Contrasting effects of increasing dissolved iron on photosynthesis and O2 availability in the gastric cavity of two Mediterranean corals

溶解铁增加对两种地中海珊瑚光合作用及胃腔氧气可用性的对比影响

来源：PeerJ

《PeerJ》


摘要内容：

该研究探讨了不同浓度溶解铁（Fe(III)）对两种地中海珊瑚（Cladocora caespitosa和Oculina patagonica）光合作用、呼吸作用及胃腔氧气动态的影响。结果显示，两种珊瑚对铁富集的响应存在显著差异：C. caespitosa在中等铁浓度（50 nM）下光合和呼吸速率提高，但在高浓度（100 nM）下光合效率下降；而O. patagonica在所有铁浓度下光合和呼吸速率均降低。铁富集还导致两种珊瑚胃腔内夜间缺氧加剧，并延长珊瑚收缩时间，影响氧气交换。


研究目的：

揭示铁作为关键微量营养素对珊瑚共生系统的生理影响，探究铁富集如何改变珊瑚的光合效率、呼吸代谢及胃腔微环境氧气动态，为珊瑚保护提供科学依据。


研究思路：

在实验室条件下对两种珊瑚进行不同浓度的Fe(III)处理（0、20、50、100 nM，持续一周）。


使用呼吸代谢测定、叶绿素荧光技术（PAM）和氧气微电极，测量珊瑚的代谢率、光系统II活性及胃腔氧气分布。


分析铁浓度对珊瑚生理参数和微环境氧气的综合影响。


测量的数据及意义（数据来源）：

铁吸收率（表1）：


意义：量化珊瑚对铁的摄取能力，发现C. caespitosa在50 nM铁浓度下吸收率最高，而O. patagonica吸收率无显著变化，表明物种间铁利用策略差异。

代谢率（呼吸、光合作用）（图2）：


意义：揭示铁对能量代谢的双向调节作用。C. caespitosa在50 nM铁下代谢增强，而O. patagonica代谢受抑制，反映铁对共生藻功能的影响差异。

叶绿素荧光参数（Fv/Fm、rETR）（图3）：


意义：评估光合系统II的损伤或优化。C. caespitosa在低铁下光化学效率提高，但高铁下电子传递速率（rETR）下降，提示铁过量可能引发光抑制。

胃腔氧气浓度（图4）：


意义：揭示铁富集导致胃腔缺氧（<50 μmol O2/L），影响珊瑚内部氧化还原状态及共生微生物活动，可能加剧代谢压力。

珊瑚组织收缩时间（图5）：


意义：铁浓度升高导致珊瑚收缩时间延长，限制氧气交换，进一步恶化胃腔缺氧，反映宿主行为对环境的适应性调节。


结论：

caespitosa可能受铁限制，低浓度铁（≤50 nM）可提升其光合效率，但高浓度（100 nM）产生负面影响。


patagonica对所有铁浓度敏感，光合和呼吸均受抑制，表明其铁需求阈值较低或铁代谢机制不同。


铁富集通过增加胃腔缺氧和延长收缩时间，削弱珊瑚的代谢平衡和抗逆能力，提示铁污染可能加剧珊瑚生态系统的脆弱性。


丹麦Unisense电极测量数据的意义：

使用Unisense氧气微电极实时监测珊瑚胃腔氧气浓度的空间分布（深度剖面）和昼夜动态变化（图4），揭示了以下关键机制：

缺氧机制的量化：首次证实铁富集显著降低胃腔氧气水平（尤其在夜间），直接关联珊瑚代谢率变化（如呼吸增强导致的氧气消耗）。

微环境动态关联：通过同步记录氧气浓度与珊瑚收缩行为（视频分析），明确宿主收缩行为对氧气交换的调控作用，为理解珊瑚-共生体-微生物互作提供新视角。

铁氧化还原循环影响：胃腔缺氧可能促进Fe(III)还原为Fe(II)，改变铁的生物可利用性，进而影响共生藻的金属稳态和氧化应激响应。

这些数据为解析珊瑚内部微环境的生物地球化学过程及铁介导的生态毒性机制提供了高分辨率证据。