升溫與硝酸鹽加富對(duì)鹿角杯形珊瑚幼蟲的生理影響

張 芳，孫有方，俞曉磊，江 雷，黃 暉，4*

(1.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所、中國(guó)科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510301； 2.中國(guó)科學(xué)院南海生態(tài)環(huán)境工程創(chuàng)新研究院，廣東 廣州 510301； 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 4.中國(guó)科學(xué)院海南熱帶海洋生物實(shí)驗(yàn)站，海南 三亞 572000)

珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)正面臨全球氣候變化與人類活動(dòng)影響的巨大威脅，而日益升高的表層海水溫度與營(yíng)養(yǎng)鹽富集是其中的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子[1]。與工業(yè)革命前相比，全球平均海水表層溫度已經(jīng)升高了將近0.74 ℃[2]，根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)模型預(yù)測(cè)截止到本世紀(jì)末海水表層溫度將持續(xù)上升2～3 ℃[3]，日益升高的表層海水溫度對(duì)珊瑚的威脅將更加劇烈。在珊瑚礁破壞、紅樹(shù)林砍伐、近岸污染物排放以及生活污水的暗排等人類活動(dòng)的嚴(yán)重干擾下，珊瑚礁區(qū)海域的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷將嚴(yán)重超載[4]。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)近岸珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)所面臨的表層海水溫度升高和營(yíng)養(yǎng)鹽加富這兩大主要環(huán)境壓力進(jìn)行關(guān)注，但主要集中于成體珊瑚。研究表明，造礁石珊瑚的熱耐受性在水質(zhì)環(huán)境不佳的情況下有所降低[5-8]，表層海水溫度升高和營(yíng)養(yǎng)鹽加富的疊加或協(xié)同作用可能會(huì)導(dǎo)致珊瑚覆蓋率的顯著下降[9]。但是，也有研究表明無(wú)機(jī)氮加富可以增加珊瑚共生體色素濃度[10]，增強(qiáng)固氮細(xì)菌固氮能力[11]，減緩熱應(yīng)激對(duì)珊瑚的負(fù)面影響[12]。與珊瑚成體相比，珊瑚幼蟲的浮游期較長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源單一、細(xì)胞防御機(jī)制不成熟、生物量及相對(duì)表面積小，對(duì)環(huán)境壓力更加敏感[13]。目前為止，大多數(shù)有關(guān)于珊瑚早期發(fā)育的研究都聚焦于海水升溫對(duì)珊瑚存活率、傳播距離和附著率等生理影響[14-20]，僅有少數(shù)研究關(guān)注于升溫與營(yíng)養(yǎng)鹽加富對(duì)珊瑚幼蟲的共同作用[21-23]，結(jié)果表明不同種類珊瑚幼蟲對(duì)升溫和營(yíng)養(yǎng)鹽加富的響應(yīng)與幼蟲是否含有蟲黃藻有關(guān)，營(yíng)養(yǎng)鹽加富對(duì)不含蟲黃藻的排卵型珊瑚幼蟲影響較小[23]。同時(shí)，也有研究表明珊瑚幼蟲對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽加富具有一定的耐受性。雖然，該過(guò)程涉及的機(jī)制尚不清晰，但可能與谷氨酰胺合成酶或谷氨酰胺脫氫酶對(duì)過(guò)量氨的解毒能力有關(guān)[24]。進(jìn)一步研究升溫與營(yíng)養(yǎng)鹽加富對(duì)珊瑚幼蟲的影響有助于預(yù)測(cè)和闡明兩者對(duì)珊瑚種群補(bǔ)充的潛在影響。

三亞旅游業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致人口數(shù)量急劇增加使得陸源輸入對(duì)三亞灣的影響顯著增強(qiáng)，迫使鹿回頭珊瑚礁區(qū)的營(yíng)養(yǎng)鹽含量升高，存在富營(yíng)養(yǎng)化的隱患。而硝酸鹽作為無(wú)機(jī)氮的主要存在形式，其含量的增加是導(dǎo)致海洋富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一。鹿角杯形珊瑚(Pocilloporadamicornis)繁殖方式為孵幼型，是鹿回頭海域的優(yōu)勢(shì)種和印度太平洋海區(qū)的廣布種。在三亞灣海域受氣候變化與陸源氮源污染影響愈來(lái)愈重的雙重環(huán)境背景下，本研究通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究了升溫與硝酸鹽加富對(duì)鹿角杯形珊瑚幼蟲的附著、共生蟲黃藻熒光指數(shù)及代謝速率的影響，以了解鹿角杯形珊瑚幼蟲對(duì)升溫與海水富營(yíng)養(yǎng)化共同作用的響應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 珊瑚幼蟲收集

2018年9月14日于中國(guó)科學(xué)院海南熱帶海洋生物實(shí)驗(yàn)站旁鹿回頭(18°12.7′N，109°28.5′E)岸礁2～3 m水深處采集10株大小相近(直徑15 cm左右)，顏色相似的成熟鹿角杯形珊瑚母體，在實(shí)驗(yàn)站珊瑚養(yǎng)殖缸中暫養(yǎng)24 h后，將10株母體珊瑚分別置于10個(gè)配有幼蟲收集器的流水式塑料桶(18 dm3)中，9月16日早上7時(shí)將各收集器中的幼蟲收集于燒杯中，混合均勻后隨機(jī)挑選用于實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)中，溫度設(shè)常溫(29 ℃)與升溫(31 ℃)兩個(gè)水平，硝酸鹽濃度設(shè)置0、5、20 μmol/dm33個(gè)梯度，分別表示不加富、低濃度加富和高濃度加富。29 ℃是鹿回頭海域夏季月均溫[25-26]，而31 ℃高于鹿回頭珊瑚群落白化閾值的1～2 ℃，同時(shí)也在IPCC預(yù)測(cè)的升溫范圍內(nèi)[25]。雙因子全交互設(shè)計(jì)下共有6個(gè)實(shí)驗(yàn)組，編號(hào)為1、2、3、4、5、6，分別代表常溫未加富組、常溫低濃度加富組、常溫高濃度加富組、升溫未加富組、升溫低濃度加富組和升溫高濃度加富組。1號(hào)對(duì)照組為0.5 μm過(guò)濾海水，硝酸鹽加富組為分析純KNO3配置的相應(yīng)濃度的海水。實(shí)驗(yàn)在一個(gè)44 cm×66 cm×24 cm的塑料實(shí)驗(yàn)缸中進(jìn)行，光照強(qiáng)度約為300 μmol photons/(m2·s)，12 h照明(6：30至18：30)。數(shù)顯式溫度控制器和鈦合金加熱棒控制溫度，小型潛水泵維持實(shí)驗(yàn)缸水體流動(dòng)，60 cm3玻璃瓶和800 cm3塑料瓶培養(yǎng)珊瑚幼蟲。每個(gè)溫度設(shè)3個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)缸，每個(gè)實(shí)驗(yàn)缸設(shè)3個(gè)硝酸鹽濃度，每個(gè)濃度2個(gè)重復(fù)，因此每個(gè)處理共設(shè)置了6個(gè)重復(fù)，實(shí)驗(yàn)周期為5 d。使用AA3連續(xù)流動(dòng)分析儀檢測(cè)實(shí)驗(yàn)用水的硝酸鹽濃度，各實(shí)驗(yàn)組溫度和硝酸鹽濃度以實(shí)際測(cè)量值為準(zhǔn)(表1)。

表1 各實(shí)驗(yàn)組溫度和硝酸鹽濃度Tab.1 Nitrate concentration and temperature for the treatments

注：數(shù)值以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3 珊瑚幼蟲存活率、附著率和葉綠素?zé)晒庵笖?shù)(Fv/Fm)

用于統(tǒng)計(jì)存活率的珊瑚幼蟲在60 cm3透明玻璃管中單獨(dú)培養(yǎng)，每根玻璃管20個(gè)幼蟲，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，每天觀察珊瑚幼蟲狀態(tài)，記錄管中幼蟲數(shù)目(n=4)。實(shí)驗(yàn)第5天，分別從塑料瓶中隨機(jī)選取60個(gè)幼蟲，加入聚丙乙烯六孔板中，每孔10個(gè)幼蟲、1片珊瑚藻和15 cm3相應(yīng)處理的海水，12 h后統(tǒng)計(jì)成功附著珊瑚幼蟲個(gè)數(shù)(n=6)。使用水下葉綠素調(diào)制熒光儀(Diving-PAM)對(duì)暗適應(yīng)1 h后珊瑚幼蟲進(jìn)行葉綠素?zé)晒庵笖?shù)(Fv/Fm)的測(cè)定(n=6)，測(cè)量方法參照文獻(xiàn)[16]。

1.4 代謝速率

實(shí)驗(yàn)第5天進(jìn)行幼蟲凈光合速率(Net Photosynthesis，Pnet)和暗呼吸速率(Dark Respiration，RD)測(cè)定(n=4)。從塑料瓶中隨機(jī)挑選20個(gè)幼蟲和一個(gè)3 mm×5 mm的轉(zhuǎn)子放入2 cm3內(nèi)壁貼有氧氣光學(xué)感應(yīng)貼片的玻璃瓶，封瓶后置于相同實(shí)驗(yàn)環(huán)境，測(cè)量前校正。連接溶氧測(cè)量?jī)x(Presens，OXY-4 mini)，打開(kāi)攪拌裝置，轉(zhuǎn)速約為300 r/min。測(cè)定光照條件下10 min內(nèi)的氧氣含量變化，利用線性擬合計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)幼蟲的產(chǎn)氧速率，即為珊瑚幼蟲的凈光合速率(Pnet)。珊瑚幼蟲暗呼吸速率(RD)于暗適應(yīng)2 h后測(cè)量，方法與凈光合速率相同。珊瑚幼蟲總光合速率(Gross Photosynthesis，PG)等于凈光合速率與暗呼吸速率之和。光合呼吸速率比即PG和RD之間的比值(PG/RD)可以反映珊瑚幼蟲有機(jī)碳固定能力，當(dāng)PG/RD≥2時(shí)，說(shuō)明共生藻光合作用固定的凈有機(jī)碳完全可以支撐黑暗條件下呼吸作用的消耗，即共生體有機(jī)碳凈累積；當(dāng)PG/RD<2時(shí)，則說(shuō)明幼蟲暗呼吸消耗的有機(jī)碳大于光照下共生藻光合作用累積的有機(jī)碳，即幼蟲的內(nèi)源能量物質(zhì)出現(xiàn)凈消耗[27]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，用SPSS 21.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行雙因素方差分析和Duncan多重比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用SigmaPlot 11.0作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 珊瑚幼蟲存活率和共生蟲黃藻熒光指數(shù)

培養(yǎng)5 d后，各處理組珊瑚幼蟲的存活率均維持在90%左右[圖1(a)]，共生蟲黃藻的熒光指數(shù)(Fv/Fm)在0.65左右[圖1(b)]，各處理組之間無(wú)顯著差異(p>0.05)。結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)中珊瑚幼蟲存活率和共生蟲黃藻熒光指數(shù)(Fv/Fm)既不受硝酸鹽濃度也不受溫度的影響，且溫度與硝酸鹽濃度之間無(wú)交互作用(p>0.05)。

圖1 鹿角杯形珊瑚幼蟲存活率與共生蟲黃藻熒光指數(shù)Fig.1 Survival rate and Fv/Fm of Pocillopora damicornis larvae in 5 days by the treatments 圖例數(shù)值0、5、20分別表示相應(yīng)的硝酸鹽濃度，單位為μmol/dm3。

2.2 珊瑚幼蟲附著率

珊瑚幼蟲的附著率在升溫時(shí)顯著降低(p<0.05)。與實(shí)驗(yàn)組1、2、3相比較，實(shí)驗(yàn)組4、5、6的附著率在31 ℃時(shí)分別顯著下降了14.3%、23.3% 和48.2%(p<0.05)。常溫條件下幼蟲附著率不受硝酸鹽濃度的影響(p>0.05)；但升溫條件下附著率隨硝酸鹽濃度的增加而降低，且6號(hào)實(shí)驗(yàn)組顯著降低(p<0.05)。硝酸鹽濃度與溫度對(duì)幼蟲附著率的影響表現(xiàn)為明顯的交互作用(p<0.05)，即硝酸鹽加富加重了升溫對(duì)珊瑚幼蟲附著率的負(fù)面影響(圖2)。

2.3 珊瑚幼蟲代謝速率

溫度與硝酸鹽濃度對(duì)鹿角杯形珊瑚幼蟲代謝的影響如圖3所示。溫度和硝酸鹽濃度對(duì)珊瑚幼蟲Pnet的影響存在著顯著交互作用(p<0.05)。升溫條件下，實(shí)驗(yàn)組4珊瑚幼蟲Pnet顯著高于實(shí)驗(yàn)組1(p<0.05)，但實(shí)驗(yàn)組5和6的Pnet不受溫度影響(p>0.05)。硝酸鹽加富對(duì)珊瑚幼蟲Pnet的影響在不同溫度條件下有所差異，5 μmol/dm3的硝酸鹽加富顯著促進(jìn)了珊瑚幼蟲在常溫條件下的Pnet，增長(zhǎng)率113.3%(p<0.05)；而20 μmol/dm3的硝酸鹽加富顯著抑制了珊瑚幼蟲在升溫條件下的Pnet，下降率33.3%(p<0.05)。同樣，珊瑚幼蟲的RD在溫度與硝酸鹽濃度之間具有顯著交互作用(p<0.05)。升溫時(shí)，實(shí)驗(yàn)組4和6增加率分別為82.7%和45.1%(p<0.05)，而實(shí)驗(yàn)組5的RD無(wú)顯著變化(p>0.05)。與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組2的RD顯著升高，但實(shí)驗(yàn)組5顯著降低(p<0.05)；實(shí)驗(yàn)組3的RD顯著升高，但實(shí)驗(yàn)組6無(wú)顯著變化(p>0.05)；與珊瑚幼蟲RD相同，0、20 μmol/dm3硝酸鹽加富組珊瑚幼蟲PG對(duì)海水升溫具有顯著正面影響(p<0.05)，而5 μmol/dm3加富組不受溫度影響[圖3(c)]。29 ℃實(shí)驗(yàn)組2中PG最高，實(shí)驗(yàn)組3次之，對(duì)照組最低，兩兩之間存在顯著差異(p<0.05)；31 ℃實(shí)驗(yàn)組4顯著高于實(shí)驗(yàn)組5和實(shí)驗(yàn)組6(p<0.05)。雖然升溫對(duì)珊瑚幼蟲PG/RD無(wú)顯著影響(p>0.05)，但實(shí)驗(yàn)組2和4的PG/RD均大于2，且分別顯著高于實(shí)驗(yàn)組3和6(p<0.05)，表明珊瑚幼蟲共生體固定的有機(jī)碳在硝酸鹽濃度為5 μmol/dm3時(shí)凈累積。

圖2 鹿角杯形珊瑚幼蟲附著率Fig.2 Settlement rates of Pocillopora damicornis larvae by the treatments 圖例數(shù)值0、5、20分別表示相應(yīng)的硝酸鹽濃度，單位為μmol/dm3；不同的小寫字母表示相同溫度下，不同硝酸鹽 濃度處理組之間具有顯著性差異(p<0.05)，“*”表示相同硝酸鹽濃度下，不同溫度處理組之間具有顯著性差異(p<0.05)。

圖3 鹿角杯形珊瑚幼蟲的凈光合速率、暗呼吸速率、總光合速率及光合呼吸速率比Fig.3 Net photosynthesis，dark respiration，gross photosynthesis and photosynthesis ratios to the respiration of Pocillopora damicornis larvae by the treatments 圖例數(shù)值0、5、20分別表示相應(yīng)的硝酸鹽濃度，單位為μmol/dm3；圖(a)、(b)、(c)的縱坐標(biāo)單位表示每個(gè)幼蟲每 分鐘產(chǎn)生或消耗氧氣的物質(zhì)的量；不同的小寫字母表示相同溫度下，不同硝酸鹽濃度處理組之間具有顯著差異 (p<0.05)，“*”表示相同硝酸鹽濃度下，不同溫度處理組之間具有顯著差異(p<0.05)。

2.4 討論

2.4.1 鹿角杯形珊瑚幼蟲存活率和共生蟲黃藻熒光指數(shù) 目前，僅有Serrano等(2018)報(bào)道了升溫與營(yíng)養(yǎng)鹽加富共同作用對(duì)孵幼型珊瑚幼蟲存活率的影響，結(jié)果顯示升溫顯著降低了濱珊瑚(Poritesastreoides)的存活率，但硝酸鹽濃度對(duì)幼蟲存活率無(wú)影響[23]。同時(shí)，Humanes 等(2016)在升溫與營(yíng)養(yǎng)鹽加富共同作用對(duì)排卵型珊瑚幼蟲存活率影響的研究中也顯示柔枝鹿角珊瑚(Acroporatenuis)的存活率在32 ℃顯著降低，但在有機(jī)碳加富組無(wú)顯著變化[22]。而本研究中，升溫(31 ℃)與硝酸鹽加富對(duì)鹿角杯形珊瑚幼蟲的存活率均無(wú)顯著影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致的原因可能是不同珊瑚種群所處的溫度和營(yíng)養(yǎng)鹽環(huán)境背景差異較大，因此珊瑚幼蟲對(duì)升溫和營(yíng)養(yǎng)鹽加富的適應(yīng)能力不同。此外，Serrano等在實(shí)驗(yàn)中所用的營(yíng)養(yǎng)鹽為硝酸鹽[23]，而Humanes 等實(shí)驗(yàn)中的營(yíng)養(yǎng)加富物質(zhì)包括有機(jī)成分與無(wú)機(jī)成分，組成復(fù)雜[22]。實(shí)驗(yàn)中所用的營(yíng)養(yǎng)鹽成分不同也是珊瑚幼蟲對(duì)環(huán)境脅迫產(chǎn)生不同響應(yīng)的原因之一。在升溫對(duì)珊瑚幼蟲存活率的影響研究中，結(jié)果顯示升溫會(huì)對(duì)多孔鹿角珊瑚(A.millepora)的存活產(chǎn)生負(fù)面影響，但對(duì)日本刺星珊瑚(Cyphastreajaponica)、角蜂巢珊瑚(Favitesstylifera)、壯實(shí)鹿角珊瑚(A.robusta)和鹿角杯形珊瑚(P.damicornis)的幼蟲存活并沒(méi)有顯著影響[20，28-29]，而Randall等(2009)對(duì)蜂巢珊瑚的研究則表明升溫會(huì)顯著降低幼蟲存活率[18]。由此可見(jiàn)，珊瑚幼蟲對(duì)溫度的響應(yīng)確實(shí)存在一定的種屬特異性。營(yíng)養(yǎng)鹽加富對(duì)珊瑚幼蟲存活率影響的研究不多，本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Cox等(2002)[30]、Serrano等[23]和Lam等(2015)[24]的研究結(jié)果一致，即營(yíng)養(yǎng)鹽加富對(duì)珊瑚幼蟲存活率無(wú)影響，這可能是因?yàn)樯汉饔紫x對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽加富具有一定的耐受性。

共生蟲黃藻熒光指數(shù)即Fv/Fm是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映出PSⅡ反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能的效率，若Fv/Fm降低則表示PSⅡ潛在活性中心受損，發(fā)生光抑制現(xiàn)象[31]。本研究中，硝酸鹽加富與溫度對(duì)珊瑚幼蟲的共生蟲黃藻熒光指數(shù)并無(wú)顯著影響，說(shuō)明升溫和硝酸鹽加富不會(huì)對(duì)共生蟲黃藻的光合系統(tǒng)造成損傷。但是，先前的研究表明最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)相對(duì)滯后[29]，并不能良好地預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)珊瑚共生體的健康狀況[22]。

2.4.2 鹿角杯形珊瑚幼蟲附著率 本研究首次發(fā)現(xiàn)硝酸鹽濃度的增加會(huì)促進(jìn)高溫對(duì)鹿角杯形珊瑚幼蟲附著率的負(fù)面影響，與Humanes等和Serrano等的研究結(jié)果均有所不同[22-23]。Humanes等人發(fā)現(xiàn)溫度是促進(jìn)柔枝鹿角珊瑚幼蟲附著的關(guān)鍵因素，而營(yíng)養(yǎng)鹽加富對(duì)幼蟲附著并無(wú)影響[22]；但Serrano等則認(rèn)為營(yíng)養(yǎng)鹽加富是促進(jìn)濱珊瑚幼蟲附著的主要因子，而溫度對(duì)幼蟲附著并無(wú)影響[23]。研究結(jié)果不同的原因包括兩點(diǎn)，一是因?yàn)闉I珊瑚在1—9月都可以排放珊瑚幼蟲，使幼蟲可以耐受相對(duì)較寬的溫度范圍，對(duì)溫度的耐受能力較強(qiáng)；二是因?yàn)闉I珊瑚幼蟲體內(nèi)含有母體垂直傳遞而來(lái)的蟲黃藻，對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽加富響應(yīng)相對(duì)敏感[22]。與Humanes等觀點(diǎn)一致，我們的結(jié)果也表明溫度是影響珊瑚幼蟲附著的主要因素，但其影響表現(xiàn)為顯著降低，這與先前的研究結(jié)果吻合[18，32]。珊瑚幼蟲在附著時(shí)會(huì)發(fā)生形態(tài)學(xué)與生理學(xué)兩方面的改變，需要消耗大量的能量[33]。同時(shí)，附著與基因表達(dá)、細(xì)胞分化與重排等細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程相關(guān)，對(duì)高溫脅迫更加敏感脆弱[29]。此外，珊瑚幼蟲附著與殼狀珊瑚藻密切相關(guān)[34]。珊瑚幼蟲附著率在高溫條件下顯著降低也可能是因?yàn)樯郎亟档土藲钌汉髟遽尫耪T導(dǎo)珊瑚附著的化學(xué)信號(hào)的能力與活力，從而影響珊瑚幼蟲附著行為[18，35]。本實(shí)驗(yàn)中，高濃度硝酸鹽加劇了高溫對(duì)珊瑚幼蟲附著率的抑制作用，可能是因?yàn)?0 μmol/dm3的硝酸鹽對(duì)珊瑚幼蟲產(chǎn)生毒害作用，幼蟲為適應(yīng)高強(qiáng)度的環(huán)境脅迫消耗了部分能量，進(jìn)而導(dǎo)致用于附著的能量比例減少，使珊瑚幼蟲附著率顯著降低。附著率的降低意味著珊瑚幼蟲的浮游期增加，幼蟲可能會(huì)隨水流與海浪擴(kuò)散到與母體珊瑚距離較遠(yuǎn)的珊瑚礁區(qū)，有利于珊瑚礁之間的基因交流，但對(duì)本地珊瑚礁的種群補(bǔ)充可能產(chǎn)生不利的影響[36]。總體來(lái)看，高溫與營(yíng)養(yǎng)鹽加富對(duì)鹿角杯形珊瑚的本地種群補(bǔ)充具有負(fù)面影響。

2.4.3 鹿角杯形珊瑚幼蟲代謝速率 研究表明，釋放日期、浮游時(shí)間和物種間差異均會(huì)影響珊瑚幼蟲呼吸速率對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)[14，37-39]。Cumbo等(2013)發(fā)現(xiàn)鹿角杯形珊瑚幼蟲呼吸速率在1～5 d的升溫脅迫會(huì)顯著提高21%[37]，同樣Rivest等(2015)也發(fā)現(xiàn)6 h升溫會(huì)顯著提高鹿角杯形珊瑚幼蟲的呼吸速率[40]，與本實(shí)驗(yàn)的升溫促進(jìn)珊瑚幼蟲呼吸速率的結(jié)果相同，但Putnam等(2013)則發(fā)現(xiàn)9 d的升溫會(huì)顯著降低鹿角杯形珊瑚幼蟲的呼吸速率[41]。以上結(jié)果表明，同一種珊瑚幼蟲的代謝作用對(duì)高溫的響應(yīng)與脅迫時(shí)間相關(guān)。Edmunds等(2011)認(rèn)為，雖然珊瑚幼蟲在適應(yīng)高溫脅迫時(shí)會(huì)加速能量消耗，但是代謝速率的改變可以滿足珊瑚幼蟲在高溫環(huán)境下的能量需求[42]，而代謝的提升可能和升溫下甘油三酯的分解功能有關(guān)[40]。除了幼蟲自身的能量物質(zhì)以外，共生蟲黃藻也可以通過(guò)光合作用為珊瑚宿主代謝提供能量[43]。目前，升溫或營(yíng)養(yǎng)鹽加富對(duì)孵幼型珊瑚幼蟲代謝速率影響的相關(guān)研究多數(shù)聚焦于呼吸作用，忽視了蟲黃藻光合作用在幼蟲代謝中的作用。Ceh等(2013)的研究結(jié)果顯示珊瑚共生體可以快速吸收無(wú)機(jī)氮[44]，且共生藻可以固定比其珊瑚宿主細(xì)胞多14～23倍的氮[45]。Serrano等分別對(duì)排卵型與孵幼型珊瑚幼蟲的呼吸速率進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明硝酸鹽加富對(duì)排卵型珊瑚幼蟲的呼吸速率無(wú)影響，但卻顯著促進(jìn)了孵幼型珊瑚幼蟲的呼吸速率[23]，作者猜測(cè)可能是因?yàn)榉跤仔蜕汉鲀?nèi)蟲黃藻的代謝速率較高所致。本研究中，常溫條件下珊瑚幼蟲的Pnet和PG/RD在5 μmol/dm3硝酸鹽加富組顯著增加且大于2，表明共生蟲黃藻通過(guò)光合作用為宿主提供的有機(jī)碳足以維系珊瑚幼蟲共生體的呼吸作用與其他生命活動(dòng)，有機(jī)碳有所累積[27]。這可能是因?yàn)檫m量的硝酸鹽加富促進(jìn)了共生蟲黃藻的生長(zhǎng)，提高了共生蟲黃藻的固碳能力，從而為珊瑚幼蟲宿主提供更多的有機(jī)碳源，以補(bǔ)償因環(huán)境脅迫而消耗的能量，緩解了高溫對(duì)珊瑚幼蟲呼吸作用的負(fù)面影響。Zhou等(2017)在對(duì)鹿角杯形珊瑚成體的研究中也發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)鹽增加可以減弱高溫脅迫對(duì)珊瑚的負(fù)面影響[12]。一方面可能是因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)鹽促進(jìn)了珊瑚幼蟲共生蟲黃藻的分裂進(jìn)而在一定程度上抵消了高溫脅迫下共生蟲黃藻的損失，而適宜的蟲黃藻密度可以為珊瑚宿主提供足夠的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)和氧氣，在一定程度上抑制珊瑚的熱脅迫反應(yīng)[46]；另一方面是因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)鹽濃度的升高可以抑制珊瑚細(xì)胞在高溫脅迫時(shí)的凋亡與死亡[12]。總體上來(lái)看，升溫促進(jìn)了鹿角杯形珊瑚幼蟲的代謝速率，而5 μmol/dm3的硝酸鹽加富促進(jìn)了珊瑚幼蟲的有機(jī)碳凈累積，減緩了升溫對(duì)珊瑚幼蟲呼吸速率的促進(jìn)作用。

3 結(jié)論

本研究以鹿角杯形珊瑚幼蟲為研究對(duì)象，探究了升溫與硝酸鹽加富對(duì)造礁石珊瑚早期生活史的生理影響，初步得到以下結(jié)論：升溫和硝酸鹽加富對(duì)鹿角杯形珊瑚幼蟲的存活率與共生蟲黃藻熒光指數(shù)無(wú)顯著影響，說(shuō)明升溫與硝酸鹽加富不會(huì)對(duì)共生蟲黃藻的光合系統(tǒng)造成損傷，珊瑚幼蟲具有良好的存活能力。但是，升溫與硝酸鹽加富對(duì)珊瑚幼蟲附著率的影響表現(xiàn)為明顯的協(xié)同作用，即高濃度硝酸鹽加富促進(jìn)了升溫對(duì)珊瑚幼蟲附著率的負(fù)面影響，可見(jiàn)鹿角杯形珊瑚的本地?cái)U(kuò)充在升溫與營(yíng)養(yǎng)鹽加富條件下有所降低。同時(shí)，鹿角杯形珊瑚幼蟲的呼吸速率在升溫條件下顯著上升，但5 μmol/dm3卻不受高溫影響，且珊瑚幼蟲共生體有機(jī)碳固定在5 μmol/dm3硝酸鹽加富組有所升高，表明適量的硝酸鹽加富可以緩解升溫對(duì)鹿角杯形珊瑚幼蟲代謝的不利影響。