中國科學(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)科組與廈門大學(xué)、香港科技大學(xué)等單位合作，在珊瑚浮浪幼蟲共生關(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大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國家重點(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，合作作者包括廈門大學(xué)教授高樹基和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院博士Nils R?decker等。
珊瑚宿主和蟲黃藻之間的營養(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。蟲黃藻通過光合作用合成有機(jī)碳并將其傳遞給宿主，而宿主則為蟲黃藻提供含氮營養(yǎng)物質(zhì)。在正常環(huán)境下，共生蟲黃藻處于“氮限制”狀態(tài)，避免過度繁殖影響共生關(guān)系和共生體健康。然而，在環(huán)境脅迫下，共生蟲黃藻會可能會保留更多的有機(jī)碳以支持自身的生長，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黃藻之間的穩(wěn)定循環(huán)對于維持穩(wěn)定的共生關(guān)系至關(guān)重要。
浮浪幼蟲階段通常被視為珊瑚生活史中的一個關(guān)鍵時期，標(biāo)志著從自由游動的形式向附著的珊瑚幼體階段過渡，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，了解幼蟲對環(huán)境脅迫的響應(yīng)，對于預(yù)測珊瑚未來的發(fā)展軌跡顯得尤為重要。
研究人員通過合理設(shè)置室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)，將鹿角杯形珊瑚幼蟲暴露于酸化組 （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℃) 和對照組 （pCO2為480 μatm，水溫為29℃） 等4個處理組內(nèi)，探究環(huán)境脅迫對幼蟲共生體生理以及幼蟲宿主和共生蟲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存活率和附著率均未受到顯著影響，而幼蟲在暴露期內(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共生體（珊瑚宿主-共生蟲黃藻）的凈光合作用和總光合作用。隨后，通過碳、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共生體的碳同化量，主要體現(xiàn)在幼蟲宿主碳同化量增加上，表明共生蟲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）。珊瑚幼蟲宿主碳可利用性增加，表明幼蟲宿主和共生蟲黃藻共生關(guān)系出現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)象，可能是珊瑚幼蟲可以抵御一定程度海水升溫的原因之一。
珊瑚與共生蟲黃藻之間營養(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，酸化和高溫并未對鹿角杯形珊瑚幼蟲共生關(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)系提供了新見解。
圖 1 鹿角杯形珊瑚幼蟲在環(huán)境脅迫下的碳氮傳遞關(guān)系
注： Control：對照組，High pCO2：酸化組，High T：高溫組，Combined：高溫酸化組；灰色部分對應(yīng)共生蟲黃藻同化量，顏色部分代表對應(yīng)處理組內(nèi)幼蟲宿主同化量。
該研究獲得國家自然科學(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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室訪問學(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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