海洋酸化通过调控碳氮代谢改变羊栖菜与石莼的种间竞争关系

本研究针对CO2 浓度升高导致的海洋酸化背景下，经济海藻羊栖菜（Sargassum fusiforme）与其附生石莼（Ulva lactuca）的种间竞争机制展开研究。通过单培养与共培养实验，发现石莼通过抑制宿主光合作用、生长及氮代谢基因表达形成竞争压力，而高CO2 环境通过提升PSII活性和碳同化基因表达缓解这一胁迫。该成果为气候变化下海藻养殖的生态适应策略和碳汇效率评估提供理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，海洋酸化已成为威胁海洋生态系统的核心问题之一。随着大气CO₂
浓度持续升高，表层海水pH值下降0.1-0.2单位，导致碳酸盐系统失衡，直接影响海洋初级生产者的生理功能。经济海藻羊栖菜（Sargassum fusiforme）作为我国沿海重要的养殖品种，兼具药用价值和碳汇功能，但其规模化养殖常受附生藻类石莼（Ulva lactuca）的竞争胁迫。石莼通过资源争夺、遮光效应和化感作用抑制宿主生长，而海洋酸化可能改变二者的竞争平衡。这一科学问题直接关系到未来海藻养殖的经济效益和海洋碳汇潜力，却缺乏系统研究。

为解析这一机制，温州科技局资助的研究团队在《Harmful Algae》发表论文，通过模拟不同CO₂
浓度（环境水平与升高水平）下的单培养和共培养实验，结合光合参数测定、基因表达分析和碳酸盐系统检测，揭示了海洋酸化调控种间竞争的新途径。研究采用浙江洞头采集的羊栖菜和石莼样本，通过rETR（相对电子传递速率）、NPQ（非光化学淬灭）等指标评估光合效率，并检测RuBisCo（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）、PGK（磷酸甘油酸激酶）等碳代谢基因及NR（硝酸还原酶）活性变化。

Changes in seawater carbonate system
高CO₂
处理使共培养体系pH降低5.08%，CO₂
和HCO₃
^?
浓度分别提升223.02%和22.86%，而CO₃
^2?
显著减少。这种变化为藻类碳利用策略改变提供了化学基础。

Effects of interspecific competition on S. fusiforme
共培养条件下，石莼通过竞争光照和营养显著抑制羊栖菜的生长速率（降低37.2%）和rETRm（最大相对电子传递速率），并下调氮代谢相关基因。单培养时，高CO₂
促进羊栖菜单独生长，但抑制其NR活性，反映碳氮代谢失衡。

关键结论
研究发现，海洋酸化通过双重途径重塑种间关系：一方面，高CO₂
直接激活羊栖菜PSII核心蛋白（D1/D2）基因表达，提升碳同化效率；另一方面，石莼对CO₂
浓度变化不敏感，其竞争效应被削弱。这种非对称响应使羊栖菜在酸化环境中获得生长优势，其碳汇潜力可能随之增强。该研究首次阐明碳氮代谢重编程是藻类适应环境胁迫的关键靶点，为构建气候韧性养殖体系提供了分子层面的理论支撑。