磷限制下适度紫外线辐射促进束毛藻固氮并抑制光合作用的新机制

《Limnology and Oceanography》：Moderate exposure to ultraviolet radiation under phosphate limitation increases Trichodesmium nitrogen fixation and suppresses photosynthesis

本研究针对磷限制环境对束毛藻(Trichodesmium)紫外耐受性的影响机制，发现适度紫外线辐射（UVA 4-12 W m?2，UVB 0.5-1 W m?2）可显著提升P限制条件下固氮效率（N2固定/O2演化比提高41-245%），而高辐射（PAR 1500 μmol m?2 s?1）会导致细胞死亡。该发现为解释热带海洋表层束毛藻水华形成提供新视角。

　　

在磷酸盐（P）充足条件下对紫外线（UV）敏感的固氮蓝细菌——束毛藻（Trichodesmium），其磷限制环境下的生理响应机制尚不明确。最新研究表明：在低磷（0.5 μM）条件下，周期性接受中低强度紫外线（UVA 4–12 W m^?2，UVB 0.5–1 W m^?2）照射可使束毛藻生长提升约31%，固氮速率（N₂ fixation）激增75-175%。与单纯低光光合有效辐射（PAR，150 μmol photons m^?2 s^?1）相比，含紫外线的中低辐射使固氮效率（单位产氧量的固氮量）提升41-245%。随着磷限制细胞光合放氧量和量子产额被抑制，颗粒有机氮标准化固氮速率最高增强173%。然而高强度太阳辐射（PAR 1500 μmol m^?2 s^?1，UVA 32 W m^?2，UVB 2 W m^?2）不仅使磷充足（5 μM）细胞固氮速率下降88%，更导致磷限制培养物在两周内快速死亡。这些发现揭示除正午外的大部分日照时段，紫外线辐射对束毛藻具有积极作用，尤其磷限制环境下，这为解释热带海洋表层束毛藻水华频发现象提供了机制依据。