热带优势海草Thalassia testudinum在高硫碳酸盐潟湖中的根系氧耗缺失机制及其生态意义

本研究针对热带海草Thalassia testudinum在佛罗里达湾高硫（H2 S）沉积环境中的生存策略，通过2-D平面氧光极传感器（optode）和微传感器技术，首次揭示该物种根系氧损失（ROL）受限的独特现象。结果表明，尽管根系内部pO2 在光照下超空气饱和度（>21 kPa），其根际仍保持缺氧状态且H2 S浓度达200 μM，证实了进化形成的氧扩散限制机制对硫化物的防御作用，为海草生态系统保护提供新见解。

　　

在热带海洋生态系统中，海草床被誉为"水下热带雨林"，但其生存正面临日益严重的环境胁迫。佛罗里达湾作为全球最大的海草主导型河口之一，近年来频繁发生大规模海草死亡事件（面积达40 km²
），其元凶正是沉积物中积累的高浓度硫化氢（H₂
S>1 mM）。传统认知认为，海草通过根系氧损失（Root Oxygen Loss, ROL）氧化根际环境以抵御硫化物入侵，但这一理论无法解释优势物种Thalassia testudinum在硫胁迫下的顽强生存能力。为此，来自国外研究机构的N.H. Winn、M.S. Koch团队在《Journal of Experimental Marine Biology and Ecology》发表研究，揭示了这种加勒比海标志性海草的独特适应策略。

研究采用2-D平面氧光极传感器（planar optode）和微传感器（microsensor）技术，对采集自佛罗里达湾Johnson Key海域（25°03'05"N, 80°54'23"W）的T. testudinum进行实验室模拟。通过监测光照（500 μmol photons m^?2
s^?1
持续9小时）与黑暗周期中根际氧分压（pO₂
）和H₂
S动态，结合内部组织氧传输分析，系统解析了其氧分配机制。

【Plant collection for experiments】
在佛罗里达湾频繁发生海草死亡的区域采集完整植株（直径15 cm×深度20 cm），实验室模拟原位沉积环境。

【Rhizosphere O₂
consumption rates】
平面光极数据显示，即使在持续光照下，根际始终无氧（pO₂
<0.2 kPa），沉积物氧消耗速率高达1.7 kPa h^?1
。微传感器测定发现根际H₂
S浓度稳定在200 μM，而根系内部pO₂
在光照期超空气饱和度（>21 kPa），黑暗期仍保持有氧状态（12小时），且未检测到H₂
S侵入。

【Discussion】
突破性地发现T. testudinum通过限制ROL实现双重保护：① 维持内部氧分压满足深层根系呼吸需求；② 避免氧泄漏导致的化学能浪费。这与多数湿地植物通过ROL氧化根际的策略截然不同，揭示了慢生型海草在硫化物富集碳酸盐环境中的特殊适应。

【Conclusion】
该研究首次证实T. testudinum通过进化形成的氧扩散限制机制，在根系-沉积物界面形成气体交换屏障。这种策略既保障了深层根系（可达20 cm）的氧供应，又有效阻止了H₂
S入侵，为理解热带海草在高硫环境中的优势地位提供了生理学基础，对佛罗里达湾等敏感生态系统的保护管理具有重要指导价值。