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

海水变暖和营养匮乏对珊瑚生理和能量代谢的影响 来源：Frontiers in Marine Science (2024)

摘要内容

论文研究了海水升温和营养剥夺（溶解无机营养盐DINut缺乏）对两种珊瑚（八放珊瑚Heterxenia fuscescens和六放珊瑚Stylphra pistillata）生理及能量代谢的影响。结果表明：

1.升温（30℃）和DINut缺乏均降低两种珊瑚的光合作用/呼吸作用比值（P:R），导致八放珊瑚出现白化（虫黄藻密度和叶绿素下降）。

2.能量代谢：营养剥夺影响较小，但升温显著增加两种珊瑚的碳水化合物储备（八放珊瑚+94%，六放珊瑚+22%）和八放珊瑚的脂质储备（+37%），同时诱导厌氧代谢（乳酸积累）并降低八放珊瑚的ATP产量（-41%）。

3.核心结论：海洋热浪加剧下的营养匮乏可能威胁珊瑚能量稳态，需深入研究珊瑚应对"饥饿"的机制。

研究目的

探究海水升温和DINut缺乏的双重胁迫对珊瑚共生功能（光合作用、白化）和能量代谢（储能物质、ATP、乳酸）的影响，并比较两类珊瑚（八放珊瑚vs.六放珊瑚）的响应差异。

研究思路

采用双因素交叉实验设计：

1.处理条件：

温度：25℃（对照）vs.30℃（高温）

营养：正常DINut（对照）vs.DINut缺乏（降低30%）

2.物种选择：

Heterxenia fuscescens（八放珊瑚，高脂储备型）

Stylphra pistillata（六放珊瑚，高蛋白型）

3.实验流程：

预培养1个月（无颗粒有机物供给）→DINut剥夺1个月→升温至30℃并维持3周→采样分析。

测量数据及研究意义

数据来源图中标注，研究意义按测量类别分述：

1.生理参数（图2,图3）

虫黄藻密度（图2A,3A）、叶绿素浓度（图2B,3B）、Fv/Fm（光系统II效率，图2C,3C）：

意义：评估共生藻健康状况和白化程度。八放珊瑚在高温下显著白化，六放珊瑚耐受性更强。

光合/呼吸速率（图2D-E,3D-E）、P:R比值（图2F,3F）：

意义：反映能量收支平衡。双重胁迫下P:R均<1，表明自养能量不足。

2.能量参数（图4,图5）

蛋白质（图4A,5A）、碳水化合物（图4B,5C）、脂质（图4C,5B）、总储能（图4D,5D）：

意义：量化能量储备变化。升温增加两类珊瑚的碳水化合物储备，但未触发储备消耗，提示代谢紊乱。

乳酸（图4E,5E）、ATP（图4F,5F）：

意义：揭示代谢途径转变。乳酸上升（八放珊瑚D30处理+129%）和ATP下降（八放珊瑚-41%）表明厌氧代谢激活，产能效率降低。

Unisense电极数据的核心意义

测量内容：使用丹麦Unisense光纤氧微传感器（Oxy-4系统）在封闭培养舱中实时监测黑暗呼吸（R）和光下净光合作用（NP），进而计算总光合作用（Pg）和P:R比值（图2D-F,3D-F）。

研究意义：

1.能量平衡诊断：P:R比值直接反映珊瑚能否通过光合作用满足日常能量需求（P:R>1为自养充足）。实验显示所有胁迫组P:R<1，证明珊瑚陷入能量赤字。

2.胁迫响应灵敏度：呼吸速率在六放珊瑚中显著升高（图3E），而八放珊瑚光合作用未明显变化（图2D），凸显两类珊瑚的能量策略差异。

3.代谢机制指示：结合乳酸/ATP数据，证实升温导致糖酵解途径主导的厌氧代谢，解释ATP下降原因。

结论

1.生理层面：升温是主要胁迫因子，导致八放珊瑚白化；DINut缺乏降低光合效率（Fv/Fm）。

2.能量代谢：

珊瑚未消耗储能（碳水化合物/脂质反而积累），但ATP减少和乳酸增加表明能量转化效率下降。

八放珊瑚脂质储备高但ATP合成受损更严重，提示其代谢途径更易受高温干扰。

3.生态启示：未来海洋热浪叠加营养匮乏可能通过抑制能量生产（而非耗尽储备）威胁珊瑚生存，乳酸浓度可作为新型胁迫bimarker。