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 來源：Marine Biology (2024) 171:204

摘要核心內容

論文通過微傳感器（溫度、O?）、反射光譜和葉綠素熒光測量，研究了潮間帶底棲硅藻生物膜的輻射能量收支（REB）。實驗對比了自然遷移組（Control）與運動抑制組（Latrunculin A處理）在不同暴露時間（1 h、3 h、5 h）和光照強度（400/800 μmol photons m?2 s?1）下的能量分配。結果表明：

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

垂直遷移對光合作用和光能利用效率無顯著影響，也未觀察到非光化學淬滅（NPQ）對熱能通量的明顯調控。

研究目的

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

研究思路

1. 樣本與處理：

采集法國Bourgneuf Bay潮間帶硅藻生物膜沉積物核心。

設置對照組（Control）和運動抑制組（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）測量數據。

2. 多技術聯用：

微傳感器：測量O?剖面（光合活性）和溫度剖面（熱通量）。

反射光譜：監(jiān)測表面生物量變化（R570/R635指數）。

葉綠素熒光：分析光系統II效率（Fq/Fm'）和NPQ（△α）。

3. 能量預算計算：

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：光譜數據

測量數據及其研究意義

1. 氧氣剖面（圖S2, S3, S4）

數據：O?濃度與滲透深度，反映光合活性時空變化。

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

圖3：硅藻垂直遷移動態(tài)（R570/R635指數）

圖4：光合作用速率剖面

1.溫度剖面（圖6, 表1）

數據：沉積物溫度梯度（dT/dz），計算向上（JH-up）和向下（JH-down）熱通量。

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

1. 反射光譜（圖2, 3）

數據：R570/R635指數變化，表征表面生物量動態(tài)。

意義：證實硅藻在LT時上遷（指數↑20–30%），Lat-A抑制下遷運動（圖3）。

1. 葉綠素熒光（圖8）

數據：Fq/Fm'（光系統II效率）和△α（NPQ代理參數）。

意義：高光下Lat-A組光抑制更顯著（Fq/Fm'↓18.4%），但NPQ與熱能通量無強關聯。

結論

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%），表明運動有光保護作用。

2. 能量分配模式：

反射光能恒定（~23%），光合轉化效率低（0.5–1.2%），熱能主導（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（r=0.55, E400），但遷移和NPQ對REB的調控不顯著。

圖5：輻射能量預算（REB）分配

丹麥Unisense電極數據的科研意義

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

1. 高分辨率O?剖面（100 μm步長，圖S2–S4）：

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

圖6：溫度剖面與熱通量

2. 溫度梯度結合光能計算（圖6）：

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

3. 技術優(yōu)勢：

微尺度解析（<1 mm）生物膜物理-生理耦合過程，為REB模型提供實證基礎，彌補傳統方法無法捕捉遷移微動態(tài)的缺陷。