中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所珊瑚生物學(xué)和珊瑚礁生態(tài)學(xué)學(xué)科組與廈門(mén)大學(xué)、香港科技大學(xué)等單位合作，在珊瑚浮浪幼蟲(chóng)共生關(guān)系碳氮循環(huán)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研究成果以“Symbiodiniaceae algal symbionts of Pocillopora damicornis larvae provide more carbon to their coral host under elevated levels of acidification and temperature”為題，發(fā)表在Nature Portfolio旗下Communications Biology期刊。論文共同第一作者為助理研究員孫有方和廈門(mén)大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士盛華夏，通訊作者為香港科技大學(xué)教授錢培元和南海海洋所研究員黃暉，合作作者包括廈門(mén)大學(xué)教授高樹(shù)基和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院博士Nils R?decker等。
珊瑚宿主和蟲(chóng)黃藻之間的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)在維持穩(wěn)定的共生關(guān)系中起著至關(guān)重要的作用。蟲(chóng)黃藻通過(guò)光合作用合成有機(jī)碳并將其傳遞給宿主，而宿主則為蟲(chóng)黃藻提供含氮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在正常環(huán)境下，共生蟲(chóng)黃藻處于“氮限制”狀態(tài)，避免過(guò)度繁殖影響共生關(guān)系和共生體健康。然而，在環(huán)境脅迫下，共生蟲(chóng)黃藻會(huì)可能會(huì)保留更多的有機(jī)碳以支持自身的生長(zhǎng)，導(dǎo)致宿主受到一定程度的“碳限制”，影響共生關(guān)系和共生體健康。因此，碳和氮在的珊瑚宿主與蟲(chóng)黃藻之間的穩(wěn)定循環(huán)對(duì)于維持穩(wěn)定的共生關(guān)系至關(guān)重要。
浮浪幼蟲(chóng)階段通常被視為珊瑚生活史中的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，標(biāo)志著從自由游動(dòng)的形式向附著的珊瑚幼體階段過(guò)渡，是珊瑚種群補(bǔ)充和珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵。因此，了解幼蟲(chóng)對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)，對(duì)于預(yù)測(cè)珊瑚未來(lái)的發(fā)展軌跡顯得尤為重要。
研究人員通過(guò)合理設(shè)置室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)，將鹿角杯形珊瑚幼蟲(chóng)暴露于酸化組 （pCO2為1000 μatm，水溫為29℃）、高溫組 （pCO2為480 μatm，水溫為32℃）、高溫酸化組 (pCO2為1000 μatm，水溫為32℃) 和對(duì)照組 （pCO2為480 μatm，水溫為29℃） 等4個(gè)處理組內(nèi)，探究環(huán)境脅迫對(duì)幼蟲(chóng)共生體生理以及幼蟲(chóng)宿主和共生蟲(chóng)黃藻間碳和氮的同化、傳遞和留存的影響。結(jié)果顯示，各處理組暴露期間幼蟲(chóng)存活率和附著率均未受到顯著影響，而幼蟲(chóng)在暴露期內(nèi)也未發(fā)生白化現(xiàn)象。然而，酸化和高溫的暴露均增加了幼蟲(chóng)共生體（珊瑚宿主-共生蟲(chóng)黃藻）的凈光合作用和總光合作用。隨后，通過(guò)碳、氮同位素示蹤實(shí)驗(yàn)顯示，酸化和高溫暴露均增加了幼蟲(chóng)共生體的碳同化量，主要體現(xiàn)在幼蟲(chóng)宿主碳同化量增加上，表明共生蟲(chóng)黃藻傳遞較多碳至宿主代謝利用 (圖 1A)；氮的同化模式和碳模式相似（圖 1B）。珊瑚幼蟲(chóng)宿主碳可利用性增加，表明幼蟲(chóng)宿主和共生蟲(chóng)黃藻共生關(guān)系出現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)象，可能是珊瑚幼蟲(chóng)可以抵御一定程度海水升溫的原因之一。
珊瑚與共生蟲(chóng)黃藻之間營(yíng)養(yǎng)循環(huán)關(guān)系的破壞被認(rèn)為是珊瑚白化發(fā)生的重要原因之一。本研究表明，在實(shí)驗(yàn)暴露期間，酸化和高溫并未對(duì)鹿角杯形珊瑚幼蟲(chóng)共生關(guān)系和生理表現(xiàn)產(chǎn)生負(fù)面影響，并為揭示珊瑚幼蟲(chóng)抵抗環(huán)境脅迫以避免損害這一敏感的早期生命階段的共生關(guān)系提供了新見(jiàn)解。
圖 1 鹿角杯形珊瑚幼蟲(chóng)在環(huán)境脅迫下的碳氮傳遞關(guān)系
注： Control：對(duì)照組，High pCO2：酸化組，High T：高溫組，Combined：高溫酸化組；灰色部分對(duì)應(yīng)共生蟲(chóng)黃藻同化量，顏色部分代表對(duì)應(yīng)處理組內(nèi)幼蟲(chóng)宿主同化量。
該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目、青年基金項(xiàng)目、近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室訪問(wèn)學(xué)者基金和廣州市基礎(chǔ)應(yīng)用基礎(chǔ)研究專項(xiàng)基金等聯(lián)合資助。
相關(guān)論文信息：Sun Youfang,Sheng Huaxia,R?decker Nils,Lan Yi,Tong Haoya,Huang Lintao,Jiang Lei,Diaz-Pulido Guillermo,Zou bobo,Zhang Yuyang,Kao Shuh-Ji,Qian Pei-Yuan,and Huang Hui. Symbiodiniaceae algal symbionts of Pocillopora damicornis larvae provide more carbon to their coral host under elevated levels of acidification and temperature. Communications Biology 7,1528 (2024).
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s42003-024-07203-4
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