陳　姝，郭照冰，方　華，李　汛，邢　鵬（.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京20044；2.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇 南京 20008；.中國科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 20008）

CO2濃度升高對(duì)湖泊浮游藻類與浮游細(xì)菌耦合關(guān)系的影響

陳姝1，2，郭照冰1，方華1，李汛3，邢鵬2*（1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京210044；2.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇 南京 210008；3.中國科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008）

采用控制空氣CO2濃度的圍隔體系（P1： 400×10-6體積分?jǐn)?shù)，下同，P2： 800×10-6，P3： 1200×10-6），在不同空氣CO2濃度條件下，分析水華微囊藻對(duì)CO2的同化作用和異養(yǎng)細(xì)菌對(duì)藻源性有機(jī)碳的異化作用，以及二者出峰時(shí)間耦合關(guān)系的變化.結(jié)果表明，CO2濃度升高能夠促進(jìn)水華微囊藻的生長(zhǎng)，P1、P2和P3條件下藻的數(shù)量分別達(dá)9.4×106，1.1×107，1.5×107cells/mL.同時(shí)高濃度CO2降低了藻細(xì)胞內(nèi)酯酶活性但并未影響藻達(dá)到峰值所需時(shí)間.在不同 CO2濃度水平下，浮游細(xì)菌達(dá)到峰值的時(shí)間順序是 P1（12d）＜P2（14d）＜P3（20d），細(xì)菌最高密度分別達(dá)到2.10×106cells/mL （P1），1.94×106cells/mL （P2）和1.70×106cells/mL （P3）.前7d浮游細(xì)菌的生長(zhǎng)速度是vP3＞vP2＞vP1，細(xì)菌活性是P3＞P2＞P1.高CO2濃度條件下，浮游藻類呈現(xiàn)高生物量和低活性的狀態(tài)，而浮游細(xì)菌呈現(xiàn)低生物量和高活性的狀態(tài)，反映出CO2濃度的改變對(duì)同化和異化作用不同的影響機(jī)制.因此，CO2濃度升高后導(dǎo)致的浮游藻類生物量的積累可能無法通過促進(jìn)浮游細(xì)菌的生長(zhǎng)達(dá)到有效轉(zhuǎn)化.

CO2；浮游藻類；浮游細(xì)菌；耦合關(guān)系；湖泊；全球變化

全球環(huán)境變化已經(jīng)成為影響人類可持續(xù)性發(fā)展的關(guān)鍵因素，而大氣二氧化碳（CO2）濃度升高是驅(qū)動(dòng)全球變化（全球變暖、海洋酸化、水循環(huán)異常、海平面升高、上部混合層淺化等）的重要因素.由于化石燃料燃燒和森林采伐，大氣CO2濃度現(xiàn)每年仍以0.4%的速度遞增，預(yù)計(jì)21世紀(jì)末將達(dá)到（600～1000）×10-6（體積分?jǐn)?shù)，下同）［1］.大氣 CO2濃度的升高會(huì)影響海洋、湖泊和河流等水體的CO2水氣交換，而水體環(huán)境的變化必然會(huì)影響水體中浮游植物細(xì)胞的新陳代謝過程，進(jìn)而對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)和生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響［2］.與海洋面積相比，雖然湖泊面積只占地球表面積的0.5%，但由于其和大氣的碳交換量變化與人類活動(dòng)有著密切的關(guān)系，且具有指示作用，因而受到眾多關(guān)注.

大氣CO2濃度升高能使得湖泊水體中CO2增加、pH值下降，并引起不同形態(tài)無機(jī)碳比例的變化，在水生態(tài)系統(tǒng)中浮游藻類和浮游細(xì)菌不可避免地受這些物理化學(xué)因素變化的影響.已有研究表明，CO2濃度升高可促進(jìn)陸生藍(lán)藻、淡水綠藻以及某些海產(chǎn)藻類的生長(zhǎng)［3-4］，同時(shí)對(duì)不同藻類也存在著抑制及沒有影響等效應(yīng)［5-6］.因此CO2濃度變化導(dǎo)致的湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的變化，可能通過浮游藻類供給溶解性有機(jī)碳（DOC）的變化影響到浮游細(xì)菌.本研究采用可控制CO2濃度的圍隔體系，模擬大氣不同 CO2濃度條件，通過分析CO2濃度改變對(duì)浮游藻類和浮游細(xì)菌生理特性的影響，揭示浮游藻類對(duì)CO2的同化作用和異養(yǎng)細(xì)菌對(duì)藻源性有機(jī)碳異化作用的變化，以及二者動(dòng)態(tài)變化的耦合關(guān)系.

藍(lán)藻是一類全球性分布的浮游微生物，目前我國長(zhǎng)江中下游湖泊富營養(yǎng)化問題突出，藍(lán)藻水華頻繁暴發(fā).特別在春末夏初藍(lán)藻的生物量占浮游藻類生物量的 90%以上，其中微囊藻屬［7-8］的水華微囊藻（Microcystis flos-aquae （Wittr）. Kirchner）是主要的優(yōu)勢(shì)種之一.已有研究表明微囊藻與細(xì)菌之間存在代謝偶聯(lián)［9］，但尚未涉及CO2濃度變化對(duì)這一耦合關(guān)系的影響.本研究以水華微囊藻為代表，研究其在不同大氣CO2濃度條件下的生長(zhǎng)情況.實(shí)驗(yàn)過程中不添加任何外源有機(jī)碳，以保證藻源性 DOC是浮游細(xì)菌可利用的唯一碳源，從而有利于二者耦合關(guān)系的判定.

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)利用3個(gè)CO2濃度控制室［10］，設(shè)定的空氣CO2濃度水平為P1： 400×10-6，P2： 800×10-6，P3：1200×10-6.高 CO2濃度水平（800×10-6，1200×10-6）由 CO2鋼瓶經(jīng)空氣壓縮機(jī)氣體配比器（德國WITT） 提供，采用 CO2在線檢測(cè)儀器（德國SIEMENS）跟蹤并及時(shí)修正的CO2控制室內(nèi)的濃度.每個(gè) CO2控制室 2.3m（長(zhǎng)）×0.8m（寬）× 1.4m（高），放置 6個(gè)圓形有機(jī)玻璃柱 40cm（高）× 20cm（直徑）.通過將控制室內(nèi)的空氣直接通入水體中，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體CO2濃度的長(zhǎng)期控制.實(shí)驗(yàn)期間每天08：00～22：00每隔1h對(duì)各個(gè)培養(yǎng)體系曝氣10min.

從位于南京市鐘山風(fēng)景區(qū)的前湖（32°02′52.06″，118°49′52.60″）采集表層湖水，用25號(hào)浮游生物網(wǎng)過濾后加入有機(jī)玻璃柱中適應(yīng)約7d.將實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的水華微囊藻接種至每個(gè)體系中，水華微囊藻初始密度均為8.5×105cells/mL左右.CO2控制室設(shè)光源，模擬原位的日照強(qiáng)度和周期.于實(shí)驗(yàn)開始的 0d采樣一次，隨后隔天采樣一次，取培養(yǎng)體系中的湖水分別用來測(cè)定總磷 TP/總氮TN，溶解性N/P，DOC，HCO3-，CO32-，藍(lán)藻數(shù)量，酯酶活性，細(xì)菌數(shù)量及細(xì)菌活性等指標(biāo)，采樣時(shí)記錄水體溫度和pH值，實(shí)驗(yàn)持續(xù)28d.

1.2實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用的藻為水華微囊藻（Microcystis flos-aquae （Wittr）. Kirchner），將 純 藻 種 接 入1000mL BG-11培養(yǎng)液中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，三角瓶置于恒溫光照培養(yǎng)箱中，14d左右待水華微囊藻生長(zhǎng)達(dá)到平臺(tái)期后，接入CO2控制室內(nèi)的培養(yǎng)體系中.

1.3測(cè)試指標(biāo)及分析方法

1.3.1培養(yǎng)體系中水體理化參數(shù)的測(cè)定溫度、pH值、總氮（TN）、總磷（TP）的測(cè)定方法見文獻(xiàn)［11-12］.取 50mL水樣，經(jīng) 0.2μm濾膜（Omnipore?）過濾后，15mL用于-濃度的測(cè)定（EurVector EA3000）；20mL用于水體中的 DOC濃度的測(cè)定（TOC Torch TELEDYNE TEKMAR）；余下 15mL水樣采用元素分析儀（SKALARSAN++ 荷蘭）測(cè)定溶解性N/P濃度. 1.3.2水華微囊藻數(shù)量測(cè)定取 3mL水樣，將較大懸浮顆粒過濾后，使用基礎(chǔ)流式細(xì)胞儀（CellAnalyzer）計(jì)數(shù)水華微囊藻細(xì)胞數(shù).根據(jù)儀器測(cè)定范圍，適當(dāng)調(diào)整樣品的稀釋倍數(shù).

1.3.3水華微囊藻酯酶活性測(cè)定本試驗(yàn)選用的流式細(xì)胞儀（Flow Cytometry，F(xiàn)CM），按Franklin［13］方法，將PI （Sigma，P-4170）用重蒸餾水稀釋到 100μmol/L，4℃保存.FDA（Sigma，F(xiàn)-7378）用丙酮稀釋到 1mmol/L，-18℃保存.取細(xì)胞密度為1.0×105cells/mL的藻液1mL，300目篩網(wǎng)過濾后，加入適量FDA 染料，25℃暗室溫育.染色時(shí)間為 0～80min，用流式細(xì)胞儀檢測(cè) FDA熒光信號(hào).酯酶活性的單位為nmol FDA/（L·h）.

1.3.4浮游細(xì)菌計(jì)數(shù)取10mL水樣，用終濃度1%（V/V）的戊二醛固定.取 6mL固定的水樣，經(jīng)DAPI（4′-6-diamino-2-phenylindole）染色后（終濃度100 μg/mL），過濾到0.2μm的聚碳酸酯濾膜（Omnipore?）上，避光保存在-20℃，直到在熒光顯微鏡下計(jì)數(shù).每個(gè)樣品計(jì)數(shù) 20個(gè)視野，求平均值后計(jì)算樣品中浮游細(xì)菌的細(xì)胞數(shù)量.采用式（1）計(jì)算樣品中浮游細(xì)菌的數(shù)量：

式中：E為樣品中細(xì)菌總數(shù)，cells/mL； X為各計(jì)數(shù)視野細(xì)菌總數(shù)的平均值，cell； S1為濾膜面積，mm2；S2為顯微鏡油鏡的視野面積，mm2；V為過濾水樣的體積，mL.為避免污染隨后的計(jì)數(shù)，在進(jìn)行下一次分析前要用試劑洗滌全部過濾儀器.

1.3.5浮游細(xì)菌活性的測(cè)定采用試劑盒LIVE/DEAD? BacLight? Bacterial Viability Kit，for microscopy & quantitative assays （life technologies），對(duì)樣品中浮游細(xì)菌的活性進(jìn)行測(cè)定.樣品中，細(xì)胞膜受損已經(jīng)或即將死亡的細(xì)胞會(huì)被染成紅色，而細(xì)胞膜完好的細(xì)胞會(huì)染成綠色.通過熒光分光光度計(jì)（RF-5301PC，日本島津，激發(fā)波長(zhǎng) 470nm，發(fā)射 490～700nm）對(duì)樣品進(jìn)行掃描，計(jì)算各樣品中發(fā)射波長(zhǎng) 510～540nm（EM1，綠色）與 620～650nm（EM2，紅色）的峰值的比率［15-16］，以反映樣品中浮游細(xì)菌的活性.

2　結(jié)果與討論

2.1水體中無機(jī)碳、氮、磷的變化

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)體系內(nèi)水溫波動(dòng)在8°C以內(nèi)，如圖1（a）所示.水體pH值呈現(xiàn)CO2濃度P1（400×10-6）高于 P2（800×10-6）和 P3（1200×10-6）的趨勢(shì)，且實(shí)驗(yàn)期間P2和P3體系中pH值保持相對(duì)穩(wěn)定，而P1條件下的pH值隨藻的生長(zhǎng)出現(xiàn)升高趨勢(shì)，如圖 1（b）.由于藍(lán)藻可以利用水中的作為碳源，如 Johnson等［17］文章中公式（2）所示.這是藍(lán)藻較之于其他藻類的優(yōu)勢(shì)，代謝弱堿成強(qiáng)堿，提升水體pH值.野外觀測(cè)顯示，中午光合作用強(qiáng)烈的時(shí)候，部分藻華水體的 pH值可以達(dá)到10甚至更高.P2和P3條件下的水體中持續(xù)有高濃度CO2補(bǔ)充，在滿足藻類生長(zhǎng)需求的同時(shí)，多余的溶解性CO2轉(zhuǎn)化為-，以及對(duì)pH值起到了較好的緩沖作用.而P1下水華微囊藻大量生長(zhǎng)消耗的 CO2未能通過曝氣過程獲得補(bǔ)充，從而導(dǎo)致體系中pH值升高.

圖1　培養(yǎng)體系中溫度（a）和pH值（b）隨時(shí)間的變化情況Fig.1　The changes of temperature （a） and pH （b） with time in the system

一般情況下，微藻可以直接利用 CO2和，而無法利用形態(tài)碳分子.從圖2（a）中可見，不同CO2條件下HCO3-濃度的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致，實(shí)驗(yàn)開始后均呈下降趨勢(shì)，12d內(nèi)濃度分別下降到初始值的43.4%（P1）、31.3%（P2）、37.9% （P3），從 12d后濃度基本趨于穩(wěn)定.這一結(jié)果指示，盡管實(shí)驗(yàn)期間每天8：00～22：00之間每隔1h對(duì)各個(gè)培養(yǎng)體系曝氣10min，但水體中CO2（g）可能仍無法滿足藻細(xì)胞對(duì)碳源的需求，水華微囊藻大量通過利用獲得無機(jī)碳源成為微囊藻生長(zhǎng)主要碳源，故一直呈下降趨勢(shì).根據(jù)上述結(jié)果，隨著 CO2濃度升高很可能影響水體中的碳濃縮機(jī)制.如圖2（b）所示，800×10-6和1200×10-6下-濃度呈現(xiàn)先略下降，后回升穩(wěn)定，但 400×10-6下，盡管水體pH值升高，但持續(xù)下降.

本實(shí)驗(yàn)過程中并未向培養(yǎng)體系中額外加營養(yǎng)鹽，因此水體中TN和TP沒有發(fā)生明顯的變化，如圖2（c）和（d），而溶解性N，P卻隨藻數(shù)量的增加呈明顯的下降趨勢(shì)如圖 2（e）和（f）.根據(jù) Redfield的假設(shè)，一個(gè)典型藻類的分子式應(yīng)為C106H263O110N16P，換言之臨界的氮磷比按元素計(jì)應(yīng)為16：1［18］.本實(shí)驗(yàn)開始時(shí)培養(yǎng)體系內(nèi)TN/TP以及DIN/DIP都在50左右，表明藻類生長(zhǎng)基本上受到P元素的限制.在實(shí)驗(yàn)開始后，隨著藻類的生長(zhǎng)，可以觀察到DIP的急速下降，第4d時(shí)這一比例就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 150.實(shí)驗(yàn)設(shè)定的情景與我國富營養(yǎng)湖泊大部分受到磷限制的情況是一致的.夏建榮等［19］研究顯示高氮、磷濃度培養(yǎng)下的小新月菱形藻的最大光合作用速率（Vmax）、對(duì) CO2親和力（K0.5（CO2））和光系統(tǒng) II最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）均明顯提高，而低氮濃度導(dǎo)致胞外碳酸酐酶活性喪失.

2.2不同CO2濃度對(duì)水華微囊藻生長(zhǎng)的影響

不同CO2濃度下，水華微囊藻生長(zhǎng)情況如圖3（a）所示.在實(shí)驗(yàn)的前4d CO2濃度對(duì)藻密度的影響差異不明顯，這表明在培養(yǎng)初期CO2濃度尚未構(gòu)成藻細(xì)胞生長(zhǎng)的限制因子.隨后不同CO2濃度下藻密度的差異逐漸明顯，至第16d時(shí)P1條件下的藻細(xì)胞密度達(dá)到最大值9.4×106cells/mL，P2條件下的藻細(xì)胞密度達(dá)最大值 1.1×107cells/mL，P3條件下的藻細(xì)胞密度達(dá)最大值 1.5×107cells/mL.大氣CO2濃度的提高導(dǎo)致相應(yīng)水體表層CO2濃度的增加，藻類利用CO2（gas）作為碳源，可以節(jié)省其吸收利用 HCO3-所要消耗的細(xì)胞能量，藻體可以把更多的能量用于其生長(zhǎng)，導(dǎo)致生長(zhǎng)速率的增加［20］.此結(jié)果與徐軍田等［21］，鄒定輝等［22］提出的CO2濃度升高能促進(jìn)藻類的生長(zhǎng)是一致的.藻類達(dá)到峰值的時(shí)間幾乎沒有受到 CO2濃度的影響，P1、P2和P3達(dá)到峰值的時(shí)間均為第16d.

本研究采用熒光素二乙酸鹽（Fluorescein diacetate，F(xiàn)DA）作為代謝探針，評(píng)估水華微囊藻代謝活性［23-25］.FDA容易被細(xì)胞吸收并被酯酶轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化為熒光素的速率與光合作用和營養(yǎng)生長(zhǎng)所受的限制有關(guān)［26］.如圖3（b），3種不同CO2水平條件下酯酶衰變周期沒有顯著性差異，均為5～7d.而在數(shù)值上每個(gè)衰變周期的峰值卻是P1＞P2＞P3，Sobrino等［27］在海洋的研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，即酯酶活性在高CO2濃度條件下反而較低.酯酶活性反映了細(xì)胞的代謝狀態(tài)，當(dāng)細(xì)胞處于適宜的環(huán)境未受到壓力或干擾時(shí)，其代謝（酯酶）活性保持在穩(wěn)定的狀態(tài).CO2濃度升高對(duì)酯酶活性的影響可能主要來源于酯酶活性與光合作用代謝之間的關(guān)系.有研究估計(jì)細(xì)胞用于CO2濃縮的能量占細(xì)胞能量需要的20%左右［28］. 高CO2濃度下，細(xì)胞可以節(jié)省一部分用于CO2濃縮的能量，而這部分節(jié)約的能量可能是細(xì)胞光合作用以及代謝活性下降的原因.反之，在低CO2條件下，細(xì)胞表現(xiàn)出活躍的CO2濃縮過程，也需要較高的能量付出.

圖3　不同CO2濃度對(duì)水華微囊藻數(shù)量（a）和酯酶活性（b）的影響Fig.3　Effects of CO2concentrations on M. flos-aquae （a）and esterase activity of algal cells （b）

2.3不同CO2水平下浮游細(xì)菌數(shù)量及活性

如圖4（a），在不同CO2濃度水平下，浮游細(xì)菌達(dá)到峰值的時(shí)間是分別是第12d（P1），第14d（P2），第20d（P3），細(xì)菌最高密度分別為2.10× 106cells/mL （P1），1.94×106cells/mL （P2）和 1.70× 106cells/mL （P3）.前7d時(shí)，浮游細(xì)菌的生長(zhǎng)速度是vP3＞vP2＞vP1，細(xì)菌活性是 P3＞P2＞P1，如圖 4（b）.本實(shí)驗(yàn)過程中除了不斷向培養(yǎng)體系中補(bǔ)充 CO2外，未添加任何N、P等營養(yǎng)鹽，所有非CO2物質(zhì)來自于原位湖水及水華微囊藻培養(yǎng)基.這一設(shè)計(jì)的目的是使水華微囊藻在有限的N、P條件下可以達(dá)到一次細(xì)胞濃度的最大值，同時(shí)可以保證藻源性DOC是浮游細(xì)菌唯一可以利用的有機(jī)碳源.隨著CO2濃度的提高，水華微囊藻呈現(xiàn)生物量積累的增加［圖3（a）］藻類活躍生長(zhǎng)過程中向周圍水體釋放DOC，可以為浮游細(xì)菌生長(zhǎng)提供有機(jī)碳源.但培養(yǎng)體系中，溶解性N、P濃度持續(xù)下降，因此細(xì)菌的生長(zhǎng)還受到可利用 N、P營養(yǎng)鹽的限制.隨著藻類和細(xì)菌的旺盛生長(zhǎng)，浮游藻類與異養(yǎng)浮游細(xì)菌可能形成對(duì) N、P等無機(jī)營養(yǎng)鹽的競(jìng)爭(zhēng).盡管浮游藻類給異養(yǎng)浮游細(xì)菌提供了大量的溶解性有機(jī)碳源，但N、P等無機(jī)營養(yǎng)鹽就可能成為浮游細(xì)菌生長(zhǎng)的主要限制因子［29］.實(shí)驗(yàn)后期高濃度CO2下浮游細(xì)菌活性下降得更為明顯.

圖4　不同CO2濃度條件下浮游細(xì)菌數(shù)量（a）和活性（b）隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化Fig.4　The bacterial number （a） and activity （b） under each CO2concentration

2.4不同CO2濃度下浮游藻類與浮游細(xì)菌耦合關(guān)系的變化

異養(yǎng)細(xì)菌和底物驅(qū)動(dòng)的浮游藻類之間的耦合關(guān)系主要是指存在于二者之間的C流動(dòng)，浮游藻類和異養(yǎng)浮游細(xì)菌二者的峰值在時(shí)間順序上的依賴性和重疊程度確定了這種耦合關(guān)系，而所研究的因子對(duì)于峰值相對(duì)量存在直接影響.

CO2濃度的升高促進(jìn)了藻的生長(zhǎng)但卻沒有影響藻達(dá)到峰值的時(shí)間，P1、P2和P3達(dá)到峰值的時(shí)間均為第16d.如圖5所示，15d之前水體中DOC濃度隨CO2濃度的升高而緩慢增加，除P2外，15d后DOC趨于穩(wěn)定.不同CO2濃度條件下DOC濃度出現(xiàn)的峰值卻隨著CO2濃度的升高而延遲，P1、P2和P3條件下DOC濃度出峰時(shí)間分別在第16d、第20d和第24d.較高的水華微囊藻生物量使得水體 DOC維持在高濃度的時(shí)間較長(zhǎng).P1和P3條件下，水華微囊藻數(shù)量與DOC均具有極顯著的線性相關(guān)關(guān)系（P1： R2=0.40，P=0.011，n=14； P3： R2=0.34，P=0.022，n=14），但P2條件下二者不存在顯著的相關(guān)關(guān)系.隨著藻類細(xì)胞數(shù)量的增加，其生長(zhǎng)和分解過程中向水體釋放的 DOC濃度增加.

圖5　不同CO2濃度下水體中DOC隨時(shí)間的變化Fig.5　The dynamics of DOC under each CO2concentrations

在不同CO2濃度水平下，浮游細(xì)菌達(dá)到峰值的時(shí)間是P1＜P2＜P3，分別在第12d、第14d和第20d.這與DOC變化趨于一致，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)體系中沒有外源有機(jī)碳，主要的 DOC源是來自藻類光合作用釋放的物質(zhì)，是含碳物質(zhì)，如碳水化合物、氨基酸、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸以及維生素等的混合［30］.但是，顯著性檢驗(yàn)顯示3種CO2濃度條件下，細(xì)菌數(shù)量與DOC濃度之間不存在顯著相關(guān)關(guān)系.細(xì)菌對(duì)于 DOC的利用主要基于生理需求，但也受到環(huán)境因子，如溫度、溶解氧和營養(yǎng)鹽濃度的影響［31-33］.培養(yǎng)體系中，溶解性N、P濃度持續(xù)下降，因此細(xì)菌的生長(zhǎng)可能主要受到可利用 N、P營養(yǎng)鹽的限制［34］.一方面，細(xì)菌等將水體中顆粒有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳進(jìn)一步礦化為營養(yǎng)鹽供浮游藻類利用的同時(shí)，又可吸收 DOC合成自身成分；另一方面，細(xì)菌可以通過參與生物競(jìng)爭(zhēng)、分泌特殊物質(zhì)等途徑抑制浮游藻類的細(xì)胞生長(zhǎng)，甚至裂解其細(xì)胞.所以說藻和細(xì)菌之間是相互依存相互影響的.

3　結(jié)論

3.1CO2濃度升高導(dǎo)致水華微囊藻數(shù)量的增加和酯酶活性的降低，但并未改變其達(dá)到最大生物量峰值的時(shí)間以及酯酶活性的衰變周期.

3.2高 CO2濃度條件下，浮游細(xì)菌峰值細(xì)胞數(shù)量最低而且達(dá)到最大峰值時(shí)間的延遲，但高 CO2濃度下浮游細(xì)菌的活性較高.

3.3浮游藻類和浮游細(xì)菌動(dòng)態(tài)變化的耦合關(guān)系表現(xiàn)為：高 CO2濃度條件下，水華微囊藻呈現(xiàn)高生物量和低活性的狀態(tài)，而浮游細(xì)菌呈現(xiàn)低生物量和高活性的狀態(tài)，且二者細(xì)胞數(shù)量峰值時(shí)間間隔擴(kuò)大.因此 CO2濃度升高可能引起浮游藻類累積的生物量無法通過浮游細(xì)菌的分解獲得快速轉(zhuǎn)化.

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致謝：本實(shí)驗(yàn)的采集水樣工作得到南京信息工程大學(xué)楊偉宗、葛鑫、魏英、祝勝男等的幫助，指標(biāo)測(cè)試得到南京地理與湖泊研究所劉一蘭、龔伊等協(xié)助，在此表示感謝.

Effects of elevated CO2concentration on the coupling relationship between planktonic algae-planktonic bacteria.

CHEN Shu1，2，GUO Zhao-bing1，F(xiàn)ANG Hua1，LI Xun3，XING Peng2*（1.Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China；2.State Key Laboratory of Lake Science and Environment，Nanjing institute of Geography and Limnology Chinese Academy of Sciences，Nanjing 210008，China；3.Institute of Soil Science Chinese Academy of Sciences，Nanjing 210008，China）.

China Environmental Science，2015，35（7）：2209～2216

CO2fixation by planktonic algae and subsequent assimilation of algae-derived organics by planktonic bacteria，and the coupling relationship between them were studied at elevated CO2levels. The elevated CO2levels were achieved in three sets of mesocoms，each having a volume faction of 400×10-6（P1），800×10-6（P2），and 1200×10-6（P3），respectively. Results showed that elevated CO2supplies promoted algal growth，leading to biomass of 9.4×106cells/mL，1.1×107cells/mL，and 1.5×107cells/mL at P1，P2，and P3 levels. Algal esterase activity was also reduced at these CO2levels，but the time to reach peak biomass was not affected. For planktonic bacteria in the same mesocoms，they reached peak biomass on day 12 （P1），14 （P2），and 20 （P3），leading to cell density of 2.10×106cells/mL （P1），1.94×106cells/mL （P2），and 1.70×106cells/mL （P3）. In the first seven days，the growth rate of planktonic bacteria correlated with increasing CO2levels： vP3＞vP2＞vP1，as was the bacterial activity. At elevated CO2levels，algae showed high biomass with low metabolic activity，while bacterial showed relative low biomass with high metabolic activity； this contrast reflected differences in the response mechanism of algae and bacteria to changes in CO2levels. Therefore，the high biomass resulting from elevated CO2under global change may not effectively transform into bacterial biomass.

CO2；phytoplankton；bacterioplankton；coupling relationship；lake；global change

X17

A

1000-6923（2015）07-2209-08

2015-12-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31370508）；太湖“湖泛”與水華災(zāi)害應(yīng)急處置技術(shù)研究及工程示范（2012ZX07101-010）；湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金（2012SKL005）；中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所135規(guī)劃前沿交叉項(xiàng)目（NIGLAS2012135011）

* 責(zé)任作者，副研究員，pxing@nigalas.ac.cn

陳姝（1989-）女，江蘇淮安人，碩士，主要從事水污染控制與工程研究.