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

海水變暖和營(yíng)養(yǎng)匱乏對(duì)珊瑚生理和能量代謝的影響 來源：Frontiers in Marine Science (2024)

摘要內(nèi)容

論文研究了海水升溫和營(yíng)養(yǎng)剝奪（溶解無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽DINut缺乏）對(duì)兩種珊瑚（八放珊瑚Heterxenia fuscescens和六放珊瑚Stylphra pistillata）生理及能量代謝的影響。結(jié)果表明：

1.升溫（30℃）和DINut缺乏均降低兩種珊瑚的光合作用/呼吸作用比值（P:R），導(dǎo)致八放珊瑚出現(xiàn)白化（蟲黃藻密度和葉綠素下降）。

2.能量代謝：營(yíng)養(yǎng)剝奪影響較小，但升溫顯著增加兩種珊瑚的碳水化合物儲(chǔ)備（八放珊瑚+94%，六放珊瑚+22%）和八放珊瑚的脂質(zhì)儲(chǔ)備（+37%），同時(shí)誘導(dǎo)厭氧代謝（乳酸積累）并降低八放珊瑚的ATP產(chǎn)量（-41%）。

3.核心結(jié)論：海洋熱浪加劇下的營(yíng)養(yǎng)匱乏可能威脅珊瑚能量穩(wěn)態(tài)，需深入研究珊瑚應(yīng)對(duì)"饑餓"的機(jī)制。

研究目的

探究海水升溫和DINut缺乏的雙重脅迫對(duì)珊瑚共生功能（光合作用、白化）和能量代謝（儲(chǔ)能物質(zhì)、ATP、乳酸）的影響，并比較兩類珊瑚（八放珊瑚vs.六放珊瑚）的響應(yīng)差異。

研究思路

采用雙因素交叉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

1.處理?xiàng)l件：

溫度：25℃（對(duì)照）vs.30℃（高溫）

營(yíng)養(yǎng)：正常DINut（對(duì)照）vs.DINut缺乏（降低30%）

2.物種選擇：

Heterxenia fuscescens（八放珊瑚，高脂儲(chǔ)備型）

Stylphra pistillata（六放珊瑚，高蛋白型）

3.實(shí)驗(yàn)流程：

預(yù)培養(yǎng)1個(gè)月（無顆粒有機(jī)物供給）→DINut剝奪1個(gè)月→升溫至30℃并維持3周→采樣分析。

測(cè)量數(shù)據(jù)及研究意義

數(shù)據(jù)來源圖中標(biāo)注，研究意義按測(cè)量類別分述：

1.生理參數(shù)（圖2,圖3）

蟲黃藻密度（圖2A,3A）、葉綠素濃度（圖2B,3B）、Fv/Fm（光系統(tǒng)II效率，圖2C,3C）：

意義：評(píng)估共生藻健康狀況和白化程度。八放珊瑚在高溫下顯著白化，六放珊瑚耐受性更強(qiáng)。

光合/呼吸速率（圖2D-E,3D-E）、P:R比值（圖2F,3F）：

意義：反映能量收支平衡。雙重脅迫下P:R均<1，表明自養(yǎng)能量不足。

2.能量參數(shù)（圖4,圖5）

蛋白質(zhì)（圖4A,5A）、碳水化合物（圖4B,5C）、脂質(zhì)（圖4C,5B）、總儲(chǔ)能（圖4D,5D）：

意義：量化能量?jī)?chǔ)備變化。升溫增加兩類珊瑚的碳水化合物儲(chǔ)備，但未觸發(fā)儲(chǔ)備消耗，提示代謝紊亂。

乳酸（圖4E,5E）、ATP（圖4F,5F）：

意義：揭示代謝途徑轉(zhuǎn)變。乳酸上升（八放珊瑚D30處理+129%）和ATP下降（八放珊瑚-41%）表明厭氧代謝激活，產(chǎn)能效率降低。

Unisense電極數(shù)據(jù)的核心意義

測(cè)量?jī)?nèi)容：使用丹麥Unisense光纖氧微傳感器（Oxy-4系統(tǒng)）在封閉培養(yǎng)艙中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)黑暗呼吸（R）和光下凈光合作用（NP），進(jìn)而計(jì)算總光合作用（Pg）和P:R比值（圖2D-F,3D-F）。

研究意義：

1.能量平衡診斷：P:R比值直接反映珊瑚能否通過光合作用滿足日常能量需求（P:R>1為自養(yǎng)充足）。實(shí)驗(yàn)顯示所有脅迫組P:R<1，證明珊瑚陷入能量赤字。

2.脅迫響應(yīng)靈敏度：呼吸速率在六放珊瑚中顯著升高（圖3E），而八放珊瑚光合作用未明顯變化（圖2D），凸顯兩類珊瑚的能量策略差異。

3.代謝機(jī)制指示：結(jié)合乳酸/ATP數(shù)據(jù)，證實(shí)升溫導(dǎo)致糖酵解途徑主導(dǎo)的厭氧代謝，解釋ATP下降原因。

結(jié)論

1.生理層面：升溫是主要脅迫因子，導(dǎo)致八放珊瑚白化；DINut缺乏降低光合效率（Fv/Fm）。

2.能量代謝：

珊瑚未消耗儲(chǔ)能（碳水化合物/脂質(zhì)反而積累），但ATP減少和乳酸增加表明能量轉(zhuǎn)化效率下降。

八放珊瑚脂質(zhì)儲(chǔ)備高但ATP合成受損更嚴(yán)重，提示其代謝途徑更易受高溫干擾。

3.生態(tài)啟示：未來海洋熱浪疊加營(yíng)養(yǎng)匱乏可能通過抑制能量生產(chǎn)（而非耗盡儲(chǔ)備）威脅珊瑚生存，乳酸濃度可作為新型脅迫bimarker。