Radiative energy budgets of migrational microphytobenthic biofilms

遷徙性微藻底棲生物膜的輻射能收支情況 來(lái)源：Marine Biology (2024) 171:204

 

摘要核心內(nèi)容

論文通過(guò)微傳感器（溫度、O?）、反射光譜和葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量，研究了潮間帶底棲硅藻生物膜的輻射能量收支（REB）。實(shí)驗(yàn)對(duì)比了自然遷移組（Control）與運(yùn)動(dòng)抑制組（Latrunculin A處理）在不同暴露時(shí)間（1 h、3 h、5 h）和光照強(qiáng)度（400/800 μmol photons m?2 s?1）下的能量分配。結(jié)果表明：

反射光能恒定（~23%入射光），大部分光能（76–78%）以熱能耗散，光合轉(zhuǎn)化效率僅占0.5–1.2%。

垂直遷移對(duì)光合作用和光能利用效率無(wú)顯著影響，也未觀察到非光化學(xué)淬滅（NPQ）對(duì)熱能通量的明顯調(diào)控。

 

研究目的

探究硅藻垂直遷移行為對(duì)微藻生物膜輻射能量收支（REB）的影響，明確其在光適應(yīng)和能量分配中的作用。

研究思路

1. 樣本與處理：

采集法國(guó)Bourgneuf Bay潮間帶硅藻生物膜沉積物核心。

設(shè)置對(duì)照組（Control）和運(yùn)動(dòng)抑制組（Lat-A處理），在模擬潮汐暴露期（6 h）施加兩種光照（400/800 μmol photons m?2 s?1）。

在暴露期1 h（BLT）、3 h（LT）、5 h（ALT）測(cè)量數(shù)據(jù)。

2. 多技術(shù)聯(lián)用：

微傳感器：測(cè)量O?剖面（光合活性）和溫度剖面（熱通量）。

反射光譜：監(jiān)測(cè)表面生物量變化（R570/R635指數(shù)）。

葉綠素?zé)晒?/b>：分析光系統(tǒng)II效率（Fq/Fm'）和NPQ（△α）。

3. 能量預(yù)算計(jì)算：

量化入射光能（JIN）、反射光能（R）、吸收光能（JABS）、光合固能（JPS）和熱耗散通量（JH-up/JH-down）。

 

圖2：光譜數(shù)據(jù)

測(cè)量數(shù)據(jù)及其研究意義

1. 氧氣剖面（圖S2, S3, S4） 

數(shù)據(jù)：O?濃度與滲透深度，反映光合活性時(shí)空變化。

意義：揭示硅藻遷移對(duì)光合層的影響（LT時(shí)O?峰值最高），Lat-A抑制遷移后光合層加深（圖4）。

 

 

圖3：硅藻垂直遷移動(dòng)態(tài)（R570/R635指數(shù)）

 

 

圖4：光合作用速率剖面

 

1.溫度剖面（圖6, 表1） 

 

數(shù)據(jù)：沉積物溫度梯度（dT/dz），計(jì)算向上（JH-up）和向下（JH-down）熱通量。

意義：表明熱能主要向下耗散（>59%），且與沉積物導(dǎo)熱性相關(guān)（非NPQ主導(dǎo)）。

1. 反射光譜（圖2, 3） 

數(shù)據(jù)：R570/R635指數(shù)變化，表征表面生物量動(dòng)態(tài)。

意義：證實(shí)硅藻在LT時(shí)上遷（指數(shù)↑20–30%），Lat-A抑制下遷運(yùn)動(dòng)（圖3）。

 

1. 葉綠素?zé)晒猓▓D8） 

數(shù)據(jù)：Fq/Fm'（光系統(tǒng)II效率）和△α（NPQ代理參數(shù)）。

意義：高光下Lat-A組光抑制更顯著（Fq/Fm'↓18.4%），但NPQ與熱能通量無(wú)強(qiáng)關(guān)聯(lián)。

 

 

結(jié)論

1. 遷移行為的影響：

垂直遷移未顯著改變REB分配（p>0.05），但Lat-A處理降低光能利用效率（16–39%），表明運(yùn)動(dòng)有光保護(hù)作用。

2. 能量分配模式：

反射光能恒定（~23%），光合轉(zhuǎn)化效率低（0.5–1.2%），熱能主導(dǎo)（76–78%），且主要向下耗散（JH-down >59%）。

3. NPQ的作用：

△α與向下熱通量弱相關(guān)（r=0.55, E400），但遷移和NPQ對(duì)REB的調(diào)控不顯著。

 

圖5：輻射能量預(yù)算（REB）分配

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的科研意義

論文使用Unisense微電極（OXR50-OI氧傳感器 + TPR430-SUB溫度傳感器）測(cè)量：

1. 高分辨率O?剖面（100 μm步長(zhǎng)，圖S2–S4）：

意義：直接量化光合活性層動(dòng)態(tài)，揭示硅藻遷移如何優(yōu)化光捕獲（LT時(shí)O?峰值升至600 μmol L?1）。Lat-A抑制遷移后，光合層加深（圖4），證明運(yùn)動(dòng)影響光合位點(diǎn)選擇。

 

圖6：溫度剖面與熱通量

 

2. 溫度梯度結(jié)合光能計(jì)算（圖6）：

意義：通過(guò)傅里葉定律（JH-up = k·dT/dz）精確計(jì)算熱通量，明確沉積物導(dǎo)熱性主導(dǎo)熱能向下傳遞（>59%），而非生物性NPQ機(jī)制。

3. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

微尺度解析（<1 mm）生物膜物理-生理耦合過(guò)程，為REB模型提供實(shí)證基礎(chǔ)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法無(wú)法捕捉遷移微動(dòng)態(tài)的缺陷。