南方石莼（Ulva australis Areschoug）孢子或配子释放对营养盐、盐度与海洋酸化叠加效应的响应：对石莼属绿潮爆发的启示

《Aquatic Botany》：Response of spore or gamete release of Ulva australis Areschoug to the superimposition of nutrients, salinity and ocean acidification: Implication for Ulva sp. green tide outbreak

　　

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  孢子体和配子体在生殖细胞的释放方面存在差异。
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  孢子体和配子体在生理反应方面存在差异。
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  这些不同的反应导致了浒苔属绿潮的暴发。

引言

随着人类活动强度的增加，富营养化问题日益严重（Zhou等，2024），并导致海洋绿藻快速且大量繁殖，例如绿潮（Xiao等，2024），绿潮覆盖海岸线并在岸边形成藻垫（Smetacek和Zingone，2013）。绿潮是一种全球性的海洋生态灾害，造成巨大的经济损失并威胁人类健康（Lukhele和Msagati，2024）。普遍认为，绿潮的暴发源于富营养化、物理水动力条件和藻类固有特性（Liu等，2013）。然而，低浓度营养物质会限制初级生产力（Msuya和Neori，2008）。浒苔属物种偏好氨氮，氨氮可显著促进其生物量的积累（Liu等，2020；Shahar等，2020）。磷是核酸、磷脂和三磷酸腺苷（ATP）合成的必需元素，对维持细胞分裂和能量代谢至关重要（Mizuta等，2003）。作为光合作用的核心底物，低浓度的二氧化碳（CO₂）会限制藻类生长（Gao等，2019）；而高浓度的水生CO₂则促进大型藻类的存活和生长（Andria等，1999）。然而，海水中过量的CO₂溶解后形成碳酸氢根（HCO₃^-），降低pH值，导致海洋酸化（Borburema等，2022；Cornwall和Hurd，2020），从而影响浒苔属物种的生理特征（Gao等，2018）。但是，物种对pH的耐受性各不相同：升高的CO₂有利于适应低pH条件的大型藻类（Axelsson等，2000）。此外，降水频率和分布的变化会改变海水盐度（Shi等，2024），蒸发差异也会驱动盐度波动（Yu等，2020）。盐度直接影响生物体的渗透压和代谢（Malea等，2021）。因此，氨氮、磷酸盐、CO₂和盐度可通过协同或拮抗作用共同调节藻类的生长和繁殖。

澳洲浒苔 Areschoug 是形成浒苔属绿潮的藻类物种之一，绿潮发生于沿海水域，如中国山东半岛的湾湖泻湖（Zhang等，2014）和日本广岛湾（Yoshida等，2015）。其生长与盐度（Kim等，2021）和富营养化（Wang等，2020b）相关。因此，铵、磷酸盐、盐度和CO₂等多种因素与绿潮暴发有关。然而，氨氮、磷酸盐、盐度和CO₂等因素对绿潮暴发的促进作用仍然知之甚少。低盐度抑制石莼的繁殖，而高浓度营养物质则促进藻类生长（Emily等，2021），高CO₂抑制多孔浒苔的活性（Wayne等，1994）。人们普遍认为海洋系统存在多种相互作用的因素，但基于这些因素进行绿潮预警和预防的策略效果仍然不佳（Liu等，2013）。浒苔属物种具有极为常见的世代交替现象，然而现有的绿潮暴发机制研究很少考虑不同生活史阶段的作用，这表明浒苔属绿潮的暴发和持续可能涉及内在的生物学机制。

生殖细胞（如孢子和配子）数量的增加是大型藻类种群扩增的重要途径。同形世代交替是浒苔属（如石莼、澳洲浒苔和多花浒苔）的显著特征，产生形态相同的孢子体和配子体。在黄海的绿潮中，两个世代在藻华期间共同出现，但二者之间的相对比例在不同年份差异显著（Zhao等，2019）。孢子体的游动孢子和配子体的配子在有利条件下均可快速萌发生殖，共同推动澳洲浒苔藻华的扩张。其配子体和孢子体在染色体数目上存在差异，这影响了生物体对环境的适应性（Bessho和Iwasa，2009），例如，多倍体物种通常比亲本物种具有更高的适合度和适应性（Ainouche等，2009）。孢子体经过减数分裂产生四游动孢子，四游动孢子沉降并萌发为配子体。配子体经过有丝分裂释放二游动同配子；配子融合形成二倍体受精卵，受精卵发育为新的孢子体。这些世代间的差异构成了它们在生理和生态反应上的分歧基础（Zhao等，2010）。因此，推测澳洲浒苔的配子体和孢子体在氨氮、磷酸盐、盐度和CO₂等多因素作用下的反应存在差异，尤其是在生殖细胞释放方面。然而，很少有研究涉及这一主题，因为人们认为绿潮暴发主要是由富营养化和营养盐失衡引起的，更多关注的是营养盐对浒苔属物种孢子或配子形成的影响（Wang等，2020a）。

为了验证这些推测，分别将澳洲浒苔的孢子体和配子体暴露于氨氮、磷酸盐、盐度和CO₂等多种因素中。研究结果有助于确定浒苔属物种配子体或孢子体的生殖细胞释放情况，以及它们在栖息地适应性方面对环境的其他反应，并理解多种因素对浒苔属物种的影响并非简单的线性加和关系。所有这些结果对于进一步阐明浒苔属绿潮暴发的机制具有重要意义。

章节摘要

澳洲浒苔 Areschoug 孢子体与配子体的区别

2024年6月，从中国山东省威海市双岛湾采集澳洲浒苔 Areschoug。沿自然断裂线将单个藻体分离，用海水清洗后放入装有1升威海海岸采集的并经脱脂棉过滤的海水的塑料容器中。经过24小时后，通过光学显微镜（Motic，BA210，中国）依据形态差异（Han等，2004）确定孢子或配子并释放：

藻体色素含量对多因素的响应

孢子体和配子体中的叶绿素a含量（Cs_a和Cg_a）随多种因素变化（图1）。二者之间存在如下关系：Cg_a = 3.81_±0.20 +1.28_±0.32×NH₄-N×PO₄-P（R = 0.57，F = 15.99，df₁ = 1，df₂ = 33，p=3.38×10^-4＜0.05；NH₄-N×PO₄-P的标准化偏回归系数 = 0.57；VIF=1.00；W=0.98（p=0.78＞0.05）；χ²=3.26（p=0.07＞0.05）；$\bar{P}$_Raw = 0.37，$\bar{P}$_Norm=0.69，σ=0.75）。在处理T1和T10条件下，孢子体中的叶绿素a含量高于配子体（p

讨论

孢子体中的叶绿素a受这些多因素表观抑制效应的抑制程度比配子体更为严重，这包括叶绿素a的合成抑制和损失。孢子或配子中含有叶绿素，但本研究中等孢子和配子浓度均与叶绿素a含量无关，这意味着表观抑制效应主要是对叶绿素a合成的抑制。与初始条件相比，其减少量

结论

澳洲浒苔 Areschoug 的绿潮是由藻类内在生物学特性和外部环境因素共同驱动的。天然海洋环境具有固有的异质性，孢子体和配子体常在同一地点共存。大多数现有研究将浒苔属物种视为单一生活阶段，这限制了对机制的理解以及防控策略的实际效果。孢子体和配子体在环境耐受性和生殖细胞释放方面存在差异。

伦理批准

本研究符合中国相关法律法规。研究对象为非濒危植物，不涉及伦理问题。

未引用参考文献

（Bews等，2021；Liu等，2022；Psachoulia等，2022）

基金支持

本研究得到中国国家自然科学基金（31972796）的资助。

CRediT作者贡献声明

杨亲霞：概念化。谭其音：概念化。何沁怡：概念化。顾伟东：概念化。王岩琳：写作——审阅与编辑，写作——初稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法学，调查，基金获取，形式化分析，数据整理，概念化。葛长之：写作——审阅与编辑，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢研究小组团队成员之间的互动和相互启发所提供的相关信息。

作者贡献

王岩琳，实验；计算与分析；论文撰写；顾伟东，实验；何沁怡，实验；谭其音，实验；杨亲霞，实验；张航，实验；葛长之，监督；概念；论文修改；资金支持。

参与同意

所有作者均参与了本实验的研究，并阅读了

王岩琳|顾伟东|何沁怡|谭其音|杨亲霞|张航|葛长之