升温与陆源悬浮沉积物对夏威夷珊瑚Montipora capitata的协同胁迫：生理响应与流域健康的影响

《Coral Reefs》：Impact of warming and suspended terrigenous sediment on the Hawaiian reef coral Montipora capitata

本研究针对沿海开发导致的沉积物增加与水温上升对珊瑚礁的复合胁迫问题，通过模拟升温（+4.1°C）与高浊度（+26 NTU）条件，结合间歇性流动呼吸测量技术，揭示了夏威夷优势造礁珊瑚Montipora capitata的代谢与光生理响应。结果表明，短期胁迫优先影响虫黄藻（Symbiodinium spp.）的光合作用，而宿主生理响应存在延迟；来自受人类活动影响更严重的南Kāne‘ohe湾的珊瑚对胁迫更敏感，凸显流域健康状况对珊瑚适应力的调控作用。该研究为珊瑚礁应对局部与全球胁迫的差异化管理提供了关键生理学依据。

　　

珊瑚礁被誉为海洋中的热带雨林，是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一。然而，近几十年来，随着沿海人口的增长和开发活动的加剧，珊瑚礁面临着前所未有的威胁。其中，陆源沉积物输入导致的浊度上升，与全球气候变化引发的海水升温，共同构成了珊瑚生存的双重挑战。尤其在人口密集的沿海区域，珊瑚礁超过60%受到当地人类活动的负面影响，但仅有2.5%受到有效保护。夏威夷Kāne‘ohe湾便是一个典型代表：其南部流域城市化程度高，水体交换受限，历史上曾因污水排放和沉积物输入导致珊瑚群落严重退化。尽管过去几十年通过管理措施部分恢复了水质，但沉积与升温的复合胁迫如何影响关键珊瑚物种的生理机制仍不明确。

为此，研究人员聚焦夏威夷优势造礁珊瑚Montipora capitata，开展了一项控制实验，旨在揭示其在短期升温与浊度胁迫下的生理响应差异，并探讨不同流域环境历史对珊瑚耐受性的影响。该研究发表于《Coral Reefs》，为珊瑚礁在多重胁迫下的适应性管理提供了科学依据。

关键方法概述

研究选取Kāne‘ohe湾南北两个具有不同环境历史的站点（北部的PR44和南部的HIMB）采集M. capitata珊瑚样本，通过实验室模拟四种处理：对照组（环境温度27.1°C、浊度0 NTU）、高沉积组（+26 NTU）、高温组（+4.1°C至31.2°C）及交互组（高温+高浊度）。利用间歇性流动呼吸测量系统连续监测珊瑚代谢耗氧率（MO₂），结合脉冲调制荧光仪（PAM）测定光生物学参数（如F_v/F_m、Y_NPQ），并通过总碱度变化和浮力称重法评估钙化率。虫黄藻密度、叶绿素浓度及蛋白质含量等生理指标在实验结束后进行量化。

研究结果

代谢氧消耗反映胁迫协同效应

通过间歇性流动呼吸测量发现，高温与高浊度的交互作用对珊瑚代谢产生显著协同效应。在光照阶段，高温单独处理使珊瑚从净产氧转为耗氧（MO₂从-0.131降至-0.379 mg·h^-1·g^-1），而交互处理进一步加剧耗氧（-0.758 mg·h^-1·g^-1），表明虫黄藻光合作用受损且宿主呼吸增强。在暗阶段，交互处理组的耗氧率显著上升（从-1.477至-2.487 mg·h^-1·g^-1），反映胁迫后代谢紊乱持续。值得注意的是，高浊度单独处理未显著改变光照期代谢，但暗期耗氧增加，提示沉积物可能通过物理遮蔽缓解光损伤，却加剧了宿主体能消耗。

光生理响应呈现地域差异性

尽管HIMB珊瑚的虫黄藻密度显著高于PR44珊瑚，但其光合效率（F_v/F_m）在高温和交互处理下显著下降（分别降低0.046和0.055），而PR44珊瑚未见明显变化。非光化学淬灭产量（Y_NPQ）在HIMB珊瑚的高温处理中上升，表明其通过热耗散机制尝试保护光系统II，但未能完全抵消损伤。此外，电子传递速率（ETR）和光曲线斜率（α）主要受温度驱动，进一步证实升温是核心胁迫因子。

钙化与能量储备未现短期变化

通过总碱度异常法和浮力称重法评估的钙化率在各处理间无显著差异，蛋白质含量亦未发生改变，说明12小时的急性胁迫未立即影响珊瑚生长与能量储备。然而，HIMB珊瑚在对照组中的浮力重量显著降低，可能反映其基线代谢状态已受历史环境压力影响。

结论与意义

本研究首次系统揭示了M. capitata对升温与浊度复合胁迫的生理响应模式：短期胁迫优先冲击虫黄藻的光合功能，而宿主代谢响应存在延迟；来自高干扰流域（HIMB）的珊瑚对胁迫更敏感，印证了流域健康通过塑造珊瑚生理历史影响其耐受性。高温的主导作用与浊度的调制效应表明，全球变暖背景下，局部沉积物管理虽可能缓解部分光损伤，但无法根本消除热胁迫风险。研究结果强调，珊瑚保护策略需结合流域尺度管理，针对物种和地域特异性制定差异化措施。未来研究应延长胁迫时间，追踪钙化与能量分配的长期变化，以全面评估珊瑚在持续环境变化中的命运。