肖寶華，廖寶林，楊小東，謝子強(qiáng)

（1.廣東海洋大學(xué)，廣東 湛江 524088，2.廣東海洋大學(xué)深圳研究院，廣東 深圳 518108，3.深圳市碧海藍(lán)天海洋科技有限公司，廣東 深圳 518108）

光照波長(zhǎng)和光子照度對(duì)霜鹿角珊瑚（Acropora pruinosa）生長(zhǎng)及代謝的影響

肖寶華1，2，廖寶林2，楊小東2，謝子強(qiáng)3

（1.廣東海洋大學(xué)，廣東 湛江 524088，2.廣東海洋大學(xué)深圳研究院，廣東 深圳 518108，3.深圳市碧海藍(lán)天海洋科技有限公司，廣東 深圳 518108）

在實(shí)驗(yàn)室條件下設(shè)置380～410、430～460、530～560、610～640 nm 等4種波長(zhǎng)，以及60、120、180、240、300、360 μmol·m-2·s-1等6組梯度光子照度，分別觀察單枝霜鹿角珊瑚在不同光譜波長(zhǎng)、光子照度條件下珊瑚的生長(zhǎng)特性和代謝水平。結(jié)果表明：光子照度240 μmol·m-2·s-1的不同光譜條件下，霜鹿角珊瑚平均生長(zhǎng)率（G）、單位面積葉綠素含量（Nchl-a）、蛋白質(zhì)（ωP）、脂質(zhì)（ωL）、碳水化合物（ωC）質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化呈顯著性差異（ P＜0.05），除ωC以外，均在波長(zhǎng)530～640 nm光譜光照條件下達(dá)到最大值，其中ωL是ωP和ωC的10倍以上；不同光譜、光子照度梯度條件下，光照條件下的鈣化率（GL）、凈光合作用效率（PN）、總光合作用效率（PG）差異具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），在一定范圍內(nèi)，GL、PG、PN隨著光子照度增強(qiáng)而升高，當(dāng)光子照度超過光合效率光飽和值時(shí)，停止升高或開始降低；GL/GD和GL/PG值也隨著光子照度增強(qiáng)而升高，變化范圍分別在1.51～7.05、0.26～0.69之間，但PG/PN值隨著光子照度增強(qiáng)而降低，變化范圍在0.69～7.38之間。

造礁石珊瑚；光譜；光子照度；光合作用效率；鈣化率

Calcification rates；

珊瑚礁分布主要受緯度限制，除此之外還受光照和霰石飽和度（aragonite）等條件影響［1］。其中，光是影響珊瑚生長(zhǎng)的主要因素之一［2-3］，可見光（PAR，400～700 nm）與紫外光（UVR，290～400 nm）是珊瑚共生蟲黃藻光合作用的能量來源［4］。到達(dá)海底的光照主要由地理緯度和海水深度等因素決定，同時(shí)還受到水體中懸浮微粒和溶解有機(jī)物影響而衰減，隨著深度增加，光強(qiáng)和光譜變化較大，能進(jìn)入水體中的光波長(zhǎng)急劇縮減［5］。

光照為珊瑚礁提供了較高的初級(jí)生產(chǎn)力能量，同時(shí)加速了石珊瑚和珊瑚藻CaCO3骨骼的沉淀［6］。國外研究多以造礁石珊瑚和珊瑚礁為對(duì)象，在細(xì)胞層面主要報(bào)道了光合作用與鈣化作用過程中無機(jī)碳、鈣離子的運(yùn)輸路徑及機(jī)制，在組織層面主要研究了光照條件下的光合作用與鈣化作用間的相互作用及聯(lián)系，在生態(tài)系統(tǒng)層面主要分析了珊瑚礁初級(jí)生產(chǎn)力、鈣化或碳酸鈣沉淀及大氣與海洋二氧化碳交換量間相互作用及聯(lián)系［7］。然而，除了光條件之外，溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽等多種因素對(duì)石珊瑚光合、鈣化作用及生長(zhǎng)、分布也具有重要影響，而且常常因研究種類［8-9］、生活史階段［10-11］以及模擬OA環(huán)境方式［9，12］的不同，所得研究結(jié)果不一致，從而無法確定單個(gè)因素變化對(duì)特定狀態(tài)下石珊瑚生理代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制。

本研究選擇生態(tài)位較寬的霜鹿角珊瑚（Acropora pruinosa）為代表，研究4種波長(zhǎng)光譜以及不同光子照度梯度下的生長(zhǎng)特性和代謝變化，間接反映光譜質(zhì)量和光子照度對(duì)石珊瑚共生體光合作用和鈣化作用的作用效果以及光合、鈣化過程間相互作用，以期為光照影響珊瑚生長(zhǎng)代謝的復(fù)雜機(jī)制研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料采集與暫養(yǎng)

霜鹿角珊瑚（Acropora pruinosa）于2015年3月份在徐聞珊瑚礁國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)采集，采集后立即浸水轉(zhuǎn)運(yùn)至浸水轉(zhuǎn)運(yùn)至規(guī)格1 900mm × 1 100mm × 1 100mm養(yǎng)殖池內(nèi)暫養(yǎng)，暫養(yǎng)海水直接從珊瑚礁區(qū)引入，經(jīng)冷暖機(jī)穩(wěn)定水溫26℃，每天換水1次，換水量30%，水處理維生系統(tǒng)循環(huán)水流速度4 t/h，保持水體穩(wěn)定。養(yǎng)殖池左右兩側(cè)配備兩組造浪泵，間歇式運(yùn)轉(zhuǎn)造浪。

1.2 儀器設(shè)備

1.2.1 工具 KeibaPL-726S剪切鉗；阿隆發(fā)Gel-10膠水；4cm × 4 cm陶瓷底座；微孔0.45 μm濾膜過濾。

1.2.2 設(shè)備 尺寸1 200mm × 600mm × 600mm珊瑚養(yǎng)殖缸5個(gè)；尺寸800mm × 250mm × 200mm玻璃槽6個(gè)；T5HO 2 × 80 W燈具，T5紫外藍(lán)25 000 K、T5海水藍(lán) 25 000 K、T5 綠色 10 000 K、T5高效紅 13 000 K燈管；海利-冷水機(jī)HC-1000BH 1HP；托普云農(nóng)-TP-PH-1光合有效輻射傳感器；梅特勒-托利多便攜式pH計(jì)FG2；熒光法溶氧RDO電極（Thermo Scientific Orion RDO?）；Bradford蛋白濃度測(cè)定試劑盒 PC0010；京華752紫外可見分光光度計(jì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 單枝實(shí)驗(yàn)珊瑚移植 待整株珊瑚暫養(yǎng) 48 h恢復(fù)正常生長(zhǎng)狀態(tài)后，將整株珊瑚截肢為高度2 cm、形狀規(guī)則、含有完整螅體的單枝實(shí)驗(yàn)珊瑚，共320株。采用膠水將單枝實(shí)驗(yàn)珊瑚粘附在陶瓷底座上，接觸空氣不超過30 s，集中暫養(yǎng)，確保破碎組織得到完全恢復(fù)，暫養(yǎng)條件同上。于實(shí)驗(yàn)室養(yǎng)殖缸進(jìn)行光處理研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所有單枝實(shí)驗(yàn)珊瑚移植至自然海域生長(zhǎng)。

1.3.2 不同光譜波長(zhǎng)條件下的珊瑚生長(zhǎng)特性研究

將 150株單枝實(shí)驗(yàn)珊瑚平均分配到 5個(gè)養(yǎng)殖缸，其中1個(gè)養(yǎng)殖缸作為對(duì)照組，提供自然光照，其余4個(gè)養(yǎng)殖缸作為實(shí)驗(yàn)組，分別提供光譜波峰范圍380～410 nm、430～460 nm、530～560 nm、610～640 nm的光照，確保透射進(jìn)入養(yǎng)殖缸水體并到達(dá)珊瑚所在水層光子照度維持在240 μmol·m-2·s-1。實(shí)驗(yàn)周期30 d，第1天和30天測(cè)定生長(zhǎng)指標(biāo)和生理指標(biāo)。生長(zhǎng)指標(biāo)包括平均生長(zhǎng)率（G，mm·d-1），代表單枝珊瑚縱向生長(zhǎng)高度日變化。生理指標(biāo)包括單位面積蟲黃藻密度（NZ，個(gè)·cm-2）和葉綠素含量Nchl-a，μg·cm-2），蛋白質(zhì)（ωP，%）、脂質(zhì)（ωL，%）、碳水化合物（ωC，%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分別以鋁箔紙重量法結(jié)合血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)［13］，丙酮萃取法［14］、Bradford蛋白濃度測(cè)定試劑盒法、重量差法［15］、苯酚-硫酸法［16］測(cè)定。隨機(jī)選取的單枝實(shí)驗(yàn)珊瑚樣品液氮處理后，用10mL 1 mol/L的NaOH溶液90℃消化1 h，加入10mL水制成泥漿樣品，泥漿樣品的一部分用于檢測(cè)碳水化合物含量，另一部分用于檢測(cè)蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 不同光子照度條件下珊瑚代謝反應(yīng)研究

在完全不透光的暗室內(nèi)開展實(shí)驗(yàn)，共設(shè)置4個(gè)實(shí)驗(yàn)組，一個(gè)空白對(duì)照組。分別提供上述四種范圍的照射光譜（燈具、燈管同上），每種光譜設(shè)置60、120、180、240、300、360 μmol·m-2·s-16個(gè)光子照度梯度，以暗處理為對(duì)照組。單個(gè)實(shí)驗(yàn)組處理為將18個(gè)盛有1 000mL新鮮過濾海水（微孔0.45 μm濾膜過濾）的具塞三角瓶均勻分配、并以45° 斜置于一組玻璃槽內(nèi)（6個(gè)高度可調(diào)節(jié)、緊密、平行排列的玻璃槽為一組，單個(gè)玻璃槽與燈管間光子照度與直線距離的平方成反比），調(diào)節(jié)每一個(gè)玻璃槽與燈管間距離使其對(duì)應(yīng)每一個(gè)光子照度梯度。暗處理對(duì)照組只占用一個(gè)玻璃槽和3個(gè)具塞三角瓶。從暫養(yǎng)池隨機(jī)選取單枝實(shí)驗(yàn)珊瑚，每2株平鋪于一只具塞三角瓶瓶底，五組實(shí)驗(yàn)共采用150株單枝珊瑚，其中4個(gè)實(shí)驗(yàn)組各自36株，對(duì)照組6株。所有玻璃槽內(nèi)水位浸沒至具塞三角瓶表面500mL刻度線，三角瓶和玻璃槽內(nèi)水溫通過冷暖機(jī)保持在 26.0～26.5℃。

每組實(shí)驗(yàn)周期為 4 h，實(shí)驗(yàn)前后采用堿性異常技術(shù)［17］快速檢測(cè)每一只瓶?jī)?nèi)水體總堿度［c（A），μmol·L-1］和溶解氧量［c（O2），μmol·L-1）］。通過測(cè)定的c（A）和c（O2）變化分析珊瑚代謝過程［18］，包括光照條件下的鈣化率（GL，mol·cm-2·h-1）；暗環(huán)境條件下的鈣化率（GD，mol·cm-2·h-1）；凈光合作用效率（PN，mg·cm-2·h-1）；暗呼吸作用效率（R，mg·cm-2·h-1）；總光合作用效率（PG= PN+R，mg·cm-2·h-1）。為了更加直觀的說明不同光譜條件下GL或PG伴隨光子照度梯度升高或降低的速率，通過相比較于前一光子照度梯度下的 GL原始值 GL（X-1）［或PG（Y-1）］，將后一光子照度梯度下的GL（X）［或PG（Y）］升高或降低的比例定義為GL（或PG）變化率（%）。

1.3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 22.0 for Windows統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。以α = 0.05和α = 0.01作為差異顯著水平，描述性統(tǒng)計(jì)值采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（M±S.D）表示。單因素方差和Duncan多重比較不同光譜波長(zhǎng)條件下的珊瑚生長(zhǎng)參數(shù)值和不同光子照度條件下珊瑚代謝反應(yīng)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同波長(zhǎng)范圍光譜對(duì)珊瑚生長(zhǎng)特性的影響

在同一波長(zhǎng)范圍條件下，來源于同一霜鹿角珊瑚母株的單枝珊瑚平均生長(zhǎng)率（G）、單位面積蟲黃藻密度（NZ）、葉綠素含量（Nchl-a）以及蛋白質(zhì)（ωP）、脂質(zhì)（ωL）、碳水化合物（ωC）質(zhì)量分?jǐn)?shù)的差異不顯著（P＞0.05），但不同波長(zhǎng)光譜條件下霜鹿角珊瑚G、Nchl-a、ωP、ωL、ωC變化呈顯著性差異（P＜0.05）。波長(zhǎng) 530～560 nm 條件下，G、Nchl-a、NZ達(dá)到最大值，分別為（0.024±0.002）mm·d-1、（3.315±0.033）μg·cm-2、（54 980±260）個(gè)·cm-2；在波長(zhǎng)610～640 nm光譜光照條件下，ωP和ωL達(dá)到最大值，分別為（0.089±0.017）%和（0.602±0.012）%；但ωC在波長(zhǎng)380～410 nm光譜光照條件下達(dá)到最大值，為（0.058±0.005）%。這表明霜鹿角珊瑚生長(zhǎng)適合可見光范圍內(nèi)高波長(zhǎng)光照（530～640 nm），此光譜條件下珊瑚生長(zhǎng)處于最佳狀態(tài)，并且光合作用效率最高。在不同光譜條件下，霜鹿角珊瑚組織中ωP、ωL、ωC變化較小，但ωL是ωP和ωC的10倍以上（表1），表示脂質(zhì)可能為珊瑚能量?jī)?chǔ)備或投入的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.2 不同波長(zhǎng)范圍光譜對(duì)對(duì)珊瑚代謝的影響

從表2可以看出，在不同波長(zhǎng)光譜光照條件下，光子照度增強(qiáng)對(duì)霜鹿角珊瑚光照條件下的鈣化率（GL）、凈光合作用效率（PN）、總光合作用效率（PG）有顯著影響，統(tǒng)計(jì)分析也發(fā)現(xiàn)不同波長(zhǎng)光譜光子照度梯度條件下，霜鹿角珊瑚珊瑚GL、PN、PG差異顯著（P＜0.05）。一定范圍內(nèi)GL、PN、PG都隨著光子照度增強(qiáng)而升高，當(dāng)光子照度超過某一值時(shí)停止升高或開始降低。

波長(zhǎng)380～410、530～560、610～640 nm光譜條件下，霜鹿角珊瑚 GL都在光子照度 240 μmol·m-2·s-1時(shí)達(dá)到最大值，分別為（0.410±0.015）、（0.529±0.051）、（0.443±0.095）mol·cm-2·h-1，但在波長(zhǎng) 430～460 nm光譜條件下 GL在 300 μmol·m-2·s-1時(shí)達(dá)到最大值，為（0.461±0.016） mol·cm-2·h-1（表2）。表明光譜和光子照度變化對(duì)霜鹿角珊瑚的鈣化作用具有顯著影響。

因?yàn)镻G= PN+ R，PN、PG具有線性變化關(guān)系。在波長(zhǎng)380～410、610～640 nm光譜條件下，霜鹿角珊瑚PN、PG都在光子照度300 μmol·m-2·s-1時(shí)達(dá)到最大值，430～460 nm時(shí)，PN、PG在光子照度240 μmol·m-2·s-1時(shí)達(dá)到最大值，530～560 nm時(shí)，PN、PG在光子照度180 μmol·m-2·s-1時(shí)達(dá)到最大值（表2）。表明霜鹿角珊瑚共生藻光合作用過程對(duì)不同光譜光能的利用效率不同，對(duì)波長(zhǎng)530～560 nm光譜的利用率最高。

表1 240 μmol·m-2·s-1光子照度不同波長(zhǎng)光譜條件下霜鹿角珊瑚生長(zhǎng)變化（M±SD）Table 1 Variation of growth and physiological parameters in the light intensities 240 μmol photons m-2s-1for Acropora pruinosa nubbins grown under a range of light wavelength（M±SD）

表2 不同光譜、光子照度梯度條件下霜鹿角珊瑚代謝反應(yīng)（M±SD）Table 2 Metabolic responses of Acropora pruinosa under a range of light spectral quality and light intensities

在波長(zhǎng)380～410、530～560、610～640nm光譜、光子照度梯度條件下，GL變化率都為初期較高，中期升高，后期驟降，而430～460 nm光譜條件下，GL變化率始終呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。380～410、530～560 nm光譜條件下 GL升高率（%）最大值都出現(xiàn)在180～240 μmol·m-2·s-1，430～460、610～640 nm光譜條件下GL升高率（%）最大值都出現(xiàn)在60～120 μmol·m-2·s-1（表3）。

雖然PG類似于GL都隨著光子照度增強(qiáng)不斷升高或降低，但是兩者變化率不同。在波長(zhǎng)不同光譜條件下，PG變化率分別在不同光子照度下的變化如表3所示。在不同波長(zhǎng)光譜、同一光子照度條件下，GL/GD差異顯著（GD為0.075±0.00 mol·cm-2·h-1）如在240 μmol·m-2·s-1時(shí)，波長(zhǎng)530～560 nm時(shí)的GL/GD值高出其他3種波長(zhǎng)光譜條件下19～29%；一定范圍內(nèi) GL/GD值隨著光子照度增大而升高，380～410、430～460、530～560、610～640 nm條件下，GL/GD值變化范圍分別為1.67～5.47、2.25～6.15、1.51～7.05、2.07～5.91（表4）。不管何種光譜、光強(qiáng)條件下，GL/GD值差異顯著，GD保持不變，說明光譜、光子照度對(duì)GL產(chǎn)生了顯著性影響。

在不同波長(zhǎng)光譜、同一光子照度條件下，GL/PG值差異顯著，表明霜鹿角珊瑚對(duì)不同波長(zhǎng)光譜的能量利用效率不同，導(dǎo)致光合作用效率、鈣化速率不同；在波長(zhǎng)380～410、430～460、530～560、610～640 nm光譜條件下，GL/PG值隨著光子照度的增大而增大，變化范圍分別為0.29～0.52、0.38～0.57、 0.26～0.69、0.35～0.52，總體在0.26～0.69之間（表4），表明在一定光子照度變化范圍內(nèi)，相比較于PG，GL增長(zhǎng)速率較慢。

在不同波長(zhǎng)光譜、同一光子照度條件下，PG/PN值差異顯著，例如在60 μmol·m-2·s-1時(shí)，波長(zhǎng)530～560 nm時(shí)的PG/PN值分別高出其它3種波長(zhǎng)光譜條件下3%、13%、29%；在不同光譜條件下，380～410、430～460、530～560、610～640 nm條件下，PG/PN值隨著光子照度增大而減小，變化范圍分別為1.78～7.16、1.65～6.07、0.69～7.38、1.56～6.52，總體在0.69～7.38之間（表4）。

表3 不同光譜、光子照度梯度條件下霜鹿角珊瑚光照鈣化率和光合作用效率變化率Table 3 Variation of light-dependent calcification and Gross photosynthesis of Acropora pruinosa under a range of light spectral quality and light intensities %

表4 不同光譜、光子照度梯度條件下霜鹿角珊瑚代謝指標(biāo)比率Table 4 Ratio of Metabolic index of Acropora pruinosa under a range of light spectral quality and light intensities

3 討 論

3.1 光譜對(duì)珊瑚生長(zhǎng)的影響

在 530～640 nm光譜光照條件下霜鹿角珊瑚G、NZ、Nchl-a、ωP、ωL、ωC較高，說明珊瑚生長(zhǎng)處于最佳狀態(tài)，其生長(zhǎng)更趨向于長(zhǎng)波長(zhǎng)光譜條件。這是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)越短，光子的能量越強(qiáng)，對(duì)珊瑚體內(nèi)共生體蟲黃藻的破壞作用也就越強(qiáng)；相反的，光譜波長(zhǎng)越大，光子的能量越弱，珊瑚可能通過增加光合作用單位數(shù)量來提升光合效率。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)造礁石珊瑚尖枝列孔珊瑚 Nchl-a/Nchl-c值隨深度加深而增大，可接受的光適應(yīng)過程是每個(gè)共生藻內(nèi)葉綠素含量隨光子照度減弱而不斷積累增加［19］。石珊瑚共生藻功能是利用太陽光吸收珊瑚蟲代謝產(chǎn)生的二氧化碳、磷酸鹽、硝酸鹽等，并將其轉(zhuǎn)化為珊瑚蟲所需的營養(yǎng)［20］，而本研究中 NZ、Nchl-a在不同光譜條件下變化較大，最大值為（54 980±260）個(gè)·cm-2和（3.315±0.033）μg·cm-2，相當(dāng)于以往研究資料中密度的一半（A：1×106cells·cm-2；Z：7.0 μg·cm-2），這可能是石珊瑚在不同條件下具有種類特異性，或者在較高輻射下（180 μmol·m-2·s-1），每個(gè)珊瑚蟲中NZ、Nchl-a都會(huì)明顯下降［21］。相反的，在低輻射下，共生藻會(huì)通過增加葉綠素含量及類囊體膜面積的方式［22］來增加對(duì)有限光能的吸收。相對(duì)于NZ、Nchl-a，不同光譜條件下霜鹿角珊瑚組織中ωP、ωL、ωC變化較小，但ωL卻是ωP和ωC的10倍以上。研究發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)一般作為珊瑚能量投入的關(guān)鍵指標(biāo)，在所有珊瑚代謝產(chǎn)物中所占比例是相當(dāng)高的，而且在所有珊瑚種類中排卵前后降低最為明顯（85%～100%），而ωP和ωC相對(duì)能量投入和變化較小，一般降低1%～15%或者小于1%。如鹿角珊瑚科珊瑚Acropora tenuis ωL為 4.68 mg·cm-2，Montipora digitataωP為 2～4 mg·cm-2，ωC為 0.2～0.4 mg·cm-2［16］。

3.2 光照、光合作用效率、鈣化率間相互關(guān)系

3.2.1 光照對(duì)光合作用效率的影響 4種波長(zhǎng)光譜條件下，一定范圍內(nèi)PG、PN隨著光子照度增強(qiáng)而升高，當(dāng)光子照度超過光合效率光飽和值時(shí)，PG、PN停止升高或開始降低，此時(shí)光合作用的光抑制發(fā)生，光合效率開始降低，而且不同波長(zhǎng)光譜光照條件下光合效率光飽和值有所不同。珊瑚對(duì)不同光譜光子照度的耐受能力不同，這可能是珊瑚體內(nèi)光合單位吸收光譜具有選擇性，或者對(duì)于不同波長(zhǎng)光譜光能的利用效率有差異，但具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步的研究。PG/PN比值隨著光子照度增強(qiáng)而降低，變化范圍在0.69～7.38之間。因?yàn)镻G=PN+R，因此可以認(rèn)為光合作用產(chǎn)生的大部分能量被珊瑚體各種生理活動(dòng)所消耗以維持共生體正常的新陳代謝，包括鈣化過程。Al-Horani等［23］以Ca2+、pH 和 O2微傳感器為技術(shù)手段研究叢生盔形珊瑚鈣化機(jī)制與光合作用、呼吸作用間的聯(lián)系發(fā)現(xiàn)PG大約是PN的7倍，也認(rèn)為是呼吸作用消耗了共生藻光合作用產(chǎn)出O2的大部分。

3.2.2 光照對(duì)鈣化率的影響 本研究中發(fā)現(xiàn)隨著 4種波長(zhǎng)光譜光子照度的增強(qiáng)，GL/GD值不斷增大，表明霜鹿角珊瑚鈣化率在光照條件下高于暗環(huán)境中，光子照度增強(qiáng)對(duì)石珊瑚鈣化過程具有促進(jìn)作用。有研究發(fā)現(xiàn)光照和暗環(huán)境條件下碳酸鈣沉淀的位點(diǎn)是不一樣的，但是都可能利用相似的離子運(yùn)輸機(jī)制［24］。光照條件下鈣化率高于暗環(huán)境的機(jī)制解釋包括蟲黃藻吸收代謝廢物［25］、光合作用過程吸收耗能產(chǎn)生的 CO2增加了組織體內(nèi)外的 CaCO3飽和度［26］、光合作用加強(qiáng)了鈣化過程中的耗能運(yùn)輸［27］等。然而，Marshall［28］認(rèn)為在蟲黃藻共生的珊瑚體中鈣化作用不受光照影響，而受暗環(huán)境抑制。

不同光譜光子照度梯度條件下GL/GD值變化范圍在1.51～7.05之間，而歷史資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)［7］，因?yàn)檠芯窟^程采用技術(shù)（I4C、45Ca固定、浮重、堿度異常技術(shù)）、模擬環(huán)境（光照、溫度、pH、pO2、pCO2等）不同，GL/GD值變化較大，存在從小于1（4%的研究中觀察到碳酸鈣溶解）至127的大范圍的變化，僅僅9%的研究中發(fā)現(xiàn)比值在0～1之間（暗環(huán)境鈣化率高于光照條件），71%比值為1～5之間，還有15%比值高于5，平均數(shù)為3.0。

3.2.3 光合作用與鈣化作用間相互影響 不同波長(zhǎng)光譜光子照度梯度條件下，GL伴隨PG、PN升高，當(dāng)光子照度接近或超過光合效率光飽和值時(shí)，伴隨PG、PN降低，GL也開始降低，但此過程存在同步性和滯后性，而且類似于光合效率光飽和值，也存在一個(gè)鈣化率光飽和值。380～410 nm、430～460 nm、530～560 nm、630～660 nm波長(zhǎng)光譜條件下霜鹿角珊瑚鈣化率光飽和度值分別為240、300、240、240 μmol·m-2·s-1，而 Suggett等［18］研究發(fā)現(xiàn)Acropora horrida和Porites cylindrica兩種珊瑚鈣化率光飽和度值分別在 274和 232 μmol·m-2·s-1。Schutter等研究表明光子照度與石珊瑚鈣化有緊密關(guān)系，而且石珊瑚體內(nèi)共生藻的光合作用和鈣化作用間也具有緊密的聯(lián)系［29-30］。許多研究采用鈣離子通道抑制劑［31］、礦物質(zhì)沉淀抑制劑（HEBP）［32］等多種手段99%限制鈣化過程，發(fā)現(xiàn)并未對(duì)光合作用過程產(chǎn)生任何影響；相反的采用 verapamil限制光合作用，當(dāng)100 μmol時(shí)，100%抑制了鈣化過程［31］，表明光合作用過程會(huì)影響鈣化過程的進(jìn)行。也有研究發(fā)現(xiàn)光合作用、呼吸作用、鈣化作用同時(shí)發(fā)生在珊瑚共生體內(nèi)不同時(shí)空，骨骼形成位點(diǎn)在外胚層的上皮細(xì)胞，光合位點(diǎn)在蟲黃藻，其位于內(nèi)胚層，光合作用和鈣化作用都需要無機(jī)碳，而且其兩個(gè)過程可以看做是相互補(bǔ)充的過程，因?yàn)殁}化過程產(chǎn)生的CO2被直接用于光合作用的碳固定［29］。

雖然PG類似于GL都隨著光子照度增強(qiáng)不斷升高或降低，但是兩者變化率不同，GL與PG具有一定的線性相關(guān)性，但是變化率的差異性意味著 PG可能只是影響GL的因素之一。而且GL/PG比值隨著光子照度的增大而增大，相比較于PG，GL增長(zhǎng)速率較慢，進(jìn)一步說明光合作用對(duì)鈣化作用具有促進(jìn)作用，但這一作用效果隨著光子照度的增強(qiáng)不斷減弱。不同光譜光子照度梯度條件下GL/PG值變化范圍為0.26～0.69，但Mc Connaughey 和 Whelan［33］研究發(fā)現(xiàn)光合作用和鈣化作用的植物、共生蟲黃藻的動(dòng)物、生態(tài)系統(tǒng)鈣化率和光合效率間的比率接近1。這可能是G/PG值分析方法或調(diào)查尺度不同的原因，因?yàn)镻G來源于PN和R，一般很難測(cè)定白天的呼吸耗能，而且對(duì)于珊瑚白天的呼吸作用耗能高于晚上，所以容易低估PG，從而高估G/PG值。除此之外，Yamashiro［32］通過3個(gè)梯度的輻射強(qiáng)度研究，也發(fā)現(xiàn)GL/PG值隨著輻射的增大而降低。

［1］BEN D R，GHENIM N，TRABELSI L，et al.Modeling growth and photosynthetic response in Arthrospira platensis as function of light intensity and glucose concentration using factorial design［J］.Journal of applied phycology.2010，22：745-752.

［2］LESSER M P，STOCHAJ W R，TAPLEY D W，et al.Bleaching in coral reef Anthozoans：effects of irradiance，ultraviolet radiation and temperature，on the activities of protective enzymes against active oxygen［J］.Coral reefs，1990，8:225-232.

［3］GLEASON D F，WELLINGTON G M.Ultraviolet radiation and coral bleaching［J］.Nature，1993，365：836-838.

［4］LESSER R.M P，F(xiàn)ARRELL J H.Exposure to solar radiation increases damage to both host tissues and algal symbionts of corals during thermal stress ［J］.Coral reefs，2004，23（3）：367-377.

［5］KLEYPAS J A，BUDDEMEIER R W，ARCHER D，et al.Geochemical consequences of increased atmospheric carbon dioxide on coral reefs ［J］.Nature，1999，284：118-120.

［6］JOHANSEN.Coralline algae a first synthesis［M］.Florida，USA：CRC Press，1981，152-158.

［7］GATTUSO J P，ALLEMAND D，F(xiàn)RANKIGNOULLEJ A M.Photosynthesis and Calcification at Cellular，Organismal and Community Levels in Coral Reefs：A Review on Interactions and Control by Carbonate Chemistry ［J］.Zoologist，1999，39（1）：160-183.

［8］ANTHONY K R N，KLINE D I，DIAZ-PULIDO S，et al.Ocean acidification causes bleaching and productivity loss in coral reef builders［J］.Proceedings of the national academy of sciences usa，2008，105：17442-17446.

［9］EDMUNDS P J.Zooplanktivory ameliorates the effects of ocean acidification on the reef coral Porites spp［J］.Limnology and oceanography，2011，56：2402-2410.

［10］DUNNE R P，BROWN B E.The influence of solar radiation on bleaching of shallow water reef corals in the Andaman Sea，1993-1998［J］.Coral reefs，2001，20：201-210.

［11］ALBRIGHT R，MASON B，MILLER M，et al.Ocean acidification compromises recruitment success of the threatened Caribbean coral Acropora palmata［J］.Proceedings of the national academy of sciences usa，2012，107：20400-20404.

［12］MARUBINI F，F(xiàn)ERRIER-PAGES C，F(xiàn)URLA P，et al.Coral calcification responds to seawater acidification：a working hypothesis towards a physiological mechanism［J］.Coral reefs，2008，27：491-499.

［13］FITT W K，MCFARLAND F K，WARNER M E，et al.Seasonal patterns of tissue biomass and densities of symbiotic dinoflagellates in reef corals and relation to coral bleaching［J］.Limnology and oceanography，2000，45（3）：677-685.

［14］JEFFREY S W ，HUMPHREY G F.New spectrophotometric equations for determining chlorophylls a，b，c1 and c2 in higher plants，algae and natural phytoplankton［J］.Plant physiology and biochemistry，1975，167：191-194.

［15］FOLCH J，LEES M，SLOANE STANLEY G H.A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues［J］.Biological Chemistry，1957，226：497-509.

［16］SEBASTIAN L，Kenneth R N，Bette L，et al.Reproductive energy investment in corals：scaling with module size［J］.Oecologia，2003，136：524-531.

［17］SMITH S，KINSEY D.Calcification and organic carbon metabolism as indicated by carbon dioxide ［M］ // Stoddart D，Johannes R.Coral reefs：Research methods.Monographs on oceanographic methodology，unesco，Paris，1978，469-484.

［18］SUGGETT D J，DONG L F，LAWSON T，et al.Light availability determines susceptibility of reef building corals to ocean acidification ［J］.Coral reefs，2013，32：327-337.

［19］NIR O，GRUBER D F，EINBINDER S，et al.Changes in scleractinian coral Seriatopora hystrix morphology and its endocellular Symbiodinium characteristics alonga bathymetric gradient from shallow to mesophotic reef［J］.Coral reefs，2011，30：1089-1100.

［20］ROWAN R，KNOWLTON N，BAKER A，et al.Landscape ecology of algal symbionts creates variation in episodes of coral bleaching［J］.Nature，1997，388（6639）：265-269.

［21］KUGUR B，WINTERS G，BEER S，et al.Adaptation strategies of the corallimorpharian Rhodactis rhodostoma to irradiance and temperature［J］.Marine Biology，2007，151（4）：1287-1298.

［22］ STAMBLER N.Effects of light intensity and ammoniumenrichment on the hermatypic coral Stylophora pistillata and its zooxanthellae［J］.Symbiosis，1998，24（1）：127-146.

［23］ AL-HORANI F A，AL-MOGHRABI S M.The mechanism of calcification and its relation to photosynthesis and respiration in the scleractinian coral Galaxea fascicularis［J］.Marine Biology，2003，42：419-426.

［24］MARSHALL A T，WRIGHT A.Coral calcification:Autoradiography of a scleratinian coral Galaxea fascicularis after incubation in45Ca andI4C［J］.Coral reefs，1998，17：37-47.

［25］CROSSLAND C J，BARNES D J.The role of metabolic nitrogen in coral calcification［J］.Mar Biol，1974，28（4）:325-332.

［26］SIMKISS K.Phosphates as crystals poisons of calcification［J］.Biological Reviews，1974，39：487-505.

［27］CHALKER B E，Taylor D L.Light-enhanced calcification and the role of oxidative phosphorylation in calcification of the coral Acropora cervicornis［J］.Proceedings of the Royal Society of London.Series B，Biological Sciences，1975，190（1100）：323-331.

［28］MARSHALL A T.Calcification in hermatypic and ahermatypic corals［J］.Science，1996a，271：637-639.

［29］SCHUTTER S，Van Velthoven B，Janse M，et al.The effect of irradiance on long-term skeletal growth and net photosynthesis in Galaxea fascicularis under four light conditions［J］.Journal of experimental marine biology and ecology，2008，367（2）：75-80.

［30］GATUSSO J P，Allemand D，F(xiàn)rankignoulle M.Photosynthesis and calcification at cellular，organismal and community levels in coral reefs：A review on interactions and control by carbonate chemistry［J］.American Zoologist，1999，39（1）：160-183.

［31］AL-MOGHRABI S，Goiran S C，Allemand D，et al.Inorganic carbon uptake for photosynthesis by the symbiotic coral-dinoflagellate association II.Mechanisms for bicarbonate uptake ［J］.Journal of experimental marine biology and ecology，1996，199（2）：227-248.

［32］YAMASHIRO H.The effects of HEBP，an inhibitor of mineral deposition，upon photosynthesis and calcification in the scleractinian coral，Stylophora pistillata［J］.Journal of experimental marine biology and ecology，1995，191：57-63.

［33］MCCONNAUGHEY T A，WHELAN J F.Calcification generates protons for nutrient and bicarbonate uptake［J］.Earth-Science Reviews，1997，42（1/2）：95-117.

（責(zé)任編輯：陳莊）

Effect of Light Ⅰntensity and Spectral Quality on Growths and Metabolic Response of Acropora pruinosa

XIAO Bao-hua1，2，LIAO Bao-lin2，YANG Xiao-dong2，XIE Zi-qiang3，
（1.Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China；2.Shenzhen Research Institute of Guangdong Ocean University，Shenzhen 518108，China；3.Shenzhen Ocean Hyaline Marine Science and Technology Co.Ltd，Shenzhen 518108，China）

Nubbins from Acropora pruinosa were dissected and cultured unifactor and control experiment.By the survey of growth characteristics and metabolic level under a range of light wavelength and light intensities，the results suggest the four light spectral（40 μmol photons m-2s-1）have significant impact on the Mean growth rates（G），areal zooxanthellae density（NZ）and zooxanthellae chlorophyll-a content（Nchl-a），ratio of Protein（ωP），Carbohydrate（ωC）and Lipid content（ωL），indicating significant differences between control and treatment（P＜0.05）.Both parameters of peaked at 530～640 nm，except Carbohydrate.Lipid content to almost 10-fold higher values for the Protein（ωP）and Carbohydrate（ωC）.The light-dependant calcification rates（GL），net photosynthesis（PN）and gross photosynthesis（PG）show significant difference among themunder a range of light wavelength and light intensities（P＜0.05）.the increases of light-dependent calcification rates（GL），gross photosynthesis（PG）and net photosynthesis（PN）along with the increase of light intensities，and begin to stop increase or decrease when the light intensities reach their peak at a threshold that was found between the light intensity and photosynthetic efficiency.Accordingly，the ratio of light-dependant calcification rates（GL）to dark calcification rates（GD）and light-dependant calcification rates（GL）to gross photosynthesis（PG）remains a similar variation curve and the ratio ranges from 1.51 to 7.05 and 0.26 to 0.69.However，the ratio gross photosynthesis（PG）to net photosynthesis（PN）begin to decrease along with the increase of light intensities and the ratio ranges from 0.69 to 7.38.

reef-building corals；light spectral；light intensity；photosynthetic efficiency；

Q959.135.3

A

1673-9159（2016）03-0057-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2016.03.010

2016-05-05

廣東省公益研究與能力建設(shè)專項(xiàng)（K15216）；廣東省海洋漁業(yè)科技推廣專項(xiàng)（A201308E02）；大鵬新區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)（DPKJ201500080）

肖寶華（1978—），男，碩士，助理研究員，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖及海洋生態(tài)學(xué)研究。電話：0759-2396216，E-mail： gdouxxhpaper@126.com