探究共生藻奥秘：为珊瑚礁 “抗压” 寻突破

《Coral Reefs》：Interactions among wildtype and heat-evolved photosymbionts shape performance of coral recruits

研究人员为提升珊瑚礁应对气候变化的能力，研究混合共生藻对珊瑚幼体的影响，为珊瑚礁修复提供依据。

　　在广袤的海洋中，珊瑚礁宛如一座绚丽多彩的海底城市，为近三分之一的已知海洋真核多细胞生物提供了栖息之所，每年创造的价值高达约 3750 亿美元。然而，如今这座 “城市” 正面临着前所未有的危机。

随着全球气候变暖，海洋温度不断攀升，珊瑚礁与光合藻类（Symbiodiniaceae，以下简称共生藻）之间原本紧密的共生关系变得极为脆弱。在夏季热浪来袭时，这种共生关系常常破裂，共生藻大量离开珊瑚组织，导致珊瑚 “白化”。失去共生藻的珊瑚就像失去了食物来源的居民，极易因饥饿、疾病而死亡。而且，随着海洋升温，珊瑚面临的热应激时间越来越长，恢复难度也越来越大，这让人们担忧，珊瑚礁生态系统是否会在这场危机中走向崩溃。

为了拯救珊瑚礁，科学家们一直在努力寻找方法。其中一种备受关注的方法是利用实验进化培育出具有热耐受性的共生藻，然后将其引入珊瑚，增强珊瑚的抗压能力。此前的研究已经发现，一些实验进化的共生藻菌株确实能提高珊瑚的热耐受性，但这些菌株在珊瑚幼体中的表现，以及当多种共生藻菌株同时存在时会发生什么，仍然是未解之谜。

在这样的背景下，澳大利亚海洋科学研究所等机构的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Coral Reefs》上。这项研究聚焦于实验进化的 Cladocopium proliferum（C. proliferum）和 Durusdinium trenchii（D. trenchii）在混合接种时的情况，以及多种共生藻菌株对珊瑚幼体生长和存活的影响。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：

1. DNA metabarcoding 技术：通过对 ITS₂区域进行 DNA metabarcoding，来确定每个样本中共生藻群落的组成，以此了解不同共生藻在珊瑚幼体中的占比情况。
2. 实验设置与接种：从珊瑚的繁殖阶段开始，收集 Platygyra sp. aff. daedalea 的珊瑚虫，让其在特定条件下受精、settlement。选择 4 种共生藻培养物，设置 8 种接种处理，包括单一培养接种对照和混合培养接种处理，在特定条件下对珊瑚幼体进行接种。
3. 成像与数据分析：实验持续 70 天，每周通过成像记录珊瑚幼体的生长和存活情况。对收集的数据进行统计分析，运用多种模型评估共生藻群落组成、珊瑚幼体的生存和大小差异等。

下面来看看具体的研究结果：

1. 共生藻的摄取与群落组成：研究发现，所有接种处理中的珊瑚都成功摄取了提供的共生藻菌株。在混合接种处理中，D. trenchii 占据主导地位，平均相对丰度达到 96.4%，而 C. proliferum 的平均相对丰度仅为 3.58%。并且，共生藻群落组成在接种后的 3 个月内动态变化，C. proliferum 的丰度总体呈下降趋势。不同处理之间，C. proliferum 的相对丰度差异显著，且这种差异在不同采样时间点有所不同。例如，在接种后第 12 天，Cwt + Dhe 处理中 C. proliferum 的比例最高，与 Cwt + Dwt 处理差异显著；到第 69 天，Che + Dhe 处理中 C. proliferum 的比例与其他处理差异显著。
2. 珊瑚幼体的生存与大小：接种处理不同，珊瑚幼体在第 70 天的存活率也有所不同，范围从 Cwt + Dwt 的 73.9% 到 Che + Dwt 的 36.1%。多数处理的珊瑚幼体在实验前期死亡率较高，部分处理在特定时间点出现死亡率高峰。混合接种处理的珊瑚幼体存活率普遍低于单一接种处理，尤其是含有一个热进化菌株和一个野生型菌株的混合接种处理，存活率明显更低。在大小方面，不同接种处理的珊瑚幼体大小差异随着时间愈发明显。Che 处理的珊瑚幼体一直较小，而 Cwt + Dwt 处理的珊瑚幼体从第 46 天起最大。此外，感染两种共生藻的珊瑚幼体比仅感染 C. proliferum 的更大，且含有野生型和热进化培养物的混合接种处理的珊瑚幼体，比仅含有野生型或热进化培养物的处理更小。

综合研究结果和讨论，这项研究意义重大。它揭示了混合共生藻群落对珊瑚宿主的生长和存活有着复杂的影响。不同共生藻菌株之间的相互作用，会对珊瑚幼体产生不同的结果，可能是有益的，也可能是有害的，还可能是中性的，这取决于混合菌株的具体种类。研究还发现，D. trenchii 在混合接种中占据主导地位，但与之前研究不同的是，以 D. trenchii 为主的珊瑚幼体生长速度更快。这表明共生藻的特性可能因培养条件、宿主 - 共生体相互作用等因素而有所不同。

该研究为珊瑚礁修复提供了重要的参考依据。在利用共生藻增强珊瑚热耐受性和恢复珊瑚礁生态系统时，不能随意混合共生藻菌株，而应先评估不同共生藻与宿主珊瑚的兼容性。研究人员建议，通过对新定居的珊瑚幼体进行特定共生藻配对和单一菌株对照接种，并观察 40 天内的存活率，来筛选合适的共生藻组合。这将有助于选择更有效的共生藻组合，提高珊瑚礁修复的成功率，为保护珊瑚礁生态系统提供有力的支持，让美丽的珊瑚礁在未来的海洋中得以延续和恢复生机。