迈向预测性生物发光监测：毛里求斯夜间荧光素酶活性与微浮游植物的时空分析

《Regional Studies in Marine Science》：Towards Predictive Bioluminescence Monitoring: Spatiotemporal Analysis of Luciferase Activity and Micro-Phytoplankton during night-time in Mauritius

毛里求斯沿海水域夜间生物发光及浮游生物多样性研究，基于17个采样点分析发现高亮度发光仅在新月期特定潮汐条件出现，提示光抑制现象显著。分离出3种发光浮游生物（Pyrocystis fusiformis、Ostreopsis spp.、Prorocorum spp.），其中Ostreopsis spp.荧光酶活性最高（0.475±0.002 AU）。微藻群落以浮游生物（56%）、蓝藻（30%）和硅藻（14%）为主，冬季密度高于夏季。相关性显示生物发光与温度负相关（r=-0.430），与溶解氧正相关（r=0.377）。该研究为西印度洋预测性生物发光监测和光胁迫整合至海洋生态监测体系奠定基础。

　　在印度洋西部的沿海生态系统中，海洋温度上升、富营养化以及人工光源的扩展正在引发快速的生态变化。然而，关于发光浮游植物（如夜光藻）的生态响应，目前的研究仍然有限。本研究首次在毛里求斯岛范围内对夜间发光活性和微浮游植物的多样性进行了系统调查，旨在填补这一领域的知识空白。通过在两个季节（夏季和冬季）以及不同月相下对17个沿海站点进行采样，并结合潮汐状态进行同步分析，研究揭示了毛里求斯沿海水域中夜光藻的发光行为及其与环境因素之间的复杂关系。

研究发现，在新月期间（月光亮度仅为0.1%），仅有一个站点记录到了高强度的发光现象，而当月光亮度较高时，几乎未检测到任何发光信号。这表明，在高月光条件下，夜光藻的发光活性受到了显著抑制，可能是由于光合作用过程中的光抑制效应，或者是光照强度对发光酶活性产生了负面影响。这一现象在多个采样点中均有所体现，说明在毛里求斯沿海水域，夜光藻的发光行为可能正面临区域性的衰退趋势。此外，与过去记录相比，当前研究发现发光事件的频率和空间分布有所减少，这可能与全球气候变化和人类活动的加剧有关。

为了进一步探索夜光藻的发光机制，研究人员在实验室条件下分离并培养了三种具有发光能力的夜光藻：*Pyrocystis fusiformis*、*Ostreopsis* spp. 和 *Prorocentrum* spp.。通过发光酶活性测定，研究人员发现当添加底物后，554纳米波长下的吸光度增加了20倍，其中 *Ostreopsis* spp. 的催化反应最为显著，达到0.475±0.002 AU。这一结果表明，不同种类的夜光藻在发光效率上存在差异，而 *Ostreopsis* spp. 可能是毛里求斯沿海水域中发光现象的主要贡献者。这些发现不仅有助于理解夜光藻的发光特性，也为未来监测和预测海洋发光现象提供了重要的基础数据。

在夜间，毛里求斯沿海水域的微浮游植物群落以夜光藻为主导，占比高达56%，其次是蓝藻（30%）和硅藻（14%）。季节性变化对微浮游植物的密度和分布产生了显著影响，冬季时，夜光藻、蓝藻和硅藻的密度均高于夏季。这一现象可能与冬季海洋温度较低、营养物质浓度较高以及光照条件的变化有关。研究还发现，夜光藻的发光强度与温度呈显著负相关（r = -0.430），而与溶解氧浓度呈正相关（r = 0.377）。这表明，夜光藻的发光行为对环境温度和氧气含量高度敏感，温度升高可能会降低其发光效率，而较高的溶解氧水平则可能促进发光过程。

尽管研究中未直接量化表层光照强度，但通过观察不同月相下的发光现象，研究人员推测了光照对夜光藻发光活性的影响。在新月期间，由于月光较暗，夜光藻的发光强度显著增强，而在满月或接近满月的月相下，强烈的光照抑制了其发光能力。这一现象可能与夜光藻的光适应机制有关，即在光照较弱的环境中，其发光活性更容易被激发。此外，研究还发现，潮汐状态对夜光藻的分布和发光强度有重要影响，特别是在潮汐高度达到119厘米的涨潮期间，夜光藻的聚集程度和发光强度均显著增加。这可能是因为潮汐带来的水体混合促进了营养物质的循环，从而为夜光藻提供了更适宜的生长条件。

夜光藻的发光行为不仅影响其自身的生存和繁殖，还对整个海洋生态系统产生深远的影响。例如，发光现象可能作为防御机制，帮助夜光藻在受到捕食者攻击时产生短暂的光信号，以吸引更高级的捕食者，从而间接保护自身免受捕食。此外，夜光藻的发光活动可能对海洋食物链的结构和功能产生影响，因为它们的发光行为可能影响其他生物的活动模式和捕食策略。然而，目前对这些生态效应的研究仍然不足，尤其是在毛里求斯这样的热带岛屿环境中。

本研究的另一个重要发现是，毛里求斯沿海水域的夜光藻群落正在经历显著的环境压力。随着海洋温度的上升和人类活动的增加，如农业径流和城市污水排放，这些因素可能正在改变夜光藻的种群结构和分布模式。研究结果表明，夜光藻的发光强度和种群密度与环境温度和溶解氧水平密切相关，而这些参数的波动可能对夜光藻的生态功能产生不利影响。因此，未来的研究需要更加关注这些环境变量对夜光藻生态行为的影响，并探索如何通过管理和保护措施缓解这些压力。

本研究的局限性在于，未对表层光照强度进行直接测量，因此对夜光藻发光行为的光抑制效应的分析仍存在一定的不确定性。此外，研究仅覆盖了毛里求斯的沿海水域，未能全面反映整个印度洋西部地区的夜光藻生态状况。为了更深入地理解夜光藻的发光机制及其生态意义，未来的研究可以结合更精细的光照测量技术和更广泛的采样范围，以揭示夜光藻在不同环境条件下的适应策略和生态功能。

总体而言，本研究为毛里求斯沿海水域夜光藻的生态行为提供了重要的实证数据，并揭示了其发光活动与环境因素之间的复杂关系。这些发现不仅有助于理解夜光藻在海洋生态系统中的作用，也为未来监测和预测海洋发光现象提供了科学依据。随着全球气候变化和人类活动的持续影响，夜光藻的生态行为可能会发生进一步的变化，因此，持续的生态监测和研究对于保护和管理海洋生态系统至关重要。