氧通量、呼吸作用和光合作用參數(shù)的計(jì)算

在不同光強(qiáng)下進(jìn)行氧氣剖面和總光合作用測量。根據(jù)Kühl等人描述的程序，從穩(wěn)態(tài)氧氣剖面確定通量和呼吸速率，并以面積速率表示氧氣生產(chǎn)速率和呼吸速率。

通過積分垂直總光合作用剖面深度來計(jì)算總光合作用的面積速率，然后用微生物巖的孔隙度進(jìn)行校正，假設(shè)孔隙度等于0.90。該值通常在藍(lán)藻生物膜的最頂部幾毫米中觀察到。

生物膜凈生產(chǎn)力（NP）相當(dāng)于微生物巖表面-水界面處氧氣向水柱的通量，其計(jì)算基于該界面擴(kuò)散邊界層中的氧濃度梯度：NP ? D0 dC dz； e1T 其中dC/dz表示微生物巖表面以上擴(kuò)散邊界層中的氧濃度梯度，D0為水中氧氣的擴(kuò)散系數(shù)。D0根據(jù)Brocket和Peng的計(jì)算結(jié)果，取值為2.42×10?? cm?2 s?1。從光合帶向下通向微生物巖無光區(qū)（Japhot）的氧氣通量，依據(jù)菲克第一擴(kuò)散定律計(jì)算：Japhot ? /Ds dC dz e2T 其中dC/dz表示光合帶正下方的氧濃度梯度，Ds為微生物巖中氧氣的擴(kuò)散系數(shù)。由于精確測定Ds存在困難，我們采用Ulmman和Aller的公式（Ds = /2·D0），得出的Ds值為1.96×10?? cm?2 s?1，與已知藍(lán)藻生物膜的Ds系數(shù)相當(dāng)。光合帶深度通過深度總光合速率剖面確定。光合帶凈生產(chǎn)力（Pn）：Pn ? j/jNP t 光合帶呼吸（Rphot）：Rphot ? AGP e4T 與微生物巖呼吸（Rdark）：Rdark ? D0dCdz e5T 其中dC/dz表示微生物巖上方擴(kuò)散邊界層在長時(shí)間黑暗暴露后的穩(wěn)態(tài)氧濃度梯度。

光合作用與輻照度曲線（P vs I曲線）根據(jù)Jasby和Platt模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。當(dāng)發(fā)生光抑制時(shí)，采用Platt等人的模型。根據(jù)Sakshaug等人的命名法和定義，從擬合的P vs I曲線中獲取光合作用參數(shù)如下：Pmax為最大光合面積速率（lmol O2 m）2 s）1；將該值除以微生物巖4毫米表層的葉綠素a面積含量，得到最大光合速率[Pm [mol O2(mg Chla)）1 s）1]。由于光合面積速率和輻照度的分母均為面積 ?s 時(shí)間（m2 s）1，這些P vs E曲線的初始斜率a直接以mol O2（mol光子）1為單位表示。該參數(shù)a與最大量子產(chǎn)率/m具有可比性，但需注意a是基于環(huán)境光（輻照度）定義的，而/m則以光合微生物吸收的光子數(shù)表示。最大光利用系數(shù)[a*]通過將a值除以微生物巖4毫米表層的葉綠素a面積含量獲得，單位為mol O2 m）2（mg Chla））1（mol光子）1。光飽和參數(shù)Ek計(jì)算公式為：Ek ? Pmax=a e6T ，其中Pmax為最大光合面積速率，a為P vs E曲線的初始斜率。補(bǔ)償點(diǎn)輻照度Ec對應(yīng)NP=0時(shí)的輻照度，其計(jì)算公式如下：Ec ? Ektanh1 eR = PmaxT e7T 當(dāng)輻照度低于Ec時(shí)，微生物巖層作為氧氣匯；當(dāng)輻照度高于Ec時(shí)，微生物巖層則作為氧氣源。

色素的HPLC分析

丹麥Unisense微電極測量后，立即將微生物巖在黑暗中于 ( -80℃) 儲(chǔ)存。使用內(nèi)徑8毫米、帶切割刃的銅芯手動(dòng)鉆取冷凍微生物巖，并通過剃刀刀片切割，對包含光合作用活性區(qū)的4毫米表層切片進(jìn)行色素分析。每個(gè)微生物巖樣品處理三個(gè)芯。凍干后，通過在10 ml 100%甲醇中將每個(gè)樣品研磨和超聲處理30秒來提取色素。合并兩次重復(fù)提取物，合并的提取物通過聚四氟乙烯過濾器過濾。使用Thermo-Finnigan設(shè)備，在Lichosphere RP8柱上，按照Barlow等人的方法，使用從A（70%甲醇/ 30% 1 M乙酸銨水溶液緩沖液，pH= 7.2）到B（甲醇）的二元梯度，通過反相HPLC分離色素。在注射前四分鐘，用乙酸銨水溶液（最終含量30%）稀釋甲醇提取物。Thermo-Finnigan UV6000二極管陣列分光光度計(jì)編程獲得從320到800 nm的在線吸收光譜。通過將色素的保留時(shí)間和吸收光譜與真實(shí)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間和吸收光譜進(jìn)行比較來鑒定色素，并使用440 nm處的面積和響應(yīng)因子進(jìn)行定量。

結(jié)果

微生物巖形態(tài)學(xué)

不同微生物巖穹窿在其自然環(huán)境中的照片及 Phormidium crosbyanum/M'Bo的橫截面。

丹麥Unisense微電極用于研究的微生物巖穹窿處于健康狀態(tài)，僅顯示出非常局部化的晚期降解區(qū)域和很少的內(nèi)部鈣化證據(jù)。研究的微生物巖對應(yīng)于直徑達(dá)10厘米、高度達(dá)8厘米的穹窿。圖2顯示了不同微生物巖穹窿在其自然環(huán)境中的照片以及Phormidium crosbyanum / M'Bo的橫截面。這些穹窿包含半球形和球形的單一種群藍(lán)藻菌落，它們通常從一個(gè)點(diǎn)源開始生長，并由此向上和向外向各個(gè)方向擴(kuò)展。在此過程中，活躍的藍(lán)藻種群從基質(zhì)向上生長進(jìn)入水柱。與水平擴(kuò)展的微生物席一樣，活的藻絲體沿著結(jié)構(gòu)的表面遷移和集中。結(jié)構(gòu)內(nèi)部主要由空的藍(lán)藻多糖鞘、異養(yǎng)細(xì)菌以及捕獲和沉淀的碳酸鹽顆粒組成。

Phormidium crosbyanum菌落在外部是柔軟的；由于含有藻紅蛋白，它們呈玫瑰紅色或藍(lán)紫色。P. crosbyanum菌落表現(xiàn)出精細(xì)的、深色的垂直脊，末端有許多1-3毫米垂直定向的尖端。較老的菌落鈣化程度增加，中央凹陷，并且仍向外擴(kuò)展。活的絲狀體僅限于1-2毫米厚的表層。它們相當(dāng)堅(jiān)硬，垂直于結(jié)構(gòu)表面定向，寬約1微米，并在薄但定義明確的鞘內(nèi)包含單個(gè)藻絲，類似于從蒂凱豪瀉湖采樣的該物種所描述的。根據(jù)Anagnostidis和Komarek提出的形態(tài)分類系統(tǒng)，該物種屬于細(xì)鞘藻屬。

在Tabu 19米深度采集的微生物巖在宏觀和微觀上與蒂凱豪瀉湖中研究的席藻屬物種具有驚人的相似性，該物種被暫時(shí)描述為Phormidium sp.TK1。該物種形成紅棕色菌落，具有光滑的天鵝絨狀表面，大小（直徑達(dá)15厘米）和稠度與P. crosbyanum相似。它與后者的區(qū)別在于顏色和絲狀體大小，并且鈣化程度較低。與其他形成球狀菌落的藍(lán)藻一樣，活的絲狀體寬4-5微米，并且僅限于菌落表面。它們被鞘包裹，內(nèi)含單個(gè)彎曲和纏繞的藻絲。