近年来,随着海洋经济的快速发展,沿海地区的赤潮灾害日益突出,给海洋环境带来许多不利影响。:基于现状,为了有效地预防和治理赤潮,本研究在实验室培养赤潮藻类,首次尝试模拟赤潮发生时无机碳源限制的生长环境,进一步探究赤潮发生的机理。本研究以赤潮藻新月菱形藻(Nitzschia closterium)、纤细角毛藻(Chaetoceros gracilis)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)和赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)作为实验藻种,其中硅藻3种、甲藻1种和着色鞭毛藻1种。实验在无机碳源充足(开放培养)与限制(密闭培养)的环境下分别培养赤潮藻种,CO2是本研究赤潮藻利用的唯一碳源。实验同时又设置正常组、缺氮组和缺磷组3组营养条件进行赤潮藻培养。本研究测定赤潮藻的细胞数量、叶绿素浓度、碳、氮稳定同位素组成、脂肪酸含量组成以及单分子脂肪酸碳稳定同位素组成,并对赤潮藻培养液的5种营养盐浓度、碳酸盐体系浓度、pH及盐度等指标进行测定,探究无机碳源及营养条件对赤潮藻生长状况的影响。相同营养条件培养下,开放培养新月菱形藻、塔玛亚历山大藻和赤潮异弯藻的细胞数量高于密闭培养的细胞数量,同时缺氮组的细胞数量是3组实验组中最低的。密闭培养赤潮藻培养液的pH明显高于开放培养的培养液pH,并且密闭培养的培养液pH变化程度可以达到2个pH单位以上,其变化程度远远大于开放培养的培养液pH变化程度。说明随着培养时间的延长,赤潮藻周围可利用的无机碳浓度逐渐下降,CO32-浓度逐渐上升,尤其是密闭培养,导致培养液pH急剧上升。密闭培养的新月菱形藻、塔玛亚历山大藻和赤潮异弯藻的叶绿素a和叶绿素c浓度低于开放培养赤潮藻的叶绿素浓度,并且缺氮组的赤潮藻叶绿素a和叶绿素c浓度最低。由于无机碳源是光合作用的重要原料,氮元素是构成叶绿素分子基本元素之一,叶绿素浓度降低说明无机碳源和氮源的缺乏明显影响了叶绿素的合成。密闭培养新月菱形藻、塔玛亚历山大藻和赤潮异弯藻的δ13C值明显高于开放培养3种赤潮藻的δ13C值。说明随着培养时间的延长,赤潮藻周围可利用的无机碳浓度逐渐下降,赤潮藻对13C的吸收增加,δ13C值逐渐升高。新月菱形藻、纤细角毛藻、中肋骨条藻和赤潮异弯藻的δ15N值随着时间逐渐升高,并且缺氮组的δ15N值明显高于正常组和缺磷组的δ15N值。说明氮元素的缺乏迫使赤潮藻增加对15N的吸收,造成δ15N值逐渐升高。本研究新月菱形藻、纤细角毛藻和中肋骨条藻检测出的主要脂肪酸有脂肪酸16:0、16:1n-7、20:5n-3和22:6n-3。塔玛亚历山大藻检测出的主要脂肪酸有脂肪酸16:0、18:1n-9和22:6n-3。赤潮异弯藻检测出的主要脂肪酸有脂肪酸12:0、16:0、16:1n-7和22:6n-3。相同营养条件下,开放培养和密闭培养的赤潮藻脂肪酸组成不同。开放培养新月菱形藻脂肪酸δ13CFAs值于第4天附近出现峰值;开放培养塔玛亚历山大藻脂肪酸δ13CFAs值于第6天附近出现最低值。密闭培养新月菱形藻、纤细角毛藻和赤潮异弯藻脂肪酸δ13CFAs值在指数生长期急剧抬升,δ13CFAs值出现峰值。密闭培养塔玛亚历山大藻脂肪酸δ13CFAs值出现最低值,这可能与塔玛亚历山大藻含有酶的类型不同有关。密闭培养新月菱形藻、塔玛亚历山大藻和赤潮异弯藻的脂肪酸δ13CFAs值明显高于开放培养的脂肪酸δ13CFAs值。说明碳源限制时,赤潮藻细胞周围环境中可利用的无机碳源较少,藻细胞对13C的吸收逐渐增加,并参与到脂肪酸的合成过程中。本研究的创新性成果:(1)无机碳源限制环境培养的赤潮藻种的全样δ13C以及δ13CFAs值相对于无机碳源充足培养的更偏正,并且δ13C以及δ13CFAs值在指数生长期急剧升高,并出现峰值。(2)赤潮藻脂肪酸△13CFAs值比全样△13C值的变化程度更明显、更灵敏,脂肪酸δ13CFAs对无机碳源的响应更敏感、更迅速。赤潮藻脂肪酸δ13CFAs值迅速升高预示着周围环境水体中可利用的无机碳源浓度下降,赤潮藻密度增加,有爆发赤潮的可能。(3)赤潮藻脂肪酸δ13CFAs峰值的出现时间可能会早于细胞数量峰值出现时间,以此时间差可以对赤潮的发生进行预测。