鹿角杯形珊瑚骨骼构造和显微结构的研究

石珊瑚骨骼对重建古海洋古气候环境,评估珊瑚礁对未来气候变化、海洋酸化的响应和反馈,辨识现存造礁石珊瑚种属及其演化途径有着十分重要的作用和意义。为了更好地认知造礁石珊瑚骨骼特征,在三亚海域采集了常见的造礁石珊瑚——鹿角杯形珊瑚Pocillopora damicornis,通过扫描电镜(结合EDS能谱仪)、红外分光显微镜分析其碳酸钙骨骼结构和成分的特征,结果表明鹿角杯形珊瑚骨骼主要成分为文石,少数骨骼样品的空腔中发育有极少量方解石矿物。虽然鹿角杯形珊瑚骨骼宏观架构和中观架构在群体间和单体间存在诸多差异,但不同形态的骨骼样品具有基本相同的发育模式和基础结构单元。同时,发现鹿角杯形珊瑚骨骼内部空腔存在有次生文石沉积发育现象,同时常伴生着水镁石矿物的发育,而且这与骨骼中的钻孔穴居动物有很大关联。     

升温与硝酸盐加富对鹿角杯形珊瑚幼虫的生理影响

选择三亚鹿回头近岸海域常见的鹿角杯形珊瑚(Pocillopora damicornis)幼虫为研究对象,采用室内连续培养的方法,探究了升温(29℃和31℃)与硝酸盐加富(0、5、20μmol/dm^3)对鹿角杯形珊瑚幼虫共生体的生理影响。结果表明:升温和硝酸盐加富对鹿角杯形珊瑚幼虫存活率与共生虫黄藻叶绿素荧光指数(Fv/Fm)无显著影响,但对幼虫附着率的影响表现为明显的交互作用。升温条件下,各处理珊瑚幼虫附着率均显著下降,且硝酸盐加富加剧了升温对珊瑚幼虫附着率的负面影响。再者,升温对幼虫呼吸速率的影响与硝酸盐的浓度有关,5μmol/dm^3硝酸盐处理抵消了升温对幼虫呼吸的促进作用;与此同时,5μmol/dm^3硝酸盐处理提高了幼虫的净光合作用而且光合呼吸速率比(PG/RD)大于2,表明此时珊瑚幼虫共生体系光合作用固定的有机碳为净累积。综上,适量的硝酸盐加富可以缓解升温对珊瑚幼虫代谢的负面影响,但高浓度硝酸盐加富则会不利于鹿角杯形珊瑚幼虫的附着及种群的本地补充。     

海水酸化和升温对孔石藻（Porolithon onkodes）共附生细菌及其诱导珊瑚幼虫附着的影响

珊瑚藻是珊瑚礁生态系统中一类主要的钙化生物,不仅能够构建、稳固礁体,而且与造礁石珊瑚关系密切,其对造礁石珊瑚幼虫附着的促进作用是退化石珊瑚群落恢复的关键。但是,面对未来气候变化,珊瑚藻对珊瑚幼虫的诱导作用会如何响应,以及该过程是否与藻体共附生细菌群落有关,目前尚不清楚。本文选取了广泛分布于我国南海珊瑚礁生态系统中的孔石藻（Porolithon onkodes）为研究对象,分别采用不同pCO2和温度培养孔石藻31 d,研究不同处理后孔石藻对鹿角杯形珊瑚幼虫附着的影响,并通过分析藻体共附生细菌群落的变化情况,探究细菌多样性与孔石藻对珊瑚幼虫诱导功能的关系。结果表明,与对照组相比,酸化（1200 ppm/1800 ppm pCO2）和升温（30 ℃/32 ℃）均没有显著影响孔石藻诱导鹿角杯形珊瑚（Pocillopora damicornis）幼虫附着,其中温度30 ℃,pCO2 1200 ppm时,珊瑚幼虫附着率最高100.00%。采用16s rRNA高通量测序技术分析了不同处理组孔石藻共附生细菌群落结构及多样性。结果表明,孔石藻共附生细菌主要由变形菌门、拟杆菌门和绿弯菌门等菌群构成,其中变形菌门含量达到40.34%~73.45%;与酸化相比,孔石藻共附生细菌群落对温度变化更敏感,其中32 ℃处理组具有更高的细菌多样性,但经Kruskal-wallis秩和检验显示不同温度和CO2浓度处理组,在门、纲、属水平上细菌多样性、丰度及组成均无显著性差异,说明孔石藻共附生细菌群落结构相对稳定,推测这可能与孔石藻诱导珊瑚幼虫附着不受温度和酸化影响密切相关。研究结果对预测未来气候变化对珊瑚礁生态系统的影响、制定珊瑚礁生态系统保护与修复策略具有重要的理论价值和生态意义。     

鼻形鹿角珊瑚对不同温度的响应及白化研究

通过突然升温和缓慢升温2种不同的模式,探讨了不同水温对我国一种鹿角珊瑚Acropora nasuta白化的影响,同时也探讨了珊瑚在白化过程中的适应机制。结果表明,在突然升温模式下,高温(34℃)对共生藻光合系统有非常大的破坏作用。在缓慢升温模式下,共生藻对高温(34℃)表现出了一定的耐受性。在两种不同的升温模式下,共生藻密度与单位面积叶绿素a含量的变化较一致,却与单位共生藻叶绿素a含量的变化不一致。总体而言,共生藻密度与单位面积叶绿素a含量对温度较为敏感。当单位共生藻叶绿素a含量明显下降时,珊瑚已经遭遇到较为严重的环境压力。     

海水酸化对鹿角珊瑚光谱特性影响的分析

海水酸化造成全球珊瑚礁严重退化,应用卫星遥感手段可以快速地对珊瑚礁进行监测。在野外做酸度对比实验具有条件不易控制、周期长等局限性。文章提出一种室内测量珊瑚光谱的方法,通过比较不同酸度梯度下珊瑚光谱的变化,为研究海水酸化对珊瑚的影响提供了一种新的思路。试验采用7.6、7.9和8.1的酸度梯度,结果表明:在pH为8.1和7.9环境条件下,珊瑚的光谱趋势大体一致,总体上珊瑚光谱波峰出现了向长波方向的红移。但是在pH为7.6的条件下,珊瑚的光谱在650~700nm之间出现一个反常的吸收谷,这是由于pH 7.6的酸度条件适宜一些藻类生长,藻类附着在珊瑚表面,从而影响了其光谱特性。     

海洋酸化、暖化对两种鹿角珊瑚幼虫附着及幼体存活的影响

大气CO₂浓度持续升高导致海洋酸化和暖化影响着造礁石珊瑚和珊瑚礁生态系统。为探明造礁石珊瑚早期生活史对海洋酸化和暖化的生理学响应,本文研究了温度(约28℃,约30℃)和pCO₂(约570μatm,约1 300μatm)以及两者协同作用对简单鹿角珊瑚(Acropora austera)和中间鹿角珊瑚(A. intermedia)早期生活史的影响。实验结果表明,升温(+约2.5℃)和酸化(约1 300μatm)对两种鹿角珊瑚幼虫的附着率和死亡率均无显著影响。酸化显著降低了简单鹿角珊瑚幼体存活率(25.87%),但并不显著影响中间鹿角珊瑚幼体的存活率;升温对两种鹿角珊瑚幼体存活率无显著影响。升温(+约2.5℃)、酸化(约1 300μatm)对简单、中间鹿角珊瑚幼虫的存活和附着过程的影响较小,但是酸化对简单鹿角珊瑚幼体存活的影响高于暖化。本文结果表明,珊瑚补充过程对海洋酸化和暖化的响应可能具有种类特异性,气候变化将逐渐改变造礁石珊瑚的群落结构。     

pCO_2增加引起的海洋酸化对造礁珊瑚光合效率的影响

本研究采用叶绿素荧光技术,选取三种鹿回头珊瑚礁区常见的珊瑚种类(Acropora valida、Galaxea astreata和Favites abdita),分别设置海水环境为450μatm、650μatm(IPCC预测的2065年的水平)、和750μatm(IPCC预测的2100年的水平)的三个pCO2浓度梯度,监测珊瑚在不同CO2浓度下10天内的光合荧光参数的变化。实验结果表明,水体pCO2为650μatm时,珊瑚的总体光合效率最高,但随着时间延长,珊瑚荧光参数在三个浓度梯度下都会显示不同程度的下降趋势。虽然三种珊瑚对不同浓度CO2的响应程度不同,但均显示出在低浓度pCO2时,pH下降引起的酸化作用控制着珊瑚共生藻的光合效率;而随着pCO2浓度增加,CO2增加引起的施肥效应则愈加明显,并与酸化作用竞争,共同作用于珊瑚共生藻,使得光合荧光参数在波动中发生变化。     

pCO2增加引起的海洋酸化对造礁珊瑚光合效率的影响研究

海洋酸化是近年来人类所遇到的重大全球环境问题之一,它指的是大气CO2浓度增加引起的海水pH降低的现象。海洋酸化已经威胁到珊瑚礁及其它钙质生物的生存与发展。近期的预测模型与野外实验均表明,海洋酸化的后果可能比以前想象的更为严峻。本研究采用叶绿素荧光技术,选取3种鹿回头珊瑚礁区常见的珊瑚种类（Acropora valida、Galaxea astreata和Favites abdita）,分别设置海水环境为450 μatm、650 μatm（IPCC预测的2065年的水平）和750 μatm（IPCC预测的2100年的水平）的3个pCO2浓度梯度,监测珊瑚在不同CO2浓度背景下10天内的光合荧光参数的变化。实验结果表明,水体pCO2为650μatm时,珊瑚的总体光合效率最高,但随着时间的延长,珊瑚荧光参数在3个浓度梯度下都会显示不同程度的下降趋势。虽然3种珊瑚对不同浓度CO2响应的程度不同,但基本上显示出,在低浓度pCO2时,pH下降引起的酸化作用控制着珊瑚共生藻的光合效率;而随着浓度的增加,CO2增加引起的施肥效应愈加明显,与酸化作用竞争,共同作用于珊瑚共生藻,使得光合荧光参数在波动中变化。     

对二甲苯和苯乙烯对海洋微藻生长和光合能力的影响

为了探讨对二甲苯和苯乙烯对海洋微藻的毒性效应,本研究以三角褐指藻和亚心形扁藻为材料,分别比较了不同浓度的对二甲苯和苯乙烯胁迫对微藻生长以及叶绿素含量的影响,并计算对二甲苯和苯乙烯对三角褐指藻和亚心形扁藻96hEC50。研究表明,对二甲苯和苯乙烯对三角褐指藻和亚心形扁藻生长的抑制呈显著的剂量-效应关系,对二甲苯和苯乙烯对三角褐指藻96hEC50分别为60.20mg/L和47.82mg/L,对亚心形扁藻的96hEC50值分别为26.49mg/L和85.62mg/L,相比而言,三角褐指藻对苯乙烯敏感,而亚心形扁藻对对二甲苯更为敏感。同时研究还发现,对二甲苯和苯乙烯胁迫下,试验微藻的叶绿素含量均随处理浓度以及处理时间而显著降低。这些结果为评估对二甲苯和苯乙烯对海洋微藻的毒性效应提供了依据。     

急性CO2酸化对菲律宾蛤仔钙壳和呼吸作用的影响

基于渤海表层典型的碳酸盐系统,通过实验室密闭培养实验,分析急性CO₂酸化条件对菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum) CaCO₃形成速率(G)和CO₂呼吸速率(R_C)的影响,以探讨局部海域CO₂酸化的底层海水在潮流或者风海流等因素的驱动下,脉冲式影响贝类栖息地时养殖贝类可能的响应。结果表明,菲律宾蛤仔在急性CO₂酸化条件下发生轻微的钙壳溶解和显著的呼吸抑制。CO₂酸化和菲律宾蛤仔的呼吸作用共同驱动钙壳溶解,溶解速率随Ω_文石下降而升高,G(μmol/(FWg·h))=0.14 × Ω_文石-0.49 (n=12, r=0.95, p<0.01)。活体菲律宾蛤仔钙壳保持稳定的Ω_文石临界值为3.5,而在Ω_文石=1.0的条件下,每天溶解的钙壳相当于贝壳总重的2‰。相较于钙壳溶解,Ω_文石改变对菲律宾蛤仔呼吸作用的影响更大,R_C(μmol/(FWg·h))=0.27 × Ω_文石+0.90 (n =12, r=0.82, p<0.01)。由于呼吸代谢决定了摄食等各种耗能行为的效率,因此本研究的结果表明,尽管菲律宾蛤仔可以通过摄食等自身调节机制来抵御造成钙壳溶解的环境胁迫,然而这一机制本身就可能受到酸化环境的不良影响。     

绿潮藻浒苔光合固碳与防治海水酸化的作用Ⅰ.光合固碳与海水pH值提高速率研究

以黄海绿潮暴发的主要漂浮种类浒苔 (Ulva prolifera)为材料,在实验室条件下研究了浒苔光合参数、固碳速率及提升海水pH的作用,结果表明:浒苔光合作用半饱和常数K_m为0.25 mmol/dm3,光合作用饱和时海水溶解无机碳(DIC)浓度也只需1.2 mmol/dm3,为正常海水DIC浓度(2.4 mmol/dm3)一半,故黄海绿潮暴发时藻体可以一直保持光合作用饱和与旺盛生长状态。水生条件下浒苔藻体主要吸收海水中的DIC,0.5 g/dm3培养密度下,1个光周期内净光合固碳速率为10.92 mg /(g·d)(鲜重)。连续培养5 d,0.5,1.0和2.5 g/dm3培养密度组的DIC浓度从22 mg/dm3分别降为4.85,2.62和0.66 mg/dm3,表明DIC去除率随藻体培养密度提高而增强,分别可达77.78%,88.00%,96.98%;藻体吸收海水中无机碳的同时可使海水pH升高,0.5 g/dm3培养密度下,1个光周期内净提升pH速率高达0.96/(dm3·g·d)。连续培养5 d,0.5,1.0和2.5 g/dm3培养密度组第1天其pH分别可达到9.1,9.2和9.7,表明藻体密度越高pH提升越快,而且第5天pH均可稳定在9.9左右。浒苔暴露在空气中可直接吸收空气中CO₂,1个光周期内其光合固碳速率约为46.14 mg/(g·d),而在海水中的光合固碳速率为10.92 mg/(g·d),可见浒苔在空气中的光合固碳速率是水中的4.23倍。水生和气生时单位质量藻体的固碳效率因藻体间相互遮蔽而下降。结果可为今后黄海绿潮暴发机制及CO₂减排和防止海洋酸化作用的评估提供技术支撑。     

春季季风间期赤道东印度洋浮游植物光合生理特征

Phytoplankton physiologies are dynamic and have sensitive responses to the ambient environment. In this paper,we examine photosynthetic physiologies of phytoplankton communities with Phyto-PAM in the eastern equatorial Indian Ocean during the spring inter-monsoon. Environmental parameters were measured to investigate the coupling between phytoplankton photosynthetic physiologies and their habitats. During the cruise, the water column was highly stratified. The mixed layer extended to about 75 m and was characterized by high temperature(28°C) and low nutrient level. The F_v/F_m values and chlorophyll a(Chl a) concentrations were lower at the surface, as consequences of nutrient depletion and photo-inhibition. Subsurface Chl a maximum(SCM) occurred between 75 and 100 m, and had the highest F_v/F_m values. The formation of SCM was a balance between nutrient availability and light limitation. The SCM may contribute significantly to pelagic food web and primary production in the water column. Phytoplankton in different layers encountered different light, trophic and hydrographic dynamics and evolved distinct photosynthetic characteristics. Despite of co-limitation of nutrient limitation and photo-inhibition, phytoplankton in the surface layer showed their acclimation to high irradiance, had lower light utilization efficiencies(α: 0.061±0.032) and could exploit a wide range of light irradiance. Whereas, phytoplankton in the SCM layers presented the highest light utilization efficiencies(α:0.146±0.48), which guaranteed higher photosynthetic capacities under low light level. These results provide insights into phytoplankton photo-adaption strategies in this less explored region.     

Alterations in seawater pH and CO2 affect calcification and photosynthesis in the tropical coralline alga, Hydrolithon sp. (Rhodophyta)

Calcification in the marine environment is the basis for the accretion of carbonate in structures such as coral reefs, algal ridges and carbonate sands. Among the organisms responsible for such calcification are the Corallinaceae (Rhodophyta), recognised as major contributors to the process world-wide. Hydrolithon sp. is a coralline alga that often forms rhodoliths in the Western Indian Ocean. In Zanzibar, it is commonly found in shallow lagoons, where it often grows within seagrass beds and/or surrounded by green algae such as Ulva sp. Since seagrasses in Zanzibar have recently been shown to raise the pH of the surrounding seawater during the day, and since calcification rates are sensitive to pH, which changes the saturation state of calcium carbonate, we measured the effects of pH on photosynthetic and calcification rates of this alga. It was found that pH had significant effects on both calcification and photosynthesis. While increased pH enhanced calcification rates both in the light and in the dark at pH >8.6, photosynthetic rates decreased. On the other hand, an increase in dissolved CO₂ concentration to 26 μmol kg⁻¹ (by bubbling with air containing 0.9 mbar CO₂) caused a decrease in seawater pH which resulted in 20% less calcification after 5 days of exposure, while enhancing photosynthetic rates by 13%. The ecological implications of these findings is that photosynthetically driven changes in water chemistry by surrounding plants can affect calcification rates of coralline algae, as may future ocean acidification resulting from elevated atmospheric CO₂.     

海水酸化对中华哲水蚤全蛋白表达的影响

运用蛋白质组学相关技术对暴露于酸化海水中的中华哲水蚤全蛋白进行分析,结果表明,对照组、CCO20.08%和CCO20.20%处理组中华哲水蚤的双向电泳图谱上可以分别分辨出1 191、1 117和946个蛋白点,选取其中43个差异蛋白进行MALDI-TOF/TOF质谱鉴定,成功鉴定出23个差异蛋白,这些蛋白主要与蛋白合成和分解、能量代谢、DNA分子修复以及解毒过程有关。     

热带、亚热带太平洋和南印度洋束毛藻的大尺度分布研究

利用2008年大洋环球航次,研究了热带、亚热带太平洋和南印度洋中束毛藻丰度的大尺度分布特征,结果表明:在亚热带西北太平洋和热带东南亚海域束毛藻藻丝平均丰度较高,分别为25.2×103和33.3×103m-3,在热带中太平洋、热带东太平洋和南印度洋束毛藻平均丰度较低,分别为1.76×103,0.87×103和1.52×103m-3。各海区束毛藻丰度与水温无明显相关关系。总叶绿素a的分布特征与束毛藻不同,在太平洋呈西低、东高,在热带东南亚海域较高而在南印度洋较低,从总叶绿素a的粒级结构看,微微型浮游植物(0.2~2μm)所占比重最高,其次是微型浮游植物(2~20μm),小型浮游植物(20μm)所占比重最低。各海区束毛藻对总叶绿素a贡献的比例不同,在亚热带西北太平洋和热带东南亚海域较高,分别占总叶绿素a的7.79%和3.92%,在热带中太平洋、热带东太平洋和南印度洋占总叶绿素a的比例较低,均低于1%。在亚热带西北太平洋束毛藻固氮占真光层总新氮输入量的比例较高,这是该海域新氮的重要来源之一,而在热带中太平洋和热带东太平洋束毛藻固氮对真光层新氮的贡献比例则很低。     

缘管浒苔和羽藻氮、磷营养生理学研究

以无性繁殖系为材料,开展了缘管浒苔和羽藻对NO₃-,NH₄+和PO₄3-的吸收动力学、生长动力学研究。吸收动力学研究结果表明缘管浒苔和羽藻对NO₃- 和PO₄3-的吸收方式为主动运输,对NH₄+的吸收方式为被动扩散。缘管浒苔对NO₃-的最大吸收速率(V_max)、对NH₄+的吸收斜率都大于羽藻,说明缘管浒苔对高浓度的NO₃-和NH₄+具有更强的吸收能力。缘管浒苔吸收NO₃-和NH₄+的a值远大于羽藻,说明在低营养盐浓度时,缘管浒苔对NO₃-和NH₄+的亲和力更强。在PO₄3-的吸收中,羽藻的最大吸收速率(V_max)远大于缘管浒苔,说明羽藻对高浓度PO₄3-的吸收能力更强,但缘管浒苔的a值远大于羽藻,说明前者在低营养盐浓度时PO₄3-的亲和力更强。生长动力学研究结果表明,硝酸氮是促进两种海藻快速生长的最适宜氮源形式,氨氮更易促进藻体叶绿素的积累。在相同氮营养条件下,羽藻表现出比缘管浒苔更强的生长优势。     

2017年绿潮浒苔(Ulva prolifera)生理特征及孢子囊形成情况分析

近几年来在我国青岛海域连续暴发的浒苔绿潮造成了巨大的经济损失并且破坏了近海海洋生态系统平衡。因此,浒苔绿潮受到了越来越多的关注。本研究重点关注了绿潮暴发期间不同海域浒苔藻体生理特征和孢子囊形成情况。研究发现,不同海域里浒苔藻体生理特征差异显著,孢子囊比例显著不同,并且观察到漂浮浒苔的原位萌发。2017年5月中旬,我们在苏北浅滩紫菜养殖区域(33.78°N,121.29°E)对筏架绠绳上生长的绿藻,退潮后滩涂散落的绿藻和涨潮时海面上漂浮的绿藻进行为期5天的野外采集。另外,在2017年6月随科考船对浒苔暴发海域的浒苔样本进行采集。采集范围在(33.5°—36.5°N, 120°—124°E)。结果表明,从低纬度到高纬度,浒苔F_v/F_m(光系统Ⅱ最大光化学量子产量)值从0.65逐渐降低至0.3左右;YⅡ(光系统Ⅱ实时光化学量子产量)值也从最高0.5左右降低至最低0.1。此外,定生浒苔F_v/F_m值为0.6—0.8左右,明显高于漂浮浒苔; YⅡ值也有类似趋势。在孢子囊形成比例方面,定生浒苔约有5%藻体形成了孢子囊,而漂浮浒苔中孢子囊形成比例达到20%。数据表明,低纬度区域为浒苔来源地,浒苔生理活性良好,孢子囊形成比例低。随着浒苔往北漂移,其生理活性降低。并且,漂浮浒苔孢子囊形成比例显著性高于定生浒苔。本文认为,浒苔脱离来源区后,孢子囊的快速形成、成熟和孢子释放以及孢子的原位萌发是浒苔生物量激增的重要原因。     

海洋酸化对马氏珠母贝受精及早期发育的影响

自2010年7月1日至3日,在pH值为8.1、7.7和7.4条件下研究了海洋酸化对马氏珠母贝(Pinctada martensii Dunker)受精及早期发育的影响。结果显示,海洋酸化对不同pH值下马氏珠母贝的受精率无显著影响。pH8.1、pH 7.7和pH 7.4试验组幼虫的壳长、壳高的值逐渐增大,pH 8.1组幼虫的壳长、壳高的值大于同期其他两组的值,且在实验的第24、36、48小时与其他两组同期幼虫的壳长、壳高的值差异显著,这表明海洋酸化显著影响马氏珠母贝幼虫的生长。实验期间,pH 8.1试验组幼虫的存活率和畸形率没有显著变化,而pH 7.7和pH 7.4组幼虫的存活率显著低于pH 8.1组。pH 7.4组幼虫的畸形率显著高于同期pH 8.1和pH 7.7组幼虫的畸形率,表明在海洋酸化的环境中幼虫的发育受到影响。本文将为海洋酸化的相关研究提供基础数据。