多代驯化揭示海洋酸化与变暖下Scrippsiella trochoidea的生态适应策略及其对有害藻华的调控意义

本研究针对海洋酸化(OA)和变暖(OW)对有害藻华(HAB)形成种Scrippsiella trochoidea的多代适应机制展开探索。通过模拟未来海洋条件(25°C,1000 ppm pCO2)，研究人员发现该甲藻通过增长速率提升79%、细胞体积扩大73%以及碳水化合物(38%)、脂质(48%)、蛋白质(90%)和叶绿素(158%)的显著积累实现生理生化重塑，并揭示其独特的硝酸盐-磷酸盐权衡策略。该成果为预测气候变化下HAB动态及海洋管理提供关键理论依据。

　　

随着大气CO₂浓度从工业革命前280 ppm升至现今400 ppm，预计210年将达1000 ppm，海洋正经历前所未有的酸化和变暖双重胁迫。这种变化对海洋浮游植物群落构成严峻挑战，尤其是能形成有害藻华(HAB)的甲藻类，它们通过休眠孢囊等独特机制展现出惊人的环境韧性。然而，相较于硅藻、定鞭藻等其他浮游植物类群，甲藻应对气候胁迫的具体适应策略仍存在认知空白。中国地质大学（武汉）高级海洋研究所的Satheeswaran Thangaraj与孙 Jun团队在《ICES Journal of Marine Science》发表的研究，首次系统揭示了典型HAB甲藻Scrippsiella trochoidea在模拟未来海洋条件下的多代适应机制。

研究采用人工海水培养基(Aquil protocol)培养秦皇岛海域分离的S. trochoidea，设置当前条件(21°C,400 ppm pCO₂)与未来情景(25°C,1000 ppm pCO₂)两组，持续追踪10个世代。通过碳酸盐系统参数分析(CO₂SYS软件)、生理指标检测(比生长率、细胞体积、PSII光化学效率)、元素分析(CHNS/O分析仪)及宏量组分测定(HPLC、荧光染色法等)，揭示了该物种的适应策略。

细胞生理与碳酸盐化学
HTHC条件下，第10代藻细胞生长速率提升79%，细胞体积增加73%，最大光化学效率(F_v/F_m)提高29%。碳酸酐酶活性增强25%，表明其通过优化碳浓缩机制(CCM)缓解CO₂限制。

元素组成与化学计量比变化
碳配额(Q_C)在第10代增加66%，氮配额(Q_N)提升55%，而磷配额(Q_P)呈现先升后稳趋势。C:N:P化学计量比的重构显示，细胞通过奢侈吸收磷储备应对环境波动。

宏量组分特征与分配
最显著的是第10代叶绿素含量激增158%，蛋白质增加90%，RNA上升133%。补偿期(第5代)出现磷脂激增60%与残余磷积累53%的"双高峰"，揭示磷资源向膜结构与核酸合成的战略转移。

宏量分子组织与功能分配
比较分析发现，S. trochoidea与甲藻A. minutum共享独特的N-P权衡策略：将磷酸盐优先分配给磷脂和残余磷，而硝酸盐则定向至叶绿素、DNA和蛋白质合成。这种模式显著区别于硅藻等类群的响应特征。

该研究首次阐明甲藻通过"硝酸盐-磷酸盐分流"机制实现气候适应：在补偿期将硝酸盐重分配至核酸生物合成，同时动用磷储备支持膜脂生产。这种多代驯化产生的生理可塑性，解释了为何HAB甲藻在气候变化中可能成为"赢家"。成果为构建HAB预测模型提供了关键参数，对制定营养盐管控、栖息地修复等海洋适应策略具有指导价值。未来需扩大至更多甲藻物种验证这一适应模式的普适性，并探究其与营养限制、捕食压力的交互效应。