2015年10月27日，我院高坤山教授課題組在Nature Communications發表研究論文，表明海洋酸化提高浮游植物苯酚類物質的含量及其食物鏈效應。
隨著人類排放CO2量的增加，海洋吸收越來越多的CO2，導致海洋表層的pH值下降，引起海洋酸化（海水pCO2、H+和HCO3-增加，而CO32-濃度下降）。這種酸化導致的海水化學變化，影響海洋生物的代謝與生存。然而，海洋生物響應海洋酸化的分子與生理學機制，尚不清楚，雖有不少報道，但爭議性強，不確定性大。
高坤山課題組通過研究鈣化浮游植物（顆石藻類）在兩種CO2濃度條件下（對照組:395ppmv;酸化組：1000 ppmv）蛋白表達的差異，建立了如下科學假設：酸化促進該藻的β-氧化、檸檬酸循環、糖酵解等代謝途徑（圖1）。為了驗證該設想，該課題組通過微（30升）和中尺度（4000升）生態系統裝置與設施，進一步研究發現，浮游植物群落苯酚類物質含量和呼吸速率（圖2a, b），與對照相比，分別增加了46%-212%和130-160%。該結果顯示，浮游植物，在高CO2/低pH條件下調整代謝途徑，促進了苯酚類物質的合成，并通過其降解增加了細胞抵御酸性脅迫所需要的能量。
因為苯酚類物質有毒性，其在浮游植物中的累積，可能產生食物鏈效應。為此，該課題組將微、中尺度生態系統中生長的浮游植物，喂食浮游動物，發現浮游動物體內苯酚類物質含量也明顯升高，與對照組相比，增加了28-48%（圖2c, d）。
該研究通過多種實驗手段的結合，在不同的規模培養體系（實驗室內，微尺度與中尺度培養體系）（圖3）中開展了一系列研究，闡明了浮游植物響應海洋酸化的內在分子代謝機制及其潛在的食物鏈效應。隨著海洋酸化的進一步惡化，食物鏈能量的傳遞，甚至于海產品的質量等，可能會受到影響。
該論文的第一作者金鵬是高坤山實驗室的博士生，高坤山為通訊作者。
Abstract:
Increasing atmospheric CO2 concentrations are causing ocean acidification (OA), altering carbonate chemistry with consequences for marine organisms. Here we show that OA increases by 46 to 212% the production of phenolic compounds in phytoplankton grown under the elevated CO2 concentrations projected for the end of this century, compared to the ambient CO2 level. At the same time, mitochondrial respiration rate is enhanced at the elevated CO2 by 130-160% in a single species or mixed phytoplankton assemblage. When fed with phytoplankton cells grown under OA, zooplankton assemblages have significantly higher contents of phenolic compounds, by about 28-48%. The functional consequences of the increased accumulation of toxic phenolic compounds in primary and secondary producers have the potential to have profound consequences for marine ecosystem and seafood quality, with a possibility that fisheries industries could be influenced as a result of progressive ocean changes.
Reference:
Peng Jin, Tifeng Wang, Nana Liu, Sam Dupont, John Beardall, Philip W. Boyd, Ulf Riebesell and Kunshan Gao. Ocean acidification increases the accumulation of toxic phenolic compounds across trophic levels. NatureCommunications. DOI: 10.1038/ncomms9714.
Link to full text: http://www.nature.com/ncomms/2015/151027/ncomms9714/full/ncomms9714.html#affil-auth
