近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室高坤山教授团队在海洋酸化生态效应研究方面取得新突破，相关成果以“Divergent responses of the diatom Thalassiosira weissflogii to ocean acidification during light and dark periods”为题，发表于国际海洋科学期刊Limnology and Oceanography Letters。
该研究聚焦全球海洋酸化背景下硅藻的昼夜生理响应差异，首次证实海洋酸化对威氏海链藻生长具有“昼促夜抑”的反向调控效应，为解释酸化对硅藻生长的影响存在差异化提供了生理与分子学关键证据，为深入理解海洋酸化的生态效应提供了全新视角。
研究背景
人类活动排放的CO₂持续被海洋吸收，导致海水pH不断下降，即海洋酸化。据预测，到本世纪末，表层海水pCO2在高排放情景下升高至800-1000 μatm的情景下，pH值将下降0.3–0.4个单位（氢离子浓度将增加100%–150%）。这一化学环境的变化将如何影响硅藻等海洋初级生产者，已成为海洋科学领域关注的重要问题。
硅藻贡献了约40%的海洋初级生产力。海洋酸化对硅藻影响的相关研究结果并不一致：1）CO₂的“施肥效应”可促进其生长；2）酸化胁迫可抑制其活性；3）未观察到显著影响。这些研究结果虽增进了对酸化效应的认识，并揭示了部分影响机制，但多数研究忽略了昼夜尺度上海洋酸化的影响，因此，厘清该影响是客观评估其真实生态后果的重要前提。
研究结果
海洋酸化对硅藻生长“昼促夜抑”，昼夜综合无显著影响
研究团队以海洋中广泛分布的硅藻威氏海链藻为研究对象，设置当前pCO₂浓度（410 μatm）与本世纪末高CO₂浓度（1000 μatm）两组处理，光暗周期为12h:12h（光强220 μmol photons m-2 s-1），经15代适应后，精准测定了其光照期与黑暗期的比生长速率。结果显示：高CO₂（酸化）在光照期使硅藻生长速率提升约10%（细胞数与质量均增加）；在黑暗期使其细胞分裂速率下降约14%；而24小时综合效应表现为“酸化无显著影响”（图1）。
图1 海洋酸化对威氏海链藻光暗周期比生长速率（HC：1000，AC：410 μatm）的影响；图中右上方小图为日比生长速率。注：暗期只有呼吸丢碳，无光合驱动的同化作用，比生长速率用μ‘表示。
机制解析：光照在硅藻响应酸化中发挥关键调控作用
转录组与生理学分析进一步揭示了上述酸化昼夜差异效应的核心机制。光照期，威氏海链藻下调CO₂浓缩机制（CCMs）相关基因，将节省的能量用于上调光反应、卡尔文循环与H⁺泵基因，高效固碳并抵御pH下降，促进生长（图2）。黑暗期，细胞呼吸释放的CO₂叠加酸化，加剧了细胞周围微环境的酸化胁迫；H⁺泵与卡尔文循环相关基因下调，无法有效维持胞内酸碱平衡，导致呼吸碳损失增加、能耗提升，使得细胞分裂受抑，生长速率下降（图2、图3）。
图2 威氏海链藻关键代谢通路在光暗周期对海洋酸化的响应。L代表光周期，D代表暗周期；红色代表上调，蓝色代表下调。
图3 海洋酸化，昼夜间，对威氏海链藻线粒体呼吸速率(A)、净光合速率(B)以及海水碳酸盐系统参数(C, D)影响
团队进一步实验验证发现，该“昼促夜抑”规律在35–220 μmol photons m⁻² s⁻¹的不同光强水平下均得到验证。低光强下，酸化对硅藻的日间促进作用更为突出；高光强下，日间促进与夜间抑制相互抵消，总效应保持中性。
研究意义及展望
本研究突破了以往海洋酸化对浮游植物影响研究未区分昼夜的局限，首次明确揭示：适应酸化环境的硅藻，其细胞分裂速率在光照期被促进、在黑暗期被抑制。这一昼夜反向响应模式，或许正是以往研究结果不一致的关键原因。
本研究不仅完善了海洋酸化的生态效应理论，也为预测硅藻生长与碳汇功能提供了“时间标尺”，可为更深入理解全球变化背景下海洋初级生产力的演变提供科学依据。未来研究可拓展至更多浮游植物类群，以检验本研究结论是否具有跨物种普适性。
研究团队及资助
该论文第一作者为厦门大学高光教授和2021届博士研究生屈利铭，通讯作者为厦门大学高坤山教授，其他作者还包括2024级博士研究生葛荆轲。该研究获得国家自然科学基金项目（42361144840 to GKS，42576209 to GG）、河南省自然科学基金（252300420829 to QLM）等项目的联合资助。
论文来源及链接
Gao, G., Qu, L., Ge, J., and Gao, K. (2026). Divergent responses of the diatom Thalassiosira weissflogii to ocean acidification during light and dark periods. Limnology and Oceanography Letters, 11(3), e70128.
https://doi.org/10.1002/lol2.70128
供稿 | 高坤山教授团队
编辑 | 房月 苏颖
排版 | 陈蕾
审核 | 郑越 曹知勉
