海洋初級生產者浮游植物在海洋和全球碳循環中扮演著舉足輕重的角色，調節著全球氣候。氮是浮游植物生長所必需的元素，其缺乏限制了全球面積一半以上海區的初級生產力。束毛藻是海洋生態系統中“新氮”的重要來源之一，可貢獻高達50%的全球海洋總固氮量，對海洋初級生產力以及碳、氮生物地球化學循環起著至關重要的影響。本論文研究了在束毛藻克隆體在不同的二氧分壓環境下的，其周圍分布環境的氧濃度分布、pH情況以及氮含量的變化。研究表明在高的二氧化碳分壓環境中導致的海水酸化顯著促進了束毛藻生長和固氮。

微電極的應用

應用了unisense氧微電極和pH微電極，所使用的氧微電極尖端直徑都為10微米、PH電極的尖端直徑都為100微米，所使用的電極都經過了兩點矯正法獲取了相應的標準曲線，其中的氧氣濃度以及pH是在定制通入的流動海水的系統中，結合解剖顯微鏡測試束毛藻周圍環境剖面的氧氣濃度以及pH值，流動系統中海水中一直鼓有二氧化碳氣體來獲得不同的二氧化碳分壓。

實驗結果

微米級的束毛藻克隆體周圍區域的的氧濃度梯度和pH值的分布情況說明，當束毛藻在光照環境和無光照環境下，束毛藻周圍的氧氣濃度和pH值的變化范圍較大，由于貧營養環境區域內能夠提供穩定的環境束毛藻克隆體為其本身已經其他相關的有機體提供了生理代謝上的靈活性，導致了單細胞態的束毛藻體內的C、N的分布廣泛的差異性。

圖1、圖a,b分別表示的是束毛藻屬克隆體在有光和無光環境下的氧濃度剖面以及pH剖面分析圖。圖c表示的是在光照條件下，束毛藻表面的氧濃度，虛線表示的是水體環境中的氧氣濃度。圖d表示的是束毛藻克隆體在一天的不同時間段，光照環境下（空心圓點）、無光照環境（實心圓點）時氧氣濃度剖面圖。從圖A中可以看出，在無光照的環境下，體系的氧濃度是隨著垂直剖面的深度的增加先減小后變大，而在有光照的環境下，體系的氧濃度表現為相反的現象。pH的趨勢和氧濃度趨勢基本相同。

圖2、在不同二氧化碳分壓環境的水體環境中束毛藻克隆體周圍在光照環境和無光照環境下的溶氧濃度和pH值的變化情況。其中圖a表示的是pH值和質子氫的濃度分布情況。圖b表示的是氧濃度的分布情況。圖c表示的是是束毛藻克隆體中心區域的氧濃度分布情況。從圖中可以看出，在常規環境的二氧化碳分壓下，束毛藻在光照條件下克隆體周圍的pH濃度大約為8-8.5，而在無光照條件下，其pH下降至7.5-8.0之間。二氧化碳分壓濃度值較高時，束毛藻環境周圍的pH在光照條件下的pH值較大，大約為7.6-8.3之間，而在無光照環境條件下，其pH降至7.2-7.6之間。

圖3、使用LG-SIMS(正方形點，二次離子質譜分析儀)和Nano-SIMS（圓形，納米離子探針型離子質譜分析儀）對束毛藻單體以及其伴生細菌體內的13C和15N跟蹤標記圖。不同顏色的點代表的是所取的不同束毛藻單體以及在不同的二氧化碳分壓環境下的使用SIMS分析的C以及N的豐度含量分析。

總結

海洋酸化將怎樣影響束毛藻的固氮作用，其碳、氮生物地球化學效應和氣候效應如何，是國際海洋全球變化研究的熱點和焦點。本論文研究了束毛藻在不同的二氧化碳分壓下，其束毛藻附近的氧濃度變化及pH和束毛藻中固氮的效果影響。高分壓的二氧化碳導致海水的酸化，從而促進束毛藻固氮作用的。論文研究過程中使用了unisense氧氣微電極和pH微電極結合解剖顯微鏡測試了束毛藻周圍環境的氧氣濃度剖面分析及pH變化，這說明unisense微電極系統在研究海洋微藻生物領域存在著非常廣的應用前景。