門(mén)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(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所 中國(guó)科學(xué)院海岸帶環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 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(lèi)活動(dòng)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(chóng)黃藻密度和種類(lèi)[4-5]、珊瑚形態(tài)[6-7]、組織厚度[8]等對(duì)珊瑚白化敏感性的影響。從能量供給的角度來(lái)看，白化時(shí)共生蟲(chóng)黃藻密度的降低會(huì)導(dǎo)致其光合作用強(qiáng)度的減弱，進(jìn)而導(dǎo)致光合營(yíng)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(lèi)型的能量來(lái)滿足其日常代謝需求。許多研究證明，珊瑚宿主可以通過(guò)提高其自身異養(yǎng)攝食的強(qiáng)度來(lái)彌補(bǔ)蟲(chóng)黃藻自養(yǎng)營(yíng)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(chóng)黃藻通過(guò)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(chǔ)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(chóng)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(guò)程[18-19]。其中，甘油三酯和蠟酯是儲(chǔ)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(chóng)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(huì)使珊瑚失去體內(nèi)的蟲(chóng)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(chóng)黃藻密度在不同季節(jié)也會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。通常由于海水溫度升高/太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，珊瑚在夏季會(huì)失去大量的蟲(chóng)黃藻[8,22-23]。蟲(chóng)黃藻密度與珊瑚光合作用強(qiáng)度密切相關(guān)，蟲(chóng)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(wú)法通過(guò)蟲(chóng)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(chóng)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(lái)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(duì)野外自然因素所導(dǎo)致的夏季蟲(chóng)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(duì)蟲(chóng)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(cè)定蟲(chóng)黃藻的光合作用強(qiáng)度較為困難。這一問(wèn)題可以通過(guò)在室內(nèi)測(cè)定采集回來(lái)的珊瑚共生蟲(chóng)黃藻的穩(wěn)定氮同位素（δ15Nz）值來(lái)解決。蟲(chóng)黃藻的δ15Nz值與珊瑚光合作用強(qiáng)度密切相關(guān)[26-27]。蟲(chóng)黃藻在光合作用時(shí)傾向于優(yōu)先吸收含輕14N的無(wú)機(jī)營(yíng)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(chóng)黃藻對(duì)氮的需求增加[29]。為了滿足光合作用的需要，蟲(chóng)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(chóng)黃藻δ15Nz值受光合作用強(qiáng)度影響，蟲(chóng)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(chóng)黃藻δ15Nz值的大小獲取光合作用相對(duì)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(lèi)活動(dòng)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(huì)導(dǎo)致珊瑚蟲(chóng)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(duì)夏季蟲(chóng)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(duì)象，測(cè)定了蟲(chóng)黃藻密度、脂質(zhì)含量等生理參數(shù)以及蟲(chóng)黃藻穩(wěn)定氮同位素δ15Nz值地球化學(xué)指標(biāo)。通過(guò)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(chóng)黃藻密度在夏季的降低及其原因；（2）通過(guò)δ15Nz值討論了夏季蟲(chóng)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(duì)夏季蟲(chóng)黃藻光合作用強(qiáng)度降低的響應(yīng)，并探討了脂質(zhì)儲(chǔ)備對(duì)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(xiāo)，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(lèi)活動(dòng)影響較小，呈現(xiàn)出較高的活珊瑚覆蓋率[32]。但是，近年來(lái)全球變暖、海水溫度升高、厄爾尼諾事件頻發(fā)等對(duì)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(zhǎng)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(jiàn)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(hào)為GS(2020)4618號(hào)。（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(chóng)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?。ㄩL(zhǎng)2～3 cm）用于測(cè)量共生蟲(chóng)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(cè)定脂質(zhì)含量。使用waterpik沖洗器（經(jīng)過(guò)0.4 μm濾膜過(guò)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(cè)定其表面積。用量筒測(cè)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(chóng)黃藻的數(shù)量（n=8），并換算成總體積溶液內(nèi)所含蟲(chóng)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(zhǎng)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(guò)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(chóng)黃藻數(shù)量除以珊瑚骨骼表面積計(jì)算出珊瑚共生蟲(chóng)黃藻密度[23,33]。

2.2.2 蟲(chóng)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(chóng)黃藻和宿主組織[20]。下層沉淀（蟲(chóng)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(cè)定氮同位素[34]。

2.2.3 脂質(zhì)

取2.2.1節(jié)中用于測(cè)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(guò)粗濾紙過(guò)濾器倒入預(yù)先稱重的鋁盤(pán)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(guò)濾器。然后將含有溶劑的鋁盤(pán)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(cè)試分析。為了監(jiān)視儀器的穩(wěn)定性和保證測(cè)試的精度，在整個(gè)測(cè)試過(guò)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(chóng)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(píng)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(chóng)黃藻密度與δ15Nz值及珊瑚脂質(zhì)含量與蟲(chóng)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(chóng)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(wú)顯著差異。

表1 兩種珊瑚在3月和6月蟲(chóng)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(chóng)黃藻密度均呈現(xiàn)明顯的季節(jié)差異（表2）。具體來(lái)看，F(xiàn). palauensis和P. lutea3月的蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)黃藻密度與δ15Nz值的相關(guān)性

δ15Nz值與珊瑚共生蟲(chóng)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(chóng)黃藻密度會(huì)影響珊瑚共生蟲(chóng)黃藻光合作用強(qiáng)度[26,36]。我們分析了兩種珊瑚蟲(chóng)黃藻密度與δ15Nz值之間的相關(guān)性，結(jié)果顯示蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)黃藻密度、δ15Nz值之間均呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4 珊瑚樣本蟲(chóng)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(chóng)黃藻密度顯著降低

本研究中，兩種珊瑚的共生蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)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(chóng)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(guò)珊瑚耐受溫度的上限會(huì)導(dǎo)致蟲(chóng)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(chóng)黃藻和宿主之間的共生關(guān)系被破壞，含有蟲(chóng)黃藻的宿主細(xì)胞分解速度加快，蟲(chóng)黃藻被排出珊瑚體外[39]。例如，Glynn和D'Croz[37]通過(guò)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(chóng)黃藻密度迅速降低，但當(dāng)珊瑚處于正常溫度（26～28℃）時(shí)蟲(chóng)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(zhǎng)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(chóng)黃藻密度在夏季降低的重要因素之一。

此外，過(guò)多的光照/紫外線輻射會(huì)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(chóng)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(chóng)黃藻密度都會(huì)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(chóng)黃藻密度在夏季降低的原因之一。

蟲(chóng)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(chóng)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(duì)熱白化的耐受性[42-43]。不僅如此，蟲(chóng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要通過(guò)共生蟲(chóng)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(duì)夏季蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)黃藻光合作用強(qiáng)度的變化[28-29]。蟲(chóng)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(chóng)黃藻光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，蟲(chóng)黃藻會(huì)吸收大部分可用的氮，蟲(chóng)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(chóng)黃藻密度會(huì)影響珊瑚共生蟲(chóng)黃藻光合作用強(qiáng)度，進(jìn)而影響蟲(chóng)黃藻的δ15Nz值[26,36]。理論上，蟲(chóng)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(chóng)黃藻密度較高的礁區(qū)珊瑚δ15Nz值也較高，原因是高蟲(chóng)黃藻密度導(dǎo)致珊瑚光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，蟲(chóng)黃藻的同位素分餾效應(yīng)降低。本研究中，兩種珊瑚的蟲(chóng)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(shuō)明兩種珊瑚的δ15Nz值會(huì)受到蟲(chóng)黃藻密度的影響，且蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)黃藻密度的季節(jié)性變化模式一致（圖2a）。δ15Nz值與蟲(chóng)黃藻密度相同的變化模式意味著不同季節(jié)珊瑚蟲(chóng)黃藻密度的差異導(dǎo)致了蟲(chóng)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(chóng)黃藻密度的減少導(dǎo)致珊瑚共生蟲(chóng)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(chóng)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(chóng)黃藻能承受的范圍內(nèi)，光照越強(qiáng)，蟲(chóng)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(chóng)黃藻對(duì)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(chóng)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(chóng)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(chóng)黃藻光合作用強(qiáng)度和δ15Nz值降低的原因。

4.3 脂質(zhì)儲(chǔ)備是對(duì)蟲(chóng)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(chóng)黃藻的光合作用獲取能量，光合營(yíng)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(chóng)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(yíng)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(lái)源來(lái)滿足其正常的代謝能量需求。珊瑚可利用的儲(chǔ)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(chóng)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?jī)?chǔ)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(zhǎng)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?jī)?chǔ)備。研究光合作用強(qiáng)度降低導(dǎo)致光合營(yíng)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(chóng)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(chóng)黃藻密度、δ15Nz值之間均呈正相關(guān)關(guān)系（與蟲(chóng)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(shuō)明珊瑚脂質(zhì)含量受蟲(chóng)黃藻密度及其光合作用強(qiáng)度的影響，并且蟲(chóng)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(guò)消耗作為能量?jī)?chǔ)備的脂質(zhì)來(lái)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(lái)自蟲(chóng)黃藻的營(yíng)養(yǎng)減少，珊瑚在恢復(fù)過(guò)程中通過(guò)消耗自身的脂質(zhì)儲(chǔ)備來(lái)滿足能量的需求。Davies[45]通過(guò)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(guò)光合作用產(chǎn)生的能量足夠滿足其呼吸和生長(zhǎng)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(guò)消耗脂質(zhì)來(lái)彌補(bǔ)光合能量供應(yīng)的不足。

需要指出的是珊瑚共生蟲(chóng)黃藻光合作用會(huì)影響脂質(zhì)的合成[17,20,47]。蟲(chóng)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(chóng)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(méi)有直觀可見(jiàn)的白化情況下采集的。兩種珊瑚的蟲(chóng)黃藻密度、脂質(zhì)含量和δ15Nz值均無(wú)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(chóng)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(zhǎng)[50]。因此我們認(rèn)為，脂質(zhì)能量?jī)?chǔ)備是對(duì)珊瑚自養(yǎng)作用降低的有效補(bǔ)充，這對(duì)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(chǔ)備的珊瑚對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力以及對(duì)白化的耐受性更強(qiáng)。

5 結(jié)論

本文通過(guò)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(duì)夏季蟲(chóng)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(duì)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(chóng)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(chóng)黃藻密度和δ15Nz值都顯著低于春季。這意味著夏季共生蟲(chóng)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(shuō)明當(dāng)夏季蟲(chóng)黃藻密度及其光合作用降低時(shí)，珊瑚可以通過(guò)消耗其自身儲(chǔ)存的脂質(zhì)更好地維持能量供給的穩(wěn)定。脂質(zhì)能量?jī)?chǔ)備是對(duì)蟲(chóng)黃藻自養(yǎng)光合作用降低的有效補(bǔ)充，這對(duì)于提高它們對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力以及抗白化能力具有重要意義。