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

?

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

海洋以每小時100萬t以上的速率從大氣中吸收CO2，緩解全球變暖的同時，卻導致海水pH不斷下降，引起海洋酸化．該化學環境的變化影響了海洋生物的代謝與生存［1］，然而其影響機理尚不清楚;雖已有相關報道［2］，但目前爭議性仍較大．

高坤山教授課題組歷時5年，結合多種實驗手段在不同規模培養體系(實驗室內，微尺度與中尺度生態系統裝置)中開展了一系列研究，闡明了浮游植物在海洋酸化條件下增加毒性物質苯酚類的含量，并使該物質在次級生產者浮游動物體內的含量也升高，顯示了酸化影響的食物鏈效應．近期該課題組(第一作者:金鵬)以“Ocean acidification increases the accumulation of toxic phenolic compounds across trophic levels”為題在《Nature Communications》上發表了最新的研究成果［3］．研究發現鈣化浮游植物在2種CO2濃度條件下(對照組: 395×10－6;酸化組: 1 000×10－6)的蛋白表達有明顯差異，并根據蛋白種類的變化建立了如下科學假設:酸化促進該藻類β－氧化、檸檬酸循環、糖酵解等代謝途徑(圖1)，會使細胞內苯酚類(毒性物質)含量升高，并產生食物鏈效應．

為驗證該設想，該課題組通過微尺度( 30 L)和中尺度( 4 000 L)生態系統裝置開展了進一步研究，發現浮游植物群落苯酚類物質含量和呼吸速率，與對照組相比，在酸化條件下分別增加了46%～212%和130% ～160%．在此基礎上，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的含量也明顯升高，增加了28%～48%．這些實驗結果表明以上理論假設成立，由此推測發生上述變化的內在機制是:浮游植物為了應對海水酸化脅迫，促進苯酚類物質的合成，并通過其降解增加細胞抵御酸性脅迫所需要的額外能量．

該研究表明隨著海洋酸化的進一步惡化，食物鏈能量與物質的傳遞可能會受到影響，甚至殃及海產品的質量，應當引起社會公眾對海洋酸化這一海洋環境問題的更多關注．然而，這種效應在不同海域或生態系統中是否同樣存在尚待驗證．目前，高坤山教授課題組在國家基金委重點項目的支持下正在開展進一步的相關研究，探討近岸海域碳酸鹽系統震蕩條件下的酸化效應，并試圖結合生理與分子手段揭示浮游植物等響應酸化的機制．

圖1海洋酸化條件下浮游植物細胞內上調(紅色)或下調(綠色)的代謝途徑［3］

參考文獻:

［1］GATTUSO J P，MAGNAN A，BILLé R，et al．Contrasting futures for ocean and society from different anthropogenic CO2emissions scenarios［J］．Science，2015，349 ( 6243) : acc4722．doi: 10．1126/science．aac4722．

［2］GAO K S，CAMPBELL D A．Photophysiological responses of marine diatoms to elevated CO2and decreased pH: a review ［J］．Functional Plant Biology，2014，41( 5) : 449－459．

［3］JIN P，WANG T，LIU N，et al．Ocean acidification increases the accumulation of toxic phenolic compounds across trophic levels［J］．Nature Communications，2015，6: 8714．doi: 10．1038/ncomms9714．

(徐婷婷編寫)

doi:10．6043/j．issn．0438－0479．2016．01．002

文章編號:0438－0479( 2016) 01－0002－01