Redfield首次发现海洋浮游植物的C:N比约为6.6。然而，以后的许多研究表明，浮游植物C:N比有一个较大的范围（海洋：6.5-9.9；淡水：7.8-10.5），并具有物种特异性。这对浮游植物的化学计量内稳态提出了巨大的挑战，传统的化学计量内稳态认为随着外部营养条件的变化，生物有保持元素组成相对稳定的能力。因此，浮游植物化学计量内稳态与营养有效性相互关系的潜在机制有待进一步研究。为此，野外以天津地区7个水库为研究对象，调查了其浮游植物C:N化学计量比的变化特征；室内实验以莱茵衣藻为模式藻种，在不同碳氮条件下进行培养，首先通过转录组测序技术和生理参数测定了解细胞的代谢调控机制，其次通过纳米二次离子质谱技术和碳稳定同位素分析，分别获得细胞内碳氮含量分配和碳利用策略；重点关注在分子水平上可利用碳氮如何影响淡水浮游植物C:N化学计量比。
结果发现CO2限制对浮游植物C:N比无显著影响；但氮限制则导致水库中浮游植物C:N比提高了35%，室内衣藻C:N比提高了138%。CO2限制时，藻类通过碳浓缩机制保证了细胞的碳需求，相关基因无显著差异表达，胞内碳氮耦合代谢正常。但在氮限制时，差异表达基因调控强度大幅增加，增加的倍数与细胞C:N比的增幅相当；细胞代谢过程被重组以形成高C:N比下的“亚健康”碳氮计量状态。此外，氮转运系统在CO2或氮限制条件下有独特的作用。本研究表明浮游植物的化学计量内稳态受生境中对其生长有限制作用的元素的影响，进一步加深了对淡水浮游植物碳氮化学计量内稳态的理解。
该成果以Regulation strategy for nutrient-dependent carbon and nitrogen stoichiometric homeostasis in freshwater phytoplankton 为题发表于期刊《Science of the Total Environment》：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153797
