厦门大学海洋与地球学院

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厦门大学高光课题组揭示了爆发性和养殖大型海藻对海洋热浪和氮加富的差异性响应
COE COE 2022/6/23 1015 返回上页

近日,厦门大学海洋与地球学院、近海海洋环境科学国家重点实验室高光副教授课题组在Science of The Total Environment期刊上以“Differential responses of bloom-forming Ulva intestinalis and economically important Gracilariopsis lemaneiformis to marine heatwaves under changing nitrate conditions”为题发表研究论文。该研究通过生理、生化及分子生物学等手段,揭示了爆发性大型海藻肠浒苔(U. intestinalis)和养殖大型海藻龙须菜(G. lemaneiformis)对海洋热浪和氮加富的差异性响应,为理解大型海藻对极端天气气候事件和富营养化双重压力的响应及适应机理提供了新认识。

在全球变暖背景下,海洋热浪爆发的频率、强度及范围都呈现上升趋势,正在对海洋生态系统造成愈发严重的威胁。2007年以来,大型绿藻藻华—绿潮每年都在我国海域大规模爆发,研究显示这可能是人类活动(包括富营养化等)和气候变化(包括热浪等极端海洋天气气候事件)双重作用的结果。与此同时,我国养殖大型海藻减产的现象愈发显著,这可能也与海洋升温或热浪事件相关。然而,对于不同种类大型海藻对海洋热浪和富营养化双重环境压力的响应机制,我们还知之甚少。

图1丨肠浒苔和龙须菜对海洋热浪和氮加富差异性响应的示意图

 

本研究以爆发性大型海藻肠浒苔和养殖大型海藻龙须菜为研究对象,通过模拟海洋热浪条件,分别在氮限制和氮充足条件下进行了藻体培养。试验结果表明(图1):

1. 在氮限制条件下,热浪促使肠浒苔氧化磷酸化及三羧酸循环等相关代谢途径增强,这导致更多体细胞转变为生殖细胞释放出孢子,从而造成生物量的显著降低。

2. 在氮充足条件下,肠浒苔的藻体颜色变深,光合色素含量及光合活性显著提高。在热浪的影响下,肠浒苔繁殖率降低,氧化磷酸化及三羧酸循环等代谢途径没有显著变化,而光合作用和谷胱甘肽代谢途径显著增强。

3. 在氮限制条件下,热浪下调了龙须菜光合作用相关基因的表达,降低了龙须菜的光合活性和光合色素含量,这导致光合作用减弱,并最终造成龙须菜白化死亡。

4. 在氮充足条件下,龙须菜光合作用相关基因表达得到上调,光合作用得到改善,但仍不足以抵御海洋热浪,最终造成藻体白化死亡。

 

综上所述,在氮限制条件下,肠浒苔通过向显微繁殖体转换来应对海洋热浪,而在氮充足条件下,其则通过增强抗氧化系统来保护光合作用和机体;而无论是在氮限制还是氮充足条件下,龙须菜均无法有效应对海洋热浪最终白化死亡。该研究揭示了不同大型藻类对极端天气气候事件的差异性响应机理,预示了人类活动和气候变化对大型海藻群落结构和多样性可能造成的影响,为绿潮爆发及养殖大型海藻减产等现象提供了一定的理论解释。

该论文第一作者为厦门大学硕士研究生蒋美佳,通讯作者为高光副教授,共同作者包括林昕副教授、黄瑞萍博士及硕士研究生高林。该研究得到了国家自然科学基金面上项目(42076154)、国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项课题(2018YFD0900703)和MEL自主研究课题(MELRI2004)等的联合资助。

论文来源

Jiang M, Gao L, Huang R, Lin X, Gao G*. Differential responses of bloom-forming Ulva intestinalis and economically important Gracilariopsis lemaneiformis to marine heatwaves under changing nitrate conditions. Science of the Total Environment, 2022, 840:156591.

论文链接

http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.156591




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