Impact of seawater warming and nutrient deprivation on the physiology and energy metabolism of corals  

海水升溫和營(yíng)養(yǎng)剝奪對(duì)珊瑚生理和能量代謝的影響  

來源：Frontiers in Marine Science, Volume 11, Article 1423034, 1 October 2024  

《海洋科學(xué)前沿》第11卷，文章ID 1423034，2024年10月1日  

 

摘要內(nèi)容  

研究海水升溫和溶解無機(jī)營(yíng)養(yǎng)（DINut）缺乏對(duì)兩種珊瑚（軟珊瑚Heteroxenia fuscescens和石珊瑚Stylophora pistillata）生理和能量代謝的影響。發(fā)現(xiàn)：  

高溫（30°C）和營(yíng)養(yǎng)剝奪均降低兩種珊瑚的光合作用與呼吸比值（P:R），導(dǎo)致軟珊瑚白化。  

營(yíng)養(yǎng)剝奪對(duì)能量代謝影響較小，但高溫顯著增加軟珊瑚的碳水化合物和脂質(zhì)濃度，同時(shí)降低ATP（能量貨幣）水平，激活無氧代謝（乳酸積累）。  

石珊瑚通過增加碳水化合物儲(chǔ)備和維持ATP水平適應(yīng)高溫，但乳酸含量升高表明代謝壓力。  

 

研究目的  

探究升溫和營(yíng)養(yǎng)限制對(duì)珊瑚生理和能量代謝的單獨(dú)及聯(lián)合效應(yīng)，比較兩類珊瑚（軟珊瑚與石珊瑚）的響應(yīng)差異，揭示其應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力的策略。  

 

研究思路  

采用交叉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：  

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：將珊瑚暴露于兩種溫度（25°C對(duì)照 vs. 30°C高溫）和兩種營(yíng)養(yǎng)條件（正常DINut vs. 缺乏DINut），共4組處理。  

 

測(cè)量指標(biāo)：  

 

生理參數(shù)：共生藻密度（圖2A、3A）、葉綠素含量（圖2B、3B）、光系統(tǒng)II效率（Fv/Fm，圖2C、3C）、光合與呼吸速率（圖2D-E、3D-E）。  

 

 

 

能量代謝：蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)濃度（圖4A-C、5A-C）、乳酸（圖4E、5E）和ATP（圖4F、5F）。  

 

 

 

數(shù)據(jù)分析：通過廣義線性模型和Tukey檢驗(yàn)評(píng)估溫度與營(yíng)養(yǎng)的獨(dú)立及交互效應(yīng)。  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及意義  

生理數(shù)據(jù)（圖2、3）：  

 

 

共生藻密度和葉綠素含量：高溫導(dǎo)致軟珊瑚白化（圖2A-B），而石珊瑚未顯著變化（圖3A-B）。  

 

光合與呼吸速率：高溫下軟珊瑚光合作用未下降但呼吸增加，P:R降低（圖2F）；石珊瑚在高溫+營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)P:R最低（圖3F）。  

 

 

 

   意義：揭示高溫和營(yíng)養(yǎng)限制對(duì)珊瑚能量收支的影響，表明白化與能量失衡的直接關(guān)聯(lián)。  

能量代謝數(shù)據(jù)（圖4、5）：  

 

軟珊瑚在高溫下脂質(zhì)和碳水化合物增加（圖4B-C），但ATP減少41%（圖4F）；石珊瑚碳水化合物增加但ATP穩(wěn)定（圖5B-F）。  

 

乳酸積累：兩類珊瑚在高溫下乳酸均升高（圖4E、5E），表明無氧代謝激活。  

 

   意義：證明珊瑚通過儲(chǔ)存能量分子（如脂質(zhì)）和切換代謝模式（無氧代謝）應(yīng)對(duì)壓力，但能量轉(zhuǎn)化效率（ATP）下降可能限制長(zhǎng)期生存。  

 

結(jié)論  

高溫和營(yíng)養(yǎng)剝奪降低珊瑚自養(yǎng)能力（P:R<1），軟珊瑚更易白化。  

 

軟珊瑚依賴能量?jī)?chǔ)存（脂質(zhì)/碳水化合物）但ATP減少，石珊瑚維持ATP但增加乳酸，顯示代謝策略差異。  

 

兩類珊瑚均通過無氧代謝緩解能量危機(jī)，但長(zhǎng)期高溫可能導(dǎo)致能量耗竭。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)解讀  

研究意義：  

使用丹麥Unisense微電極測(cè)量珊瑚的氧氣通量（圖2D-E、3D-E），直接量化光合作用和呼吸作用的動(dòng)態(tài)變化：  

光合與呼吸平衡：通過凈光合（光照下）和呼吸（黑暗）的氧變化，計(jì)算P:R比值（圖2F、3F），明確高溫和營(yíng)養(yǎng)缺乏如何破壞珊瑚能量平衡。  

 

代謝狀態(tài)評(píng)估：氧氣通量數(shù)據(jù)揭示軟珊瑚在高溫下呼吸速率上升（圖2E），表明代謝成本增加；石珊瑚在高溫+營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)呼吸顯著升高（圖3E），顯示聯(lián)合壓力加劇能量消耗。  

 

機(jī)制解析：結(jié)合乳酸和ATP數(shù)據(jù)，證實(shí)氧氣通量變化與無氧代謝激活（乳酸積累）及能量貨幣（ATP）減少的關(guān)聯(lián)，為珊瑚耐熱性研究提供關(guān)鍵生理指標(biāo)。  

 

應(yīng)用價(jià)值：此類數(shù)據(jù)為預(yù)測(cè)珊瑚在海洋變暖中的生存閾值及設(shè)計(jì)保護(hù)策略（如營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充）提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。