一，而鈣化藻-顆石藻(Emilianiahuxleyi)是大洋中二甲基硫(Dimethylsulfide， DMS)產生的主要藻種。本文初步研究了3種海水pH(8.1、7.9、7.7)對顆石藻生長、細胞直徑以及DMS/DMSP(Dimethylsulfoniopropionate，二甲基巰基丙酸內鹽)產生的影響。研究結果表明3種pH(8.1、7.9、7.7)條件下顆石藻的細胞密度、比生長率沒有顯著差異，顆石藻培養第10天的掃描電鏡細胞形態以及藻細胞直徑測定結果顯示，pH=7.9和pH=7.7的顆石藻直徑比pH=8.1的顆石藻直徑顯著降低；顆石藻DMS總量、單細胞DMS/單細胞DMSP產量在3種pH(8.1、7.9、7.7)中兩兩之間沒有顯著差異；而pH=7.7的DMSP總量顯著低于pH=8.1的DMSP總量。Pearson相關分析結果表明，細胞分裂導致3種pH的單細胞DMSP含量與細胞密度、比生長率均呈負相關，3種pH的總DMS/總DMSP含量與細胞密度均呈正相關。CO2濃度升高引起的海洋酸化不僅導致pH降低，而且海水中的碳酸鹽體系也會發生變化，因此本實驗結果外推到現實環境時還要考慮碳酸鹽體系變化對DMS產生的影響。

顆石藻； pH； DMS； DMSP

人類對化石能源的消耗導致大氣CO2濃度從工業革命前的0.028kPa增加至現在的0.04kPa[1]。海洋是大氣CO2最大的庫之一，大約1/3大氣CO2通過海氣交換被海洋吸收[2]，由此改變海水碳酸鹽平衡并且降低海水pH。與工業革命前相比，目前海水表層pH降低了0.1個單位[3]，到本世紀末估計會降低0.4個pH單位[4]。大氣CO2濃度升高導致的海洋酸化對海洋生態系統尤其是鈣化生物(如珊瑚、有孔蟲、顆石藻等)產生了極大的威脅。

二甲基硫是一種重要的生源硫氣體，DMS的釋放能夠形成云凝結核(Cloud Condensation Nuclei，CCN)，將會對全球溫室效應產生負反饋[5]。DMSP是DMS的前身，DMSP能夠經DMSP裂解酶按照1∶1的比例分解成DMS和丙烯酸鹽。DMSP在海洋中主要來源于浮游植物[6]，而各種浮游植物的DMSP含量具有很大差別，顆石藻(Emilianiahuxleyi)和棕囊藻(Phaeocystis)是DMSP的主要生產者。DMSP的合成受許多因素的影響，如光照、鹽度、溫度、氮限制等[7-9]。有關浮游植物DMSP的合成或DMS的產生目前國外的研究主要涉及的浮游植物有顆石藻[7,10]、棕囊藻[11-12]，包括現場實驗、實驗室培養和圍隔實驗，而國內目前主要局限于實驗室培養，主要研究了各種理化因子對顆石藻、棕囊藻、赤潮藻、旋鏈角毛藻和小普林藻等的DMS產生的影響，并研究了藻在不同生長時期DMS/DMSP的產生規律，探討了制約DMS/DMSP產生的影響因素[13-19]。顆石藻是一種鈣化藻，是主要的碳酸鹽制造者，其獨特的生理生態功能對全球氣候變化具有重要影響，在海洋碳循環過程中扮演著重要角色。研究表明，海洋酸化對顆石藻的生長、光合作用、鈣化率等均會產生一定的影響[20-21]，Gao等[21]指出，pH降低會導致顆石藻細胞大小、顆石層厚度和鈣化率減小。海洋酸化對顆石藻生理生化的影響進一步影響DMS(P)產量，近幾年國外學者開始關注海洋酸化對DMS(P)生物地球化學循環的影響，但研究結果并不一致，海洋酸化(或CO2濃度升高)可能會導致浮游植物DMSP濃度降低、升高或沒有明顯變化[22-24]。截止目前，海洋酸化對顆石藻DMS產生的影響及作用機制尚不明確。

為此，本論文研究了不同pH(8.1、7.9和7.7)條件下，顆石藻在生長周期內的生長、DMS/DMSP釋放的情況，對于了解顆石藻對海洋酸化的響應以及預測碳循環、硫循環及未來全球氣候變化具有深遠意義。

1 材料與方法

1.1 實驗藻種及藻的培養

實驗所用顆石藻Emilianiahuxleyi由中國海洋大學化學化工學院海洋界面化學實驗室提供。預實驗結果表明人工海水培養的顆石藻生長狀態優于天然海水培養的顆石藻，所以本實驗采用人工海水培養顆石藻。2 000 mL三角燒瓶中加入1 500 mL人工海水在121 ℃高壓滅菌20 min后加入f/2培養基，接入指數生長期的顆石藻使其接種密度大約為0.6×108cells/L，將藻液置于光照培養箱中連續培養。培養條件為：明暗周期為12 h∶12 h，光照強度為4 000 lx，溫度為(15±0.5)℃，每天定時搖瓶。

1.2 pH的測定與調節

根據Hama[25]報道，在培養液中充入濃度為800×10-6和1200×10-6的CO2，15 d內培養液的pH分別在7.76～7.85和7.61～7.70范圍內波動。所以，本研究設定3個pH水平(8.1、7.9、7.7)，將顆石藻接入3種pH的培養液中，每天用pH計(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)測定并監測培養液的pH，用0.1 moL·L-1鹽酸和0.1 moL·L-1的氫氧化鈉調節pH，使pH分別為7.7、7.9、8.1，使1 d的pH波動保持在0.08個pH單位。

1.3 藻細胞密度和比生長率的測定

取1 mL藻液，加入魯戈氏碘液固定藻細胞，在光學顯微鏡下用血球計數板進行計數。

比生長率按以下公式計算：μ=ln(Cn/C0)/(Tn-T0)，其中，μ為比生長率；Cn和C0分別代表第n和第0天的細胞密度；Tn和T0分別代表培養第n和第0天。

1.4 細胞形態的掃描電鏡觀察以及細胞直徑的測定

顆石藻生長到第10天，將50 mL藻液離心，取藻泥用戊二醛固定，酒精梯度脫水，用100%乙酸異戊酯置換2次，放入臨界點干燥儀(日立HCP-2)中干燥，再真空噴金(日立IB.3)，用掃描電鏡(KYKY2800B)觀察并拍照。

藻細胞直徑的測定：顆石藻生長到第10天，用目鏡測微尺測定至少50個顆石藻的細胞直徑，取其平均值。

1.5 DMS和DMSP的測定

1.5.1 藻液中DMS含量的測定 參照Yang等[26]的DMS測定方法進行測定。采用吹掃捕集-冷阱富集前處理技術，將一定體積的原藻液或者稀釋后的藻液樣品用玻璃注射器注入氣提室，用高純氮氣將藻液中的DMS吹掃出來，經干燥管干燥后進入浸在液氮中的捕集管中濃縮，再經過沸水浴加熱解析。解析出來的氣體被載氣攜帶進入氣相色譜儀(GC-14B，日本島津)，最后用火焰光度檢測器(FPD)進行檢測。

1.5.2 藻液中DMSP含量的測定 取10 mL藻液置于40 mL棕色小瓶中并加入2 mL 10 mol·L-1的NaOH溶液，避免頂空(加蒸餾水除頂空)置于4 ℃冷藏環境下將DMSP堿解至少24 h后測定其中的DMS含量。DMSP的濃度為堿解后測得的樣品瓶中DMS濃度減去未堿解藻液中測得的DMS濃度。

1.6 數據分析

顆石藻生長和DMS(P)產生實驗設定3個平行樣，將不同pH的細胞密度、DMS/DMSP用SPSS 11.5軟件進行paired samplet-檢驗。

2 結果

2.1 海水pH對顆石藻細胞密度、比生長率的影響

pH=7.7和pH=7.9條件下培養的顆石藻在4～14 d之間處于指數生長期，而pH=8.1在4～12 d之間處于指數生長期。pH=7.7、pH=7.9、pH=8.1的藻細胞密度持續增加，分別在第14、14、12天達到最高值(pH=7.7，13.7×108cells/L；pH=7.9，12.2×108cells/L；pH=8.1，14.2×108cells/L)，隨后，顆石藻達到平臺期或衰亡期，藻細胞密度保持穩定或降低(見圖1A)。pH=7.7、pH=7.9、pH=8.1的藻細胞密度兩兩之間均沒有顯著差異(P>0.05)。

在0～4 d內，3種pH條件下培養的顆石藻的比生長率(μ)快速增加。pH=7.7與pH=7.9的比生長率在4～20 d中逐漸降低，而pH=8.1的比生長率在0～8 d逐漸升高，在8～20 d逐漸降低。pH=7.7、pH=7.9、pH=8.1培養的顆石藻分別在第4、4、8天時比生長率達到最大值，依次為0.323、0.368、0.314(見圖1B)。pH=7.7、pH=7.9、pH=8.1的比生長率兩兩之間均沒有顯著差異(P>0.05)。

2.2 海水pH對顆石藻細胞形態和直徑的影響

3種pH(7.7、7.9、8.1)處理的顆石藻掃描電鏡細胞形態結果中，顆石藻呈卵球狀，細胞膜外包有黏膠質外層，且表面有微小的晶體薄片(即顆石)，由于黏膠質外層未完全脫落所以顆石片層結構不是很明顯(見圖2)。pH=7.7、pH=7.9、pH=8.1的顆石藻的平均直徑依次為2.7、2.7和3.2 μm，pH=7.7和pH=7.9的顆石藻的平均直徑顯著低于pH=8.1的顆石藻平均直徑(P<0.05)。

2.3 海水pH對顆石藻DMS與DMSP產量的影響

2.3.1 海水pH對顆石藻總DMS產量的影響 隨著顆石藻培養時間的增長，總DMS產量有不斷升高的趨勢。pH為7.7、7.9、8.1的顆石藻的總DMS產量的變化范圍為6.1～241.3、9.5～230.3、8.6～287.7 nmol·L-1(見圖3A)，第20天的總DMS產量分別是第0天的總DMS產量的39.6、24.2、33.5倍?？侱MS產量在pH=7.7與pH=7.9、pH=7.7與pH=8.1、pH=7.9與pH=8.1之間均沒有顯著差異(P>0.05)。

圖1 3種pH下顆石藻細胞密度(A)和比生長率(B)的變化

pH為7.7、7.9、8.1條件下培養的顆石藻單細胞DMS產量變化范圍依次為(0.09～0.35)、(0.05～0.19)、(0.04～0.22)×10-15mol/cell，并且在0～20 d內沒有明顯的變化規律，但3種pH的單細胞DMS的釋放量變化趨勢基本一致，都表現為衰亡期的單細胞DMS產量比對數生長期的單細胞DMS產量升高(見圖3B)。單細胞DMS的釋放量在3種pH兩兩之間均無顯著差異(P>0.05)。

2.3.2 海水pH對顆石藻藻液中DMSP含量的影響 pH為7.7、7.9、8.1條件下顆石藻的總DMSP含量變化范圍依次為8.1～2581.2、4.4～4 895.0、6.7～4 753.4 nmol·L-1，并且在初始階段總DMSP含量都是持續升高，分別在第8、6、8天達到峰值，隨后總DMSP濃度下降、再升高(見圖4A)。顆石藻的總DMSP含量在pH=7.7與pH=7.9、pH=7.9與pH=8.1之間都沒有顯著差異(P>0.05)，而pH=7.7的總DMSP含量顯著低于pH=8.1的總DMSP含量(P<0.05)。

3種pH(7.7、7.9、8.1)條件下顆石藻單細胞DMSP含量的變化范圍依次為(0.009 6～1.45)、(0.053～2.83)、(0.019～1.89)×10-15mol/cell，并且在0～6 d內逐漸降低，在第6天達到最小值，在6～20 d顆石藻單細胞釋放DMSP的量呈現升高、降低、再升高的變化規律(見圖4B)。顆石藻單細胞釋放DMSP的量在3種pH兩兩之間均無顯著差異(P>0.05)。

圖2 3種pH培養第10天的顆石藻的掃描電鏡結果

2.4 相關性分析

Pearson相關性分析結果表明，3種pH條件下單細胞DMSP含量與細胞密度、比生長率均呈負相關。其中，pH=7.7和pH=8.1時，單細胞DMSP含量與細胞密度呈顯著負相關(P<0.05)；pH=7.9和pH=8.1時，單細胞DMSP含量與比生長率呈顯著負相關(P<0.05)。3種pH的總DMS/總DMSP含量與細胞密度均呈正相關，其中，pH=7.9時，總DMS含量與細胞密度呈極顯著正相關(P<0.01)(見表1、2、3)。

圖3 3種pH條件培養的顆石藻總DMS含量

圖4 3種pH條件下顆石藻總DMSP

細胞密度Celldensity比生長率Specificgrowthrate總DMSTotalDMS總DMSPTotalDMSP單細胞DMSCellularDMS單細胞DMSPCellularDMSP細胞密度Celldensity1比生長率Specificgrowthrate0.1971總DMStotalDMS0.381-0.0381總DMSPtotalDMSP0.3260.4490.2961單細胞DMSCellularDMS-0.3320.0940.560-0.2001單細胞DMSPCellularDMSP-0.769*-0.397-0.198-0.7030.5731

Note：*代表在0.05顯著性水平下顯著相關(雙尾檢驗)。*Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

表2 pH=7.9條件下的各參數相關性分析

Note：**代表在0.01顯著性水平下顯著相關(雙尾檢驗)。**Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).*代表在0.05顯著性水平下顯著相關(雙尾檢驗)。*Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

表3 pH=8.1條件下的各參數相關性分析

Note：*代表在0.05顯著性水平下顯著相關(雙尾檢驗)。*Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

3 討論

3.1 生長周期內DMS/DMSP的變化規律

結果顯示顆石藻總DMS/總DMSP產量與細胞密度均呈正相關，這與以往的研究報道相吻合[7,27]，后者通過連續培養和圍隔實驗研究表明顆石藻DMS總量與葉綠素a含量、DMSP總量與細胞密度密切相關。本文所測的3種pH(7.7、7.9、8.1)的顆石藻單細胞DMSP含量的變化范圍依次為(0.009 6～1.45)、(0.053～2.83)、(0.019～1.89)×10-15mol/cell；而Steinke等[28]研究結果表明6株顆石藻的單細胞DMSP含量范圍為(3.6～18.9)×10-15mol·cell-1，本文單細胞DMSP含量比Steinke等[28]報道的單細胞DMSP含量偏小的原因是不同藻種、環境條件都會對單細胞DMSP含量產生明顯影響[7,29-30]。藻細胞生長階段對DMS(P)的產量也有影響。Stefels和van Boekel[31]研究發現棕囊藻Phaeocystissp.在靜止期的單細胞DMSP含量高于指數生長期。本文結果顯示不同生長時期單細胞DMS產量不同，指數生長期的單細胞DMS產量少，而生長衰亡期的單細胞DMS產量多，這主要是因為細胞衰亡時，細胞壁破裂，DMSP裂解酶釋放出來并間接導致DMS的產量增加。3種pH的單細胞DMSP含量與細胞密度、比生長率均呈負相關的原因可能是由于隨著細胞分裂的加快，細胞密度和比生長率的增加導致單細胞DMSP含量下降。

3.2 海水pH對顆石藻生長、DMS的影響

對照組(pH未用酸堿進行調節)顆石藻藻液中的pH隨時間延長，由初始值8.124逐漸升高，在第8天達到最大值(9.490)，在第8～14天pH在9.490～9.429之間變化，隨后降低，pH在第20天降為8.918，但仍顯著高于初始值(P<0.05)(見圖5)。因此，顆石藻的生長使海水中H+濃度降低、pH升高，使海水“堿化”。處理組在實驗期間必須添加H+以維持恒定的pH值。這與部分顆石藻細胞表面膠質層脫落、露出鈣化結構的掃描電鏡結果是吻合的。

圖5 對照組顆石藻藻液的pH變化

顆石藻的細胞密度和比生長率在3種pH條件下兩兩之間沒有顯著差異，說明pH變化對顆石藻的生長影響不明顯。Tortell等[32]研究指出3種CO2濃度(100、350和800×10-6)對培養實驗中浮游植物的生長速率沒有顯著差異，與本文結果相近。研究表明，CO2濃度升高對顆石藻光合作用的影響具有種間差異性，CO2濃度升高會促進顆石藻E.huxleyi的光合作用[20]，而對顆石藻Calcidiscusleptoporus和Coccolithuspelagicus的光合作用沒有明顯影響[33]。因此，導致本實驗3種pH對顆石藻的生長影響差異不顯著的原因也可能與藻種不同或者僅僅是pH變化有關。本實驗中的顆石藻直徑與Gao等[21]測定的顆石藻直徑存在差異，可能是顆石藻不同株系導致的。在本文實驗中，海水酸化使顆石藻直徑降低，這與Gao等[21]的結果類似，他們的研究結果表明pH=7.9和7.6時顆石藻的鈣化率降低，pH=7.9和7.6的顆石層厚度比pH=8.2的顆石層厚度顯著降低。

除了pH=7.7時顆石藻的總DMSP濃度顯著低于pH=8.1時的總DMSP濃度(P<0.05)以外，本實驗中顆石藻總DMS/單細胞DMS(P)產量在3種pH兩兩之間沒有顯著差異(P>0.05)。目前國外科學工作者對海洋酸化是否會影響DMS釋放的問題一直以來存在爭議，如Hopkins等[22]通過圍隔實驗研究表明，與低濃度CO2(380×10-6)相比，高濃度CO2(750×10-6)顯著降低DMS和DMSP濃度；而Vogt等[24]發現高濃度CO2(700/1050×10-6)條件下的溶解態DMSP或DMS與濃度為350×10-6的CO2相比沒有顯著變化。本文研究結果與Vogt等[24]的結果基本吻合。Archer等[23]在北極水域的30 d實驗結果表明，海洋酸化導致DMS濃度降低、DMSP濃度升高，從而導致DMS/DMSP比值降低。與Archer等[23]的結果不同，本文結果顯示3種pH兩兩之間的DMS/DMSP比值沒有顯著變化(P>0.05)，可能與實驗方法不同有關。每一種酶僅在特定的、比較窄的pH范圍內有活性，并且在最適pH顯示最大的活性。Steinke等[28]研究表明，pH對不同株系顆石藻DMSP裂解酶活性的影響不同，E.huxleyi373/379、E.huxleyi374/1516分別在pH=6、pH=5時DMSP裂解酶活性最大，而E.huxleyi370的DMSP裂解酶活性在pH=2～8的范圍內隨pH升高而升高。海洋環境中的DMSP裂解酶來源于浮游植物、海洋細菌等[28,34]，而海洋酸化會對浮游植物組成、細菌生物量以及生物多樣性產生影響。Tortell和Morel[35]研究了CO2濃度對赤道太平洋浮游植物群落的影響，結果表明CO2濃度為150×10-6和750×10-6時浮游植物群落在培養初期多樣性豐富(含有大約等生物量的硅藻、定鞭金藻、隱藻、青綠藻、甲藻)，而培養3 d后浮游植物均以硅藻為優勢種(生物量大約占90%)，但2種CO2濃度之間的浮游植物種類組成沒有顯著差異。因此，不同浮游植物對海洋酸化的敏感性是不同的，海洋酸化對海洋生物的影響必然會對現實環境中DMS(P)的產量產生影響。但海洋酸化對DMS釋放的影響到底是積極的還是消極的？其作用機制到底是什么？這些問題仍需在圍隔實驗和實驗室培養方面進行深入研究并綜合考慮多種因素。

4 結論

(1)3種不同pH(7.7、7.9、8.1)對顆石藻的細胞密度、比生長率的影響沒有顯著差異；掃描電鏡結果顯示部分顆石藻細胞表面膠質層脫落、露出鈣化結構，pH=7.7和pH=7.9條件下顆石藻直徑顯著低于pH=8.1下的顆石藻直徑(P<0.05)。

(2)pH=7.7條件下顆石藻的總DMSP濃度顯著低于pH=8.1下的總DMSP濃度(P<0.05)；顆石藻DMS總量、單細胞DMS產量以及單細胞DMSP產量在3種pH(7.7、7.9、8.1)條件下兩兩之間沒有顯著差異(P>0.05)。本實驗結果外推到現實環境時還要考慮碳酸鹽體系以及食物鏈關系變化對DMS產生的影響。

[1] Solomon S, Qin D, Manning M, et al． Climate Change 2007: The Physical Science Basis: Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [M]. New York: Cambridge University Press, 2007．

[2] Sabine C L, Feely R A, Gruber N, et al. The oceanic sink for anthropogenic CO2[J]. Science, 2004, 305: 367-371.

[3] Orr J C. Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms [J]. Nature, 2005, 437: 681-686.

[4] Caldeira K, Wickett M E. Anthropogenic carbon and ocean pH [J]. Nature, 2003, 425: 365.

[5] Charlson R J, Lovelock J E, Andreae M O, et al. Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate [J]. Nature, 1987, 326: 655-661.

[6] Kirst G O, Thiel C, Wolff H, et al. Dimethylsulfoniopropionate (DMSP) in ice algae and its possible biological role [J]. Marine Chemistry, 1991, 35: 381-388.

[7] Van Rijssel M, Gieskes W W C. Temperature, light, and the dimethylsulfoniopropionate (DMSP) content ofEmilianiahuxleyi(Prymnesiophyceae) [J]. Journal of Sea Research, 2002, 48: 17-27.

[8] Cuhel R L, Lean D R S. Influence of light intensity, light quality temperature and daylength on uptake and assimilation of carbon dioxide and sulfate by lake plankton [J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 1987, 44: 2118-2132.

[9] Stefels J. Physiological aspects of the production and conversion of DMSP in marine algae and higher plants [J]. Journal of Sea Research, 2000, 43: 183-197.

[10] Wolfe G V, Steinke M. Grazing-activated production of dimethyl sulfide (DMS) by two clones ofEmilianiahuxleyi[J]. Limnology and Oceanography, 1996, 41(6): 1151-1160.

[11] Stefels J, Gieskes W W C, Dijkhuizen L. Biological and Environmental Chemistry of DMSP and Related Sulfonium Compounds [M]. New York: Plenum Press, 1996: 305-315.

[12] Verity P G, Brussaard C P, Nejstgaard J C, et al. Current understanding ofPhaeocystisecology and biogeochemistry, and perspectives for future research [J]. Biogeochemistry, 2007, 83: 311-330.

[13] 歐陽麗佳, 高亞輝, 林榮澄, 等. 球石藻在不同溫度和鹽度下產二甲基硫(DMS)的研究 [J]. 廈門大學學報, 2006, 45(sup.): 221-224.

[14] 王艷, 齊雨藻, 沈萍萍, 等. 溫度和鹽度對球形棕囊藻細胞DMSP產量的影響 [J]. 水生生物學報, 2003, 27(4): 367-371.

[15] 李猛, 袁東星, 林慶梅. 三種典型赤潮藻產生與消耗二甲基硫化物的速率估算 [J].應用生態學報, 2007, 18(8): 1843-1848.

[16] 朱蓉, 楊桂朋, 于娟, 等. 不同氮磷比及鐵濃度對球形棕囊藻二甲基硫和二甲巰基丙酸內鹽生產的影響 [J]. 中國海洋大學學報: 自然科學版, 2013, 43(10): 67-75.

[17] Shen P, Qi Y, Wang Y, Huang L.PhaeocystisglobosaScherffel, a harmful microalga, and its production of dimethylsulfoniopropionate [J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2011, 29(4): 869-873.

[18] 高原, 朱蓉, 楊桂朋, 等. 旋鏈角毛藻和小普林藻對二甲基硫和二甲巰基丙酸的釋放研究 [J]. 中國海洋大學報: 自然科學版, 2012, 42(12): 59-64.

[19] Zhuang G C, Yang G P, Yu J, et al. Production of DMS and DMSP in different physiological stages and salinity conditions in two marine algae [J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2011, 29(2): 369-377.

[20] Riebesell U, Zondervan I, Rost B, et al. Reduced calcification of marine plankton in response to increased atmospheric CO2[J]. Nature, 2000, 407: 364-367.

[21] Gao K, Ruan Z, Villafane V E, et al. Ocean acidification exacerbates the effect of UV radiation on the calcifying phytoplankterEmilianiahuxleyi[J]. Limnology and Oceanography, 2009, 54(6): 1855-1862.

[22] Hopkins F E, Turner S M, Nightingale P D, et al. Ocean acidification and marine trace gas emissions [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2010, 107(2): 760-765.

[23] Archer S D, Kimmance S A, Stephens J A, et al. Contrasting responses of DMS and DMSP to ocean acidification in Arctic waters [J]. Biogeosciences Discussions, 2012, 9: 12803-12843.

[24] Vogt M, Steinke M, Turner S, et al. Dynamics of dimethylsulphoniopropionate and dimethylsulphide under different CO2concentrations during a mesocosm experiment [J]. Biogeosciences, 2008, 5: 407-419.

[25] Hama T, Kawashima S, Shimotori K, et al. Effect of ocean acidification on coastal phytoplankton composition and accompanying organic nitrogen production [J]. Journal of Oceanography, 2011, 68(1): 183-194.

[26] Yang G P, Zhang H H, Zhou L M, et al. Temporal and spatial variations of dimethylsulfide (DMS) and dimethylsulfoniopropionate (DMSP) in the East China Sea and the Yellow Sea [J]. Continental Shelf Research, 2011, 31(13): 1325-1335.

[27] Steinke M, Evans C, Lee G A, et al. Substrate kinetics of DMSP-lyases in axenic cultures and mesocosm populations ofEmilianiahuxleyi[J]. Aquatic Sciences, 2007, 69: 352-359.

[28] Steinke M, Wolfe G V, Kirst G O. Partial characterisation of dimethylsulfoniopropionate (DMSP) lyase isozymes in 6 strains ofEmilianiahuxleyi[J]. Marine Ecology Progress Series, 1998, 175: 215-225.

[29] Archer S D, Ragni M, Webster R, et al. Dimethyl sulfoniopropionate and dimethyl sulfide production in response to photoinhibition inEmilianiahuxleyi[J]. Limnology and Oceanography, 2010, 55: 1579-1589.

[30] Stefels J, van Leeuwe M A. Effects of iron and light stress on the biochemical composition of AntarcticPhaeocystissp. (Prymnesiophyceae). I. Intracellular DMSP concentrations [J]. Journal of Phycology, 1998, 34: 486-495.

[31] Stefels J, van Boekel W H M. Production of DMS from dissolved DMSP in axenic cultures of the marine phytoplankton speciesPhaeocystissp. [J]. Marine Ecology Progress Series, 1993, 97: 11-18.

[32] Tortell P D, Rau G H, Morel F M M. Inorganic carbon acquisition in coastal Pacific phytoplankton communities [J]. Limnology and Oceanography, 2000, 45(7): 1485-1500.

[33] Langer G, Geisen M, Baumann K-H, et al. Species-specific responses of calcifying algae to changing seawater carbonate chemistry [J]. Geochemistry Geophysics Geosystems, 2006, 7: Q09006.

[34] Yoch D C, Ansede J H, Rabinowitz K S. Evidence for intracellular and extracellular dimethylsulfoniopropionate (DMSP) lyases and DMSP uptake sites in two species of marine bacteria [J]. Applied and Environmental Microbiology, 1997, 63: 3182-3188.

[35] Tortell P D, Morel F M M. Sources of inorganic carbon for phytoplankton in the eastern Subtropical and Equatorial Pacific Ocean [J]. Limnology and Oceanography, 2002, 47(4): 1012-1022.

[36] Bach L T, Riebesell U, Schulz K G. Distinguishing between the effects of ocean acidification and ocean carbonation in the coccolithophoreEmilianiahuxleyi[J]. Limnology and Oceanography, 2011, 56(6): 2040-2050.

責任編輯 徐 環

The Influence of Seawater pH on the Growth and Dimethylsulfide Production ofEmilianiahuxleyi

YU Juan1, ZHAO Li-Jun1, YANG Gui-Peng1, TIAN Ji-Yuan2, LIU Wei3, XU Chao-Ping1

(1.The Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2.College of Food Science and Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266009, China; 3.Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Ocean acidification is one of the serious problems currently faced by marine environment, and calcifid alga-Emilianiahuxleyiis the primary alga to produce dimethylsulfide (DMS) in the ocean. This paper preliminary investigated the changes of the growth, cell diameter and the production of DMS and dimethylsulfoniopropionate (DMSP) forE.huxleyiat three levels of pH (8.1, 7.9 and 7.7). The results showed that the cell densities and specific growth rates among three pH levels had no significant effects, respectively. Cell morphology observation results in scanning electron microscopy (SEM) at day 10 and the diameter results ofE.huxleyiindicated that the diameters of pH=7.7 and pH=7.9 were obviously lower than those of pH=8.1. Total DMS, cellular DMS/cellular DMSP production ofE.huxleyiamong three pH levels (8.1, 7.9, 7.7) had no significant effects; while total DMSP concentrations of pH=7.7 were significantly lower than those of pH=8.1. Pearson correlation between cellular DMSP contents and specific growth rates/cell densities was negative, which might be due to cell lysis. There were positive correlations between total DMS/total DMSP contents and cell densities for three levels of pH. Increasing CO2not only caused the decrease of pH, but also changed the carbonate system in the seawater. Therefore, when we put these results to the natural environment, the effects of carbonate system and food chain changes on the DMS production should be considered.

Emilianiahuxleyi; pH; DMS; DMSP

國家自然科學基金創新研究群體項目(41221004)；國家自然科學基金重大國際合作研究項目(41320104008)；國家自然科學基金項目(41030858；41106122)；山東省自然科學基金項目(ZR2011DQ005)；國家海洋局近岸海域生態環境重點實驗室資助項目(201306)資助

2014-01-10；

2014-03-18

于 娟(1973-)，女，副教授。E-mail:yuetian@ouc.edu.cn。

?? 通訊作者： E-mail: jytian_75@@qau.edu.cn

P734.5

A

1672-5174(2015)02-072-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20140007