珊瑚脂質(zhì)是其共生蟲黃藻密度降低時(shí)的重要能量來源

門征，陳漢吉，許慎棟, ，余克服, ，莫洪燕

( 1. 廣西大學(xué) 海洋學(xué)院 廣西南海珊瑚礁研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004；2. 中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所 中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺 264003；3. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海），廣東 珠海519082)

1 引言

在人類活動和氣候變暖的影響下，全球珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)正在經(jīng)歷嚴(yán)重的退化[1-3]。珊瑚的環(huán)境適應(yīng)性和抗白化能力仍有許多未知之處。以往的研究主要集中于珊瑚共生蟲黃藻密度和種類[4-5]、珊瑚形態(tài)[6-7]、組織厚度[8]等對珊瑚白化敏感性的影響。從能量供給的角度來看，白化時(shí)共生蟲黃藻密度的降低會導(dǎo)致其光合作用強(qiáng)度的減弱，進(jìn)而導(dǎo)致光合營養(yǎng)向珊瑚宿主提供的能量減少[9-10]。此時(shí)，珊瑚需要其他類型的能量來滿足其日常代謝需求。許多研究證明，珊瑚宿主可以通過提高其自身異養(yǎng)攝食的強(qiáng)度來彌補(bǔ)蟲黃藻自養(yǎng)營養(yǎng)輸入的減少，并維持正常的能量供給[10-13]。但是目前關(guān)于珊瑚體內(nèi)的脂質(zhì)在維持能量供給穩(wěn)定中的作用關(guān)注較少。

在健康的珊瑚中，共生蟲黃藻通過光合作用固定大量的碳，主要以葡萄糖和甘油等有機(jī)化合物形式轉(zhuǎn)移到宿主，滿足珊瑚正常的能量需要[14]。與此同時(shí)，一部分碳被合成脂質(zhì)并儲存在珊瑚宿主組織中[15-16]。珊瑚宿主組織中的脂質(zhì)含量占據(jù)珊瑚共生體（共生蟲黃藻和珊瑚宿主）中脂質(zhì)含量的絕大部分，高達(dá)90%以上[17]。脂質(zhì)是珊瑚重要的能量成分和結(jié)構(gòu)成分，參與珊瑚大部分生化和生理過程[18-19]。其中，甘油三酯和蠟酯是儲存能量的主要脂質(zhì)，占總脂質(zhì)含量的40%～73%[20]；甾醇和磷脂是主要的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，占總脂質(zhì)含量的9%～60%，結(jié)構(gòu)脂質(zhì)是珊瑚細(xì)胞膜及蟲黃藻的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[18-19]。在自然環(huán)境中，環(huán)境脅迫會使珊瑚失去體內(nèi)的蟲黃藻/光合色素，導(dǎo)致珊瑚產(chǎn)生白化現(xiàn)象[21]。即使在未發(fā)生嚴(yán)重白化事件的年份，珊瑚的共生蟲黃藻密度在不同季節(jié)也會出現(xiàn)明顯的變化。通常由于海水溫度升高/太陽輻射增強(qiáng)，珊瑚在夏季會失去大量的蟲黃藻[8,22-23]。蟲黃藻密度與珊瑚光合作用強(qiáng)度密切相關(guān)，蟲黃藻密度的降低伴隨著光合作用強(qiáng)度的下降[4,24]。在這種情況下，珊瑚無法通過蟲黃藻光合作用獲得足夠的新陳代謝所需求的能量。研究珊瑚的脂質(zhì)含量在不同季節(jié)，尤其是尚未白化的健康珊瑚在夏季蟲黃藻密度降低時(shí)其脂質(zhì)含量的變化情況，有助于我們進(jìn)一步理解珊瑚在環(huán)境壓力下維持能量平衡的機(jī)制。然而以往關(guān)于脂質(zhì)的研究主要集中在脂質(zhì)的來源[1]、合成途徑[25]、成分分析[18]等。目前關(guān)于珊瑚脂質(zhì)含量對野外自然因素所導(dǎo)致的夏季蟲黃藻密度及其光合作用強(qiáng)度降低有何響應(yīng)鮮有報(bào)道。

研究珊瑚脂質(zhì)對蟲黃藻密度及其光合作用強(qiáng)度變化的響應(yīng)難點(diǎn)在于野外大規(guī)模測定蟲黃藻的光合作用強(qiáng)度較為困難。這一問題可以通過在室內(nèi)測定采集回來的珊瑚共生蟲黃藻的穩(wěn)定氮同位素（δ15Nz）值來解決。蟲黃藻的δ15Nz值與珊瑚光合作用強(qiáng)度密切相關(guān)[26-27]。蟲黃藻在光合作用時(shí)傾向于優(yōu)先吸收含輕14N的無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)（14NH+4、14NO-3等），這被稱為同位素分餾效應(yīng)[28]。當(dāng)珊瑚光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，蟲黃藻對氮的需求增加[29]。為了滿足光合作用的需要，蟲黃藻有效同化可用的氮，吸收更多更重的15N，導(dǎo)致分餾效應(yīng)降低[30]。綜上，蟲黃藻δ15Nz值受光合作用強(qiáng)度影響，蟲黃藻光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，δ15Nz值隨之升高，當(dāng)光合作用強(qiáng)度減弱時(shí)，δ15Nz值降低[27-28]。因此，我們可以借助珊瑚共生蟲黃藻δ15Nz值的大小獲取光合作用相對強(qiáng)度的信息。

西沙群島珊瑚礁區(qū)位于南海中部，遠(yuǎn)離大陸，受人類活動影響較小，但其更容易受到自然環(huán)境脅迫（異常水溫、光照條件等）的影響[31]。例如在2020年，西沙群島夏季（6月）最高海表面溫度（Sea Surface Temperature, SST）高達(dá)30.6°C。夏季較高的SST通常會導(dǎo)致珊瑚蟲黃藻密度降低[31]。因此，西沙群島為研究自然條件下珊瑚脂質(zhì)含量對夏季蟲黃藻密度降低的響應(yīng)提供了理想的研究區(qū)域。本文以2020年春季（3月）和夏季（6月）從西沙群島采集的帛琉蜂巢珊瑚（Favia palauensis）和澄黃濱珊瑚（Porites lutea）樣品為研究對象，測定了蟲黃藻密度、脂質(zhì)含量等生理參數(shù)以及蟲黃藻穩(wěn)定氮同位素δ15Nz值地球化學(xué)指標(biāo)。通過生理參數(shù)與同位素指標(biāo)相結(jié)合：（1）分析了珊瑚共生蟲黃藻密度在夏季的降低及其原因；（2）通過δ15Nz值討論了夏季蟲黃藻密度的降低導(dǎo)致其光合作用強(qiáng)度的下降；（3）分析脂質(zhì)對夏季蟲黃藻光合作用強(qiáng)度降低的響應(yīng)，并探討了脂質(zhì)儲備對維持珊瑚能量供給穩(wěn)定的意義。研究結(jié)果有助于從能量供給的角度進(jìn)一步深入理解珊瑚的環(huán)境適應(yīng)能力。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域和珊瑚樣品采集

西沙群島（15°46′～17°08′N，111°11′～112°54′E）位于南海中部，是熱帶海區(qū)典型的珊瑚礁島群，距海南省三亞市約330 km，遠(yuǎn)離人口稠密的大陸。西沙群島的珊瑚礁受人類活動影響較小，呈現(xiàn)出較高的活珊瑚覆蓋率[32]。但是，近年來全球變暖、海水溫度升高、厄爾尼諾事件頻發(fā)等對珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了不利影響[3]。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)（https://giovanni.gsfc.nasa.gov）顯示，研究區(qū)域采樣年份（2020年）3月光合有效輻射（Photosynthetically Active Radiation, PAR）為47.06 E/(m2·d），6月 為56.65 E/(m2·d）；3月 平 均SST為26.6°C，6月為30.3°C（高于珊瑚最適宜生長溫度25～30℃的上限[31]）。

2020年3月和6月從西沙群島礁區(qū)2～4 m水深處，共采集到45個(gè)健康珊瑚，包括F. palauensis和P.lutea兩個(gè)種，具體采樣點(diǎn)見圖1。其中F. palauensis在3月（n=10）和6月（n=17）共 采 集 到27個(gè)，P.lutea在3月（n=5）和6月（n=13）共采集到18個(gè)。所有的樣品均在健康的珊瑚群落中隨機(jī)采樣，采集后的樣品在實(shí)驗(yàn)分析前處于-20℃冷凍保存。

圖1 本文研究區(qū)域① 審圖號為GS(2020)4618號。（a）和具體采樣點(diǎn)（b）Fig. 1 The study area (a) and specific locations of sampling (b) in this paper

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 共生蟲黃藻密度

珊瑚樣品采集完成之后，從每個(gè)樣品中分出一部分，將這部分分別修剪成合適的大?。ㄩL2～3 cm）用于測量共生蟲黃藻密度。剩余部分的樣品保存在-20°C的冰箱中用于后續(xù)測定脂質(zhì)含量。使用waterpik沖洗器（經(jīng)過0.4 μm濾膜過濾的海水）高壓沖洗珊瑚表層，使珊瑚共生組織和骨骼分離，收集所有的沖洗漿液。將珊瑚骨骼放入35°C的烘箱中烘干后保存在PE塑料密封袋中用于測定其表面積。用量筒測量所有沖洗漿液的總體積，混合均勻后取4份，每份3 mL在離心管中離心（4 000 r/min，3 min）。去除上層清液，剩余藻體加入1 mL 5%甲醛固定2～4 h后置于0℃保存用于顯微鏡觀察。使用血球計(jì)數(shù)板統(tǒng)計(jì)蟲黃藻的數(shù)量（n=8），并換算成總體積溶液內(nèi)所含蟲黃藻的數(shù)量。用鋁箔紙包裹珊瑚表面，裁剪下包裹珊瑚的鋁箔紙并稱重。裁剪長和寬均為10 cm的鋁箔紙稱重后計(jì)算出每平方厘米的鋁箔紙重量，通過包裹珊瑚骨骼表面鋁箔紙的重量除以每平方厘米鋁箔紙的重量計(jì)算出珊瑚樣品的表面積。最后依據(jù)總體積溶液內(nèi)所含蟲黃藻數(shù)量除以珊瑚骨骼表面積計(jì)算出珊瑚共生蟲黃藻密度[23,33]。

2.2.2 蟲黃藻和宿主組織的分離與收集

將2.2.1節(jié)中剩余的沖洗漿液離心處理（1 500 r/min，10 min）分離蟲黃藻和宿主組織[20]。下層沉淀（蟲黃藻顆粒）加入0.5 mL HCl（1 mol/L）去除附著的碳酸鹽后用去離子水沖洗兩次。隨后放入35℃的烘箱中烘干收集用于測定氮同位素[34]。

2.2.3 脂質(zhì)

取2.2.1節(jié)中用于測定脂質(zhì)含量的珊瑚樣品，將每個(gè)樣品分別放入含有10%甲醛的海水浸泡24 h。用蒸餾水沖洗珊瑚樣品并在35℃下干燥。將干燥的樣品分別單獨(dú)放入裝有約20 mL氯仿-甲醇（2∶1）的軟木塞小瓶中提取脂質(zhì)。萃取24 h后，將溶劑萃取液通過粗濾紙過濾器倒入預(yù)先稱重的鋁盤中。為了將殘余溶劑沖洗干凈，用2～5 mL氯仿-甲醇溶液（2∶1）沖洗珊瑚樣品和過濾器。然后將含有溶劑的鋁盤在55℃下烘干，得到的脂質(zhì)重量精確到0.001 g。脂質(zhì)提取完成后，將瓶中剩余的珊瑚樣品取出并烘干。用鋁箔紙包裹珊瑚表面，根據(jù)鋁箔紙重量和面積的關(guān)系計(jì)算珊瑚骨骼表面積。最后由脂質(zhì)重量除以珊瑚骨骼表面積得到珊瑚脂質(zhì)含量[35]。

2.2.4 穩(wěn)定同位素分析

使用Sercon Integra 2型元素分析-穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜聯(lián)用儀（EA-IRMS）進(jìn)行珊瑚δ15Nz測試分析。為了監(jiān)視儀器的穩(wěn)定性和保證測試的精度，在整個(gè)測試過程中每12個(gè)樣品插入兩個(gè)乙酰苯胺標(biāo)樣（δ15N值為-4.21‰）。δ15Nz值以空氣中N2標(biāo)準(zhǔn)給出。每個(gè)樣品至少分析兩次，最終結(jié)果取平均值，其分析誤差≤0.2‰。

2.3 數(shù)據(jù)分析

本研究數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析工作在軟件SPSS 25.0中進(jìn)行。使用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)分別檢驗(yàn)珊瑚蟲黃藻密度、脂質(zhì)含量、δ15Nz值在季節(jié)、屬種間的差異性。Shapiro-Wilk檢驗(yàn)和Levene檢驗(yàn)分別用于評估數(shù)據(jù)是否滿足正態(tài)性和方差齊性。利用Pearson相關(guān)性分析分析了珊瑚蟲黃藻密度與δ15Nz值及珊瑚脂質(zhì)含量與蟲黃藻密度、δ15Nz值之間的相關(guān)性。所有數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差（mean±SD）表示。

3 結(jié)果

3.1 珊瑚生理參數(shù)和穩(wěn)定氮同位素的屬種差異

為了提高研究結(jié)果的可靠性，本文采用野外覆蓋度高且具有代表性的F. palauensis和P. lutea兩種塊狀珊瑚進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證。我們利用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)分析了F. palauensis和P. lutea蟲黃藻密度、脂質(zhì)含量、δ15Nz值之間的差異。如表1所示，兩種珊瑚各參數(shù)之間均無顯著差異。

表1 兩種珊瑚在3月和6月蟲黃藻密度、脂質(zhì)含量、δ15Nz值的屬種差異Table 1 Interspecific differences in zooxanthellae density, lipid content and δ15Nz value of two genera of corals in March and June

3.2 珊瑚生理參數(shù)和穩(wěn)定氮同位素的季節(jié)差異

本研究中兩種珊瑚的蟲黃藻密度均呈現(xiàn)明顯的季節(jié)差異（表2）。具體來看，F(xiàn). palauensis和P. lutea3月的蟲黃藻密度平均值分別為（2.96±0.59）×106cells/cm2、（2.67±0.43）×106cells/cm2，6月的蟲黃藻密度平均值分別為（2.32±0.61）×106cells/cm2、（2.07±0.53）×106cells/cm2，如圖2a所示，兩種珊瑚在夏季（6月）的蟲黃藻密度明顯低于春季（3月）。兩種珊瑚的脂質(zhì)含量也呈現(xiàn)明顯的季節(jié)差異（表2）。F. palauensis和P. lutea3月的脂質(zhì)含量平均值分別為（5.70±0.50）mg/cm2、（5.89±0.61）mg/cm2，6月的脂質(zhì)含量平均值分別為（4.48±0.53）mg/cm2、（4.35±0.82）mg/cm2，如圖2b所示，兩種珊瑚在夏季的脂質(zhì)含量明顯低于春季。兩種珊瑚的δ15Nz值也呈現(xiàn)明顯的季節(jié)差異（表2）。F. palauensis和P. lutea3月的δ15Nz平均值分別為（5.47±0.33）‰、（5.64±0.25）‰、6月的δ15Nz平均值分別為（5.08±0.38）‰、（5.05±0.32）‰，如圖2c所示，兩種珊瑚δ15Nz值在夏季明顯低于春季。

圖2 兩種珊瑚蟲黃藻密度（a）、脂質(zhì)含量（b）、δ15Nz值（c）的季節(jié)差異Fig. 2 Seasonal differences in zooxanthellae density (a), lipid content (b) and δ15Nz value (c) of two genera of corals

表2 兩種珊瑚蟲黃藻密度、脂質(zhì)含量、δ15Nz的季節(jié)差異Table 2 Seasonal differences in zooxanthellae density, lipid content and δ15Nz of two genera of corals

3.3 蟲黃藻密度與δ15Nz值的相關(guān)性

δ15Nz值與珊瑚共生蟲黃藻的光合作用強(qiáng)度密切相關(guān)[27-28,30]。以往的研究發(fā)現(xiàn)，蟲黃藻密度會影響珊瑚共生蟲黃藻光合作用強(qiáng)度[26,36]。我們分析了兩種珊瑚蟲黃藻密度與δ15Nz值之間的相關(guān)性，結(jié)果顯示蟲黃藻密度與δ15Nz值呈正相關(guān)關(guān)系，如圖3所示。

圖3 兩種珊瑚蟲黃藻密度與δ15Nz值的關(guān)系Fig. 3 Relationship between zooxanthellae density and δ15Nz value of two genera of corals

3.4 脂質(zhì)含量與蟲黃藻密度和δ15Nz值的相關(guān)性

為了研究珊瑚脂質(zhì)含量與蟲黃藻密度、光合作用強(qiáng)度之間的關(guān)系。我們分析了珊瑚脂質(zhì)含量與蟲黃藻密度、δ15Nz值之間的相關(guān)性。如圖4所示，珊瑚脂質(zhì)含量與蟲黃藻密度、δ15Nz值之間均呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4 珊瑚樣本蟲黃藻密度與脂質(zhì)含量的關(guān)系（a）及珊瑚樣本δ15Nz值與脂質(zhì)含量的關(guān)系（b）Fig. 4 Relationship between zooxanthellae density and lipid content of coral samples (a) and relationship between δ15Nz value and lipid content of coral samples (b)

4 討論

4.1 夏季共生蟲黃藻密度顯著降低

本研究中，兩種珊瑚的共生蟲黃藻密度在夏季（6月）均顯著低于春季（3月）（圖2a）。這與以往的研究結(jié)果一致，例如，Warner等[4]發(fā)現(xiàn)，在加勒比圓菊珊瑚屬（Montastraea）的蟲黃藻密度在春季高于夏季。Fitt等[8]發(fā)現(xiàn)，在巴哈馬群島5種珊瑚的蟲黃藻密度在夏季末最低，在冬季最高。以往的研究表明，SST是影響珊瑚蟲黃藻密度最重要的環(huán)境因素之一[8,22-23,31]。當(dāng)SST接近甚至超過珊瑚耐受溫度的上限會導(dǎo)致蟲黃藻密度降低[37-38]。這是因?yàn)樯汉髟诟邷孛{迫下，宿主細(xì)胞功能紊亂，蟲黃藻和宿主之間的共生關(guān)系被破壞，含有蟲黃藻的宿主細(xì)胞分解速度加快，蟲黃藻被排出珊瑚體外[39]。例如，Glynn和D'Croz[37]通過室內(nèi)溫度脅迫實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鹿角杯形珊瑚（Pocillopora damicornis）在30～32℃時(shí)蟲黃藻密度迅速降低，但當(dāng)珊瑚處于正常溫度（26～28℃）時(shí)蟲黃藻密度仍保持較高水平。在本研究中，研究區(qū)域采樣年份平均SST為30.3°C，高于3月的26.6°C。并且30.3°C高于珊瑚最適宜生長溫度的上限30°C[31,38]。因此，我們認(rèn)為夏季的高溫脅迫是導(dǎo)致蟲黃藻密度在夏季降低的重要因素之一。

此外，過多的光照/紫外線輻射會阻礙光合系統(tǒng)電子轉(zhuǎn)移、損傷光合系統(tǒng)II（PSII）上D1蛋白和增加破壞性活性氧的數(shù)量，最終導(dǎo)致珊瑚選擇性地排出體內(nèi)部分蟲黃藻[40]。例如，Kuguru等[41]發(fā)現(xiàn)，在高輻射條件下，每個(gè)香菇珊瑚（Rhodactis rhodostoma）的共生蟲黃藻密度都會明顯降低。本研究中采樣年份6月的平均PAR為56.65 E/(m2·d)，高于3月的47.06 E/(m2·d)。因此較高的光照強(qiáng)度也可能是導(dǎo)致蟲黃藻密度在夏季降低的原因之一。

蟲黃藻密度是反映珊瑚健康狀況的重要生理指標(biāo)[8]。珊瑚具有較高的蟲黃藻密度可以保護(hù)其免受溫度和紫外線輻射的傷害，增加其對熱白化的耐受性[42-43]。不僅如此，蟲黃藻密度與珊瑚的光合作用強(qiáng)度密切相關(guān)[26,44]。珊瑚所需的營養(yǎng)物質(zhì)主要通過共生蟲黃藻轉(zhuǎn)移光合作用產(chǎn)物獲得[12,17,20]。研究珊瑚光合作用強(qiáng)度對夏季蟲黃藻密度降低的響應(yīng)有助于更好地理解珊瑚的能量供應(yīng)機(jī)制。

4.2 夏季共生蟲黃藻密度的降低導(dǎo)致其光合作用強(qiáng)度降低

δ15Nz值可以指示珊瑚共生蟲黃藻光合作用強(qiáng)度的變化[28-29]。蟲黃藻光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，δ15Nz值隨之升高，反之亦然[30]。例如，Muscatine和Kaplan[27]的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)珊瑚共生蟲黃藻光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，蟲黃藻會吸收大部分可用的氮，蟲黃藻同位素分餾效應(yīng)降低，δ15Nz值升高。以往的研究發(fā)現(xiàn)，蟲黃藻密度會影響珊瑚共生蟲黃藻光合作用強(qiáng)度，進(jìn)而影響蟲黃藻的δ15Nz值[26,36]。理論上，蟲黃藻密度越高，珊瑚光合作用強(qiáng)度越強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致δ15Nz值升高，反之亦然[36]。例如，Heikoop等[26]研究發(fā)現(xiàn)蟲黃藻密度較高的礁區(qū)珊瑚δ15Nz值也較高，原因是高蟲黃藻密度導(dǎo)致珊瑚光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，蟲黃藻的同位素分餾效應(yīng)降低。本研究中，兩種珊瑚的蟲黃藻密度與δ15Nz值均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（F. palauensis：r=0.69，p＜0.001；P. lutea：r=0.74，p＜0.001，圖3）。這說明兩種珊瑚的δ15Nz值會受到蟲黃藻密度的影響，且蟲黃藻密度越高的珊瑚其自養(yǎng)光合作用越強(qiáng)，并導(dǎo)致δ15Nz值越高。此外，蟲黃藻δ15Nz呈 現(xiàn) 明 顯 的 季 節(jié) 差 異（F. palauensis：t=2.71，p＜0.05；P. lutea：t=3.73，p＜0.05，表2），春季珊瑚的δ15Nz值高于夏季（圖2c），這與蟲黃藻密度的季節(jié)性變化模式一致（圖2a）。δ15Nz值與蟲黃藻密度相同的變化模式意味著不同季節(jié)珊瑚蟲黃藻密度的差異導(dǎo)致了蟲黃藻光合作用強(qiáng)度的不同，進(jìn)而造成δ15Nz值的差異。因此，我們認(rèn)為蟲黃藻密度的減少導(dǎo)致珊瑚共生蟲黃藻光合作用強(qiáng)度和δ15Nz值在夏季降低。

需要指出的是，光照也是影響蟲黃藻光合作用強(qiáng)度的重要因素之一。有研究發(fā)現(xiàn)，在共生蟲黃藻能承受的范圍內(nèi)，光照越強(qiáng)，蟲黃藻光合作用強(qiáng)度及其δ15Nz值越高，反之亦然[27,29]。例如，Heikoop等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，在淺水（強(qiáng)光環(huán)境）中，強(qiáng)光照導(dǎo)致珊瑚光合作用增強(qiáng)，蟲黃藻對15N的吸收增多，δ15Nz升高。本研究中采樣年份3月平均PAR為47.06 E/(m2·d)，6月為56.65 E/(m2·d)，6月平均PAR比3月高20%。理論上，如果光照是影響蟲黃藻光合作用強(qiáng)度的主要因素時(shí)，6月珊瑚的光合作用強(qiáng)度及其δ15Nz值應(yīng)略高于3月。然而，相反的是，6月珊瑚的δ15Nz值低于3月（圖2c）。這可能是因?yàn)?月光照增強(qiáng)導(dǎo)致的光合作用強(qiáng)度增加的幅度被蟲黃藻密度降低導(dǎo)致的光合作用強(qiáng)度降低的幅度所掩蓋。因此，在本研究中，光照不是導(dǎo)致夏季珊瑚蟲黃藻光合作用強(qiáng)度和δ15Nz值降低的原因。

4.3 脂質(zhì)儲備是對蟲黃藻自養(yǎng)光合作用降低的有效補(bǔ)充

造礁石珊瑚主要依賴共生蟲黃藻的光合作用獲取能量，光合營養(yǎng)可以為珊瑚宿主提供大部分甚至100%的日常代謝能量需求[44-45]。共生蟲黃藻密度降低導(dǎo)致珊瑚光合作用強(qiáng)度降低，進(jìn)而導(dǎo)致光合營養(yǎng)貢獻(xiàn)給珊瑚宿主的能量減少[13]。此時(shí)珊瑚需要依靠其他能量來源來滿足其正常的代謝能量需求。珊瑚可利用的儲存能量主要存在于細(xì)胞內(nèi)的大分子（如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和碳水化合物）中[46]，這些大分子是由蟲黃藻光合作用固定的碳如甘油、葡萄糖、丙氨酸、谷氨酸等轉(zhuǎn)化而成[44,47]。但是蛋白質(zhì)供能不具有普遍性，碳水化合物只占珊瑚能量儲備的小部分，這兩種物質(zhì)提供的能量只能作為珊瑚短時(shí)間的補(bǔ)給[9,48]。而脂質(zhì)作為長期的能量補(bǔ)充，每克脂質(zhì)（能量：39.5 kJ）比每克蛋白質(zhì)（能量：23.9 kJ）和每克碳水化合物（能量：17.5 kJ）多產(chǎn)生65%和126%的能量[49]。珊瑚組織內(nèi)含有大量的脂質(zhì)，可以形成高達(dá)40%的珊瑚組織生物量[20,35]。因此蘊(yùn)含豐富能量的脂質(zhì)是珊瑚潛在的能量儲備。研究光合作用強(qiáng)度降低導(dǎo)致光合營養(yǎng)供給減少時(shí)脂質(zhì)含量的變化，有助于我們進(jìn)一步理解珊瑚在環(huán)境壓力下維持能量平衡的機(jī)制。

從圖2b可以看出，本研究中兩種珊瑚的脂質(zhì)含量在夏季均顯著低于春季，這與其共生蟲黃藻密度及其光合作用強(qiáng)度的季節(jié)變化一致（圖2a，圖2c）。不僅如此，珊瑚脂質(zhì)含量與蟲黃藻密度、δ15Nz值之間均呈正相關(guān)關(guān)系（與蟲黃藻密度：r=0.33，p＜0.05，n=45；與δ15Nz值：r=0.30，p＜0.05，n=45，圖4）。這說明珊瑚脂質(zhì)含量受蟲黃藻密度及其光合作用強(qiáng)度的影響，并且蟲黃藻密度和光合作用強(qiáng)度越低的珊瑚其脂質(zhì)含量越低。這意味著當(dāng)夏季光合作用強(qiáng)度降低時(shí)，珊瑚可以通過消耗作為能量儲備的脂質(zhì)來維持正常的能量需求。這在以往關(guān)于珊瑚的白化研究和室內(nèi)養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到了驗(yàn)證。例如Grottoli等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與健康珊瑚相比，白化后的扁縮濱珊瑚（Porites compressa）總脂質(zhì)含量顯著降低了56%，這是因?yàn)榘谆笊汉鞴夂献饔脧?qiáng)度降低導(dǎo)致來自蟲黃藻的營養(yǎng)減少，珊瑚在恢復(fù)過程中通過消耗自身的脂質(zhì)儲備來滿足能量的需求。Davies[45]通過控制光照水平發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光照強(qiáng)度較高時(shí)，鹿角杯形珊瑚、疣表孔珊瑚（Montipora verrucosa）和團(tuán)塊濱珊瑚（Porites lobata）通過光合作用產(chǎn)生的能量足夠滿足其呼吸和生長的需求，此時(shí)珊瑚將脂質(zhì)以黏液的形式排出以釋放多余的能量；當(dāng)光照減弱時(shí)，3種珊瑚自養(yǎng)光合作用獲得的能量顯著降低，此時(shí)珊瑚通過消耗脂質(zhì)來彌補(bǔ)光合能量供應(yīng)的不足。

需要指出的是珊瑚共生蟲黃藻光合作用會影響脂質(zhì)的合成[17,20,47]。蟲黃藻利用珊瑚光合作用產(chǎn)生的能量將光合固定碳合成為脂質(zhì)后以脂滴的形式迅速轉(zhuǎn)移到宿主體內(nèi)[15,17]。當(dāng)珊瑚光合作用強(qiáng)度降低時(shí)，用于合成脂質(zhì)的物質(zhì)和能量減少，珊瑚脂質(zhì)含量降低。例如，Porter等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，受夏季高溫的影響，圓菊珊瑚和拉馬克氏菌珊瑚（Agarwia lamarck）共生蟲黃藻密度分別降低了86%和57%，這導(dǎo)致兩種珊瑚的脂質(zhì)含量分別顯著下降了39%和73%。因此，夏季較低的光合作用強(qiáng)度限制了脂質(zhì)的合成，也可能在一定程度上導(dǎo)致了脂質(zhì)含量的降低。

本研究中的兩種塊狀珊瑚F. palauensis和P.lutea均是在健康狀態(tài)下，即沒有直觀可見的白化情況下采集的。兩種珊瑚的蟲黃藻密度、脂質(zhì)含量和δ15Nz值均無明顯的屬種間差異（表1）。本文選取兩種塊狀珊瑚進(jìn)行研究，二者的結(jié)果可以相互印證，使研究結(jié)果更可靠。結(jié)果顯示，兩種珊瑚的脂質(zhì)含量在夏季顯著降低，這與其共生蟲黃藻密度及其光合作用強(qiáng)度的變化特征一致。前人關(guān)于珊瑚脂質(zhì)含量與白化關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)：珊瑚的脂質(zhì)含量越高，在白化事件中存活的概率越大、存活的時(shí)間也越長[50]。因此我們認(rèn)為，脂質(zhì)能量儲備是對珊瑚自養(yǎng)作用降低的有效補(bǔ)充，這對于維持珊瑚能量供給的穩(wěn)定具有重要意義，進(jìn)而可以提高它們的環(huán)境適應(yīng)能力。具有豐富脂質(zhì)儲備的珊瑚對環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力以及對白化的耐受性更強(qiáng)。

5 結(jié)論

本文通過同位素地球化學(xué)指標(biāo)和生理參數(shù)相結(jié)合的方法，研究了帛琉蜂巢珊瑚和澄黃濱珊瑚脂質(zhì)對夏季蟲黃藻密度及其光合作用強(qiáng)度變化的響應(yīng)，進(jìn)而探討了脂質(zhì)對維持珊瑚能量供給穩(wěn)定的意義。結(jié)果顯示：兩種珊瑚的δ15Nz值與蟲黃藻密度之間均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，并且夏季珊瑚的共生蟲黃藻密度和δ15Nz值都顯著低于春季。這意味著夏季共生蟲黃藻密度的降低導(dǎo)致了其光合作用強(qiáng)度的降低，自養(yǎng)光合作用提供給珊瑚宿主的能量減少。與此同時(shí)，兩種珊瑚中蘊(yùn)含豐富能量的脂質(zhì)的含量也顯著下降，這說明當(dāng)夏季蟲黃藻密度及其光合作用降低時(shí)，珊瑚可以通過消耗其自身儲存的脂質(zhì)更好地維持能量供給的穩(wěn)定。脂質(zhì)能量儲備是對蟲黃藻自養(yǎng)光合作用降低的有效補(bǔ)充，這對于提高它們對環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力以及抗白化能力具有重要意義。