海草(Cymodocea nodosa)对短期与长期海洋酸化的响应机制：来自浅层CO2热液区的生态适应证据

本研究通过浅层CO2热液区自然酸化梯度实验，揭示地中海海草Cymodocea nodosa对海洋酸化(OA)的适应策略。研究人员采用多站点移植设计，发现短期酸化显著促进海草光合色素积累（chl a+b提升2.2倍）和生物量增长（叶片长度增加100%），而长期适应种群则通过生理调节维持形态稳定。该成果为预测气候变化下海草床生态功能演变提供了关键数据，对蓝碳（blue carbon）保护政策具有指导意义。

　　

随着工业革命以来大气CO₂浓度飙升至425 ppm（2024年数据），海洋吸收约30%人为排放CO₂导致pH值下降0.3单位的海洋酸化(OA)现象，已成为威胁海洋生态系统的重大环境问题。地中海作为半封闭海域，其独特的水循环特征使其更易受气候变化影响。在众多海洋生物中，海草床虽仅覆盖不到0.2%的海底面积，却是重要的蓝碳（blue carbon）储存库和生物多样性热点。然而关于海草如何应对OA的争议持续存在——早期研究显示钙化生物受OA负面影响，但非钙化初级生产者（如海草）可能从中获益。

意大利萨萨里大学（University of Sassari）的研究团队选择地中海广布种Cymodocea nodosa为研究对象，利用武尔卡诺岛Levante湾天然CO₂热液区（pH 7.70）构建多站点控制实验。这种具有克隆整合特性的先锋物种，其水平匍匐茎（apical shoot）与垂直茎（vertical shoot）的差异化响应为理解OA适应策略提供了独特视角。

研究采用HOBO温光记录仪和smarTROLL pH探头监测环境参数，通过设计原位移植（transplanted）、同域转移（translocated）和自然种群（untouched）三组处理，系统比较了短期（3个月）与长期酸化适应下海草的形态和生理响应。实验采集含顶端茎和4个垂直茎的 cuttings（共625茎段），测定叶片数、长度、坏死组织比例等形态指标，并通过丙酮萃取-分光光度法分析叶绿素（chl a+b）和类胡萝卜素（car x+c）含量。

短期酸化效应

移植到低pH区的植株表现出显著的光合优势：顶端茎叶绿素含量较对照组提升117%（2.26 vs 1.04 mg g^-1 DW），类胡萝卜素增加125%。形态学上，CPH种群移植后叶片长度从7.67 cm增至15.3 cm，且完全消除褐变组织。值得注意的是，生物量分配呈现"源-库"重构，顶端茎生物量达对照组的4倍（0.08 vs 0.02 g），但根部响应仅见于C1种群（根长增长766%）。这种顶端优势与克隆整合理论相符，表明资源优先供给水平扩展茎以探索新栖息地。

长期适应特征

自然酸化区的本土种群展现出独特的生理适应：尽管形态指标与对照区无显著差异，但光合色素持续高表达（chl a+b 4.61 vs 1.66 mg g^-1 DW）。这种"高代谢-稳形态"策略提示存在基因调控层面的长期适应，与转录组学研究发现的光合相关基因上调现象相互印证。

方法学启示

研究首次证实海草实验需区分茎型：顶端茎对OA的敏感度是垂直茎的1.5-2倍。同时警示移植实验需考虑操作压力——转移植株的色素含量普遍降低23-40%，但该干扰未掩盖酸化效应。

这项发表于《Environmental Research》的研究，通过创新性地整合短期暴露与长期适应数据，揭示了海草应对OA的双阶段适应模型：初期通过快速光合调控获取碳优势，长期则通过代谢重构维持生态稳态。该成果不仅为预测地中海海草床在RCP8.5情景下的演化轨迹提供依据，更启示蓝碳保护应关注种群来源与茎型差异。未来研究可结合表观遗传学手段，进一步解析克隆整合在OA适应中的调控机制。