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海洋微藻DMS与DMSP释放机制及环境响应研究

一、引言

1.1研究背景与意义

海洋作为地球上最大的生态系统，蕴含着丰富的生物资源，其中海洋微藻是海洋生态系统中的重要初级生产者。海洋微藻不仅在海洋食物链的基础构建中发挥着关键作用，还对全球生物地球化学循环有着深远影响。二甲基硫（DMS）和二甲巯基丙酸内盐（DMSP）作为海洋微藻产生的重要代谢产物，在全球硫循环以及气候变化过程中占据着举足轻重的地位。

DMS是海洋中排放量最大的挥发性硫化物，它在表层海水中呈过饱和状态，并不断向大气中扩散，对全球硫循环贡献显著。据估计，全球每年约有15-33TgS以DMS的形式由海洋释放到大气中，占大气DMS来源的90%以上，约占全球每年硫释放总量的15%和天然硫排放总量的60%。在大气中，DMS会被迅速氧化，生成二氧化硫（SO?）和甲磺酸（MSA）等物质，这些氧化产物进一步反应形成硫酸盐气溶胶。硫酸盐气溶胶能够增加云凝结核（CCN）的数量，提高云层对光照的反射率，进而使全球热量收入减少，对二氧化碳等温室气体引起的温室效应起到一定的减缓、抵消作用。有研究估算，如果DMS海-气通量变化一倍，全球的平均温度将会变化几度。此外，DMS在大气中的氧化产物大多具有较强的酸性，这对天然沉降物的酸度产生重要影响，在酸雨、酸雾等现象的形成过程中扮演着重要角色。

DMSP则是DMS的重要前体物质，广泛存在于海洋浮游植物细胞内。海洋中的微生物及藻类通过裂解DMSP产生DMS，溢出到大气后的DMS经光氧化反应形成硫氧化物颗粒，这些颗粒可作为云凝结核促进云的形成，减弱太阳光辐射至地表的强度，起到“冷室气体”的效果，对全球气候变暖产生负调控作用。并且，这些硫氧化物会进一步通过大气环流、降水等物理过程从大气转移至陆地，然后通过河流返回海洋，从而实现海洋、大气和陆地之间硫元素的循环流转。由此可见，DMSP和DMS在全球硫循环和气候变化中发挥着至关重要的作用。

然而，目前关于海洋微藻释放DMS和DMSP的机制尚未完全明晰，不同环境因素对其释放过程的影响也有待深入探究。研究海洋微藻释放DMS和DMSP的机制及环境响应，有助于我们深入理解海洋生态系统中硫的生物地球化学循环过程，准确评估海洋在全球硫循环中的作用；同时，对于预测气候变化趋势、制定应对气候变化的策略具有重要的科学意义，也能为海洋生态环境保护和管理提供科学依据，具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

国内外学者围绕海洋微藻释放DMS和DMSP开展了大量研究。在DMS和DMSP的生产方面，已明确海洋微藻是其重要来源，不同藻种的生产能力存在显著差异。如海洋原甲藻细胞外的DMSP浓度显著高于三角褐指藻和球等鞭金藻，单位生物量内，海洋原甲藻DMSPp含量分别比三角褐指藻高出3个数量级，比球等鞭金藻8701也高出2个数量级。球形棕囊藻的溶解态（DMSPd）产率是尖刺拟菱形藻、小新月菱形藻和塔玛亚历山大藻的2-3倍，颗粒态DMSP（DMSPp）峰值是其他三种微藻的6-7倍。

在环境因素对DMS和DMSP生产的影响研究中，发现营养盐、盐度、温度等多种因素均有作用。营养盐方面，氮限制和磷限制对球形棕囊藻生长影响较大，最适宜生长条件在富磷时N/P比为50:1，且不同微藻对氮、磷营养盐的响应不同，高硝酸盐浓度抑制海洋原甲藻和三角褐指藻DMSPp的产生，但球等鞭金藻8701的DMSPp生产却不受硝酸盐浓度的影响；高浓度硝酸盐的培养液能够促进小普林藻DMSP的合成，但会抑制旋链角毛藻和亚心形扁藻DMS的释放。盐度方面，高盐环境能够增强三角褐指藻和海洋原甲藻细胞内DMSP的生产，并促进培养液中DMS生产，而低盐度则明显降低这两种微藻生产DMS的能力，不过盐度对球等鞭金藻8701细胞内外DMSP产量和DMS生产无明显影响；高盐度（32psu）明显促进亚心形扁藻和小普林藻DMSP的生产，但对旋链角毛藻DMSP的生产并无影响，且过高或过低的盐度均会促使旋链角毛藻DMS产量的减少。

在DMS和DMSP的分析方法上，已发展出多种技术，包括萃取预浓缩技术、冷阱预浓缩技术、同位素稀释气象色谱-质谱技术、顶空分析法以及吸附预浓缩技术等。基于水体中二甲基硫（DMS）的固相微萃取-气相色谱-质谱联用分析方法，建立了海洋微藻培养液中DMS、溶解态二甲基硫丙酸（DMSPd）和颗粒态二甲基硫丙酸（DMSPp）的同步测定方法。

尽管取得了上述进展，但当前研究仍存在不足和空白。在释放机制方面，虽然知道DMSP在DMSP