近日，廈門大學海洋與地球學院、近海海洋環境科學國家重點實驗室高光副教授課題組在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”為題發表研究論文。該研究通過生理、生化及分子生物學等手段，揭示了爆發性大型海藻腸滸苔（U. intestinalis）和養殖大型海藻龍須菜（G. lemaneiformis）對海洋熱浪和氮加富的差異性響應，為理解大型海藻對極端天氣氣候事件和富營養化雙重壓力的響應及適應機理提供了新認識。

在全球變暖背景下，海洋熱浪爆發的頻率、強度及范圍都呈現上升趨勢，正在對海洋生態系統造成愈發嚴重的威脅。2007年以來，大型綠藻藻華—綠潮每年都在我國海域大規模爆發，研究顯示這可能是人類活動（包括富營養化等）和氣候變化（包括熱浪等極端海洋天氣氣候事件）雙重作用的結果。與此同時，我國養殖大型海藻減產的現象愈發顯著，這可能也與海洋升溫或熱浪事件相關。然而，對于不同種類大型海藻對海洋熱浪和富營養化雙重環境壓力的響應機制，我們還知之甚少。

圖1丨腸滸苔和龍須菜對海洋熱浪和氮加富差異性響應的示意圖

本研究以爆發性大型海藻腸滸苔和養殖大型海藻龍須菜為研究對象，通過模擬海洋熱浪條件，分別在氮限制和氮充足條件下進行了藻體培養。試驗結果表明（圖1）：

1. 在氮限制條件下，熱浪促使腸滸苔氧化磷酸化及三羧酸循環等相關代謝途徑增強，這導致更多體細胞轉變為生殖細胞釋放出孢子，從而造成生物量的顯著降低。

2. 在氮充足條件下，腸滸苔的藻體顏色變深，光合色素含量及光合活性顯著提高。在熱浪的影響下，腸滸苔繁殖率降低，氧化磷酸化及三羧酸循環等代謝途徑沒有顯著變化，而光合作用和谷胱甘肽代謝途徑顯著增強。

3. 在氮限制條件下，熱浪下調了龍須菜光合作用相關基因的表達，降低了龍須菜的光合活性和光合色素含量，這導致光合作用減弱，并最終造成龍須菜白化死亡。

4. 在氮充足條件下，龍須菜光合作用相關基因表達得到上調，光合作用得到改善，但仍不足以抵御海洋熱浪，最終造成藻體白化死亡。

綜上所述，在氮限制條件下，腸滸苔通過向顯微繁殖體轉換來應對海洋熱浪，而在氮充足條件下，其則通過增強抗氧化系統來保護光合作用和機體；而無論是在氮限制還是氮充足條件下，龍須菜均無法有效應對海洋熱浪最終白化死亡。該研究揭示了不同大型藻類對極端天氣氣候事件的差異性響應機理，預示了人類活動和氣候變化對大型海藻群落結構和多樣性可能造成的影響，為綠潮爆發及養殖大型海藻減產等現象提供了一定的理論解釋。

該論文第一作者為廈門大學碩士研究生蔣美佳，通訊作者為高光副教授，共同作者包括林昕副教授、黃瑞萍博士及碩士研究生高林。該研究得到了國家自然科學基金面上項目（42076154）、國家重點研發計劃“藍色糧倉科技創新”重點專項課題（2018YFD0900703）和MEL自主研究課題（MELRI2004）等的聯合資助。

論文來源

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.

論文鏈接

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