捕食者诱导防御降低有毒硅藻Pseudo-nitzschia seriata的生长速率和环境容纳量

为探究浮游植物防御策略的代价机制，研究人员通过连续暴露Pseudo-nitzschia seriata于桡足类捕食者信号（copepodamides），发现诱导产生的神经毒素domoic acid（DA）导致细胞生长速率降低、氮吸收增加及种群规模缩减（仅为对照80%），揭示了毒素负荷与生长权衡的间接调控机制，为海洋生态模型提供了关键参数。

　　

海洋中微小的浮游植物构成了地球生态系统的基石，它们贡献了约一半的全球初级生产力，并通过复杂的捕食关系维持着海洋生态平衡。然而，面对桡足类等捕食者的威胁，浮游植物演化出了精妙的防御策略——其中最具代表性的是硅藻Pseudo-nitzschia seriata产生的神经毒素domoic acid（DA）。这种毒素能有效威慑捕食者，但其生产是否消耗资源、如何影响种群动态，一直是生态学理论预测却难以实证的难题。

针对这一科学空白，中国国家自然科学基金和瑞典研究理事会联合资助的研究团队在《Harmful Algae》发表重要成果。研究人员采用丹麦?resund海域分离的P. seriata H1株系，通过精确控制copepodamides（桡足类释放的化学信号分子）暴露浓度（50 pM），首次实现了对整个种群生长周期的持续诱导观测。实验采用L1+Si培养基（NO₃^-≈140 μM，N:P≈3.9），在10°C恒温条件下同步监测细胞密度、营养盐消耗及毒素积累动态。

Materials and methods
研究通过对比对照组与copepodamides处理组的生长曲线，结合元素分析（CHN测量）和Smartchem自动分析技术，量化了DA生产对细胞生理的影响。

Results

1. 生长抑制：诱导组指数期生长速率显著低于对照组（表S1），稳定期细胞密度仅为对照80%（图1a）。
2. 营养竞争：虽然诱导组更快耗尽硝酸盐（图1c），但单细胞C/N含量显著升高（p<0.05），导致总生物量（μg C/N mL^?1）无差异。
3. 毒素代价：DA仅占用细胞氮库<1%，表明生长抑制非直接资源分配所致，而是细胞为提升单位毒素含量（或应对毒素负荷压力）主动调控的结果。

Discussion
该研究首次揭示DA防御的"隐性成本"机制：桡足类信号触发P. seriata重构氮代谢网络，通过牺牲分裂速率换取更高细胞毒素浓度。这种间接权衡（非经典资源分配模型）解释了为何短期实验难以捕捉防御代价，也为浮游植物群落多样性维持提供了新解释——不同环境压力下，细胞在生长与防御间的策略切换将驱动种群分化。

这项研究由Junjie Jia（贾俊杰）领衔完成，Thomas Ki?rboe等学者参与。其创新性在于突破传统诱导防御研究的时空局限，通过精准控制化学信号暴露，证实了生态理论中长期预测的"防御-生长"权衡关系。成果对赤潮预警模型构建和海洋碳氮循环模拟具有重要指导价值，特别是揭示了毒素藻华爆发可能伴随的初级生产力损失机制。