氣候變化對珊瑚生態(tài)系統(tǒng)的影響被廣泛討論，雖然氣候預(yù)報(bào)預(yù)測全球海水溫度將穩(wěn)步上升，但區(qū)域水平的溫度變化將更加多變。例如，Yuan等人（2019）發(fā)現(xiàn)南中國海（SCS）熱帶和亞熱帶水域的升溫速率（0.038–0.074°C/年）高于預(yù)測。這種加速是令人擔(dān)憂的，因?yàn)樵摰貐^(qū)被認(rèn)為是未來海洋變暖的珊瑚避難所，部分原因是亞熱帶水域的珊瑚群落經(jīng)歷了更大的季節(jié)性溫度范圍，因此可能比比熱帶珊瑚更能忍受熱擾動(dòng)。除氣溫波動(dòng)外，預(yù)計(jì)亞熱帶地區(qū)與強(qiáng)降雨事件相關(guān)的地面徑流頻率和強(qiáng)度將增加，這些事件可能導(dǎo)致珊瑚白化和大量珊瑚死亡。
耐脅迫珊瑚如扁腦珊瑚（Platygyra spp.），被認(rèn)為非常適合在邊緣礁生存，但對它們短期暴露在異常高溫和低鹽度下的生理反應(yīng)仍然知之甚少。肉質(zhì)扁腦珊瑚（Platygyra carnosa）是一種廣泛分布在中國南海且被認(rèn)為環(huán)境波動(dòng)耐受力強(qiáng)的物種，可更好地描述亞熱帶珊瑚的溫度和鹽度耐受性。香港城市大學(xué)海洋污染重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，利用無損測量技術(shù)（CISME水下原位呼吸代謝測量儀及Diving-PAM水下原位熒光儀），對高溫、低鹽處理下的肉質(zhì)扁腦珊瑚P. carnosa的健康狀況如呼吸、光合作用、生物鈣化和白度等指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，確定了P. carnosa的能量可塑性和生理極限，評估了P. carnosa在氣候變化下的代謝過程。
代謝測量可以量化生物系統(tǒng)的能量消耗，并可觀測生物體健康。長期以來，珊瑚生理速率的測量一直備受關(guān)注，并開發(fā)了一些工具和方法以在野外和實(shí)驗(yàn)室研究中獲得這些測量值。對底棲生態(tài)系統(tǒng)的新陳代謝研究利用環(huán)境室測量氧氣和pH隨時(shí)間的變化，作為生物過程的指標(biāo)。最近，通過減小實(shí)驗(yàn)裝置的尺寸和結(jié)構(gòu)，對測量技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)了水下呼吸作用測量儀，通過測量溶解氧、pH值和溫度來量化珊瑚呼吸和光合作用。
CISME是一種潛水員可操作的儀器，可對設(shè)定光強(qiáng)下測得的凈產(chǎn)氧速率與在黑暗條件下測得的凈耗氧速率進(jìn)行比較。它包括電子控制模塊、平板電腦和孵育室測量頭等。這個(gè)小孵育室的裝置可將珊瑚表面密封，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)測量暗適應(yīng)（5分鐘）期間的耗氧量，以及在模擬自然光（10分鐘）下，當(dāng)室內(nèi)水持續(xù)循環(huán)時(shí)，光合內(nèi)共生體的后續(xù)產(chǎn)氧速率。
實(shí)驗(yàn)表明盡管P. carnosa可以在溫度升高（25-32°C）的情況下存活，但其整體能量在溫度>30°C時(shí)嚴(yán)重降低。相反，P. carnosa對鹽度降低（31-21 psu）適應(yīng)性強(qiáng)，但其生物鈣化率降低。表明該種珊瑚可短期適應(yīng)由于降水量和降水強(qiáng)度的增加導(dǎo)致的鹽度變化。
這項(xiàng)研究為氣候因子對P. carnosa代謝的影響提供了有用的觀點(diǎn)，可更好地預(yù)測未來氣候變化情景下P. carnosa健康狀況的變化。并強(qiáng)調(diào)了使用水下呼吸測量儀現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測珊瑚生存能力并將珊瑚生理狀態(tài)量化的必要性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
呼吸作用（R）隨溫度的升高而線性增加，從0.56 μmolO2cm-2h-1增加到最高1.57μmol O2cm-2h-1，30°C時(shí)最高（Δ0.87±0.08 μmolO2cm-2h-1，p<0.01），但在30和32°C之間保持不變（Δ0.92±0.17 μmolO2cm-2h-1，p=0.86）。
Pg總光合速率也隨溫度升高至30°C呈線性增加（Δ0.84±0.02 μmol O2 cm?2h?1，p<0.01），但在32°C時(shí)顯著降低（Δ0.03±0.12 μmol O2 cm?2h?1，p<0.01）。
光合效率在30°C時(shí)稍有提高（Δ0.06±0.01 Fv/Fm，p<0.05），但在30°C以上，部分珊瑚片段的光合效率降低了約0.5 Fv/Fm。
珊瑚白度的測量在所有溫度下都顯示出普遍的上升趨勢，盡管片段之間的變化較高。相比之下，鈣化速率在25到30°C之間保持不變（p=0.07），但在30到32°C之間顯著降低（Δ-79.62±34.46 μmol CaCO3 cm-2h-1，p<0.05）
呼吸速率R、總光合速率Pg和光合效率Fv/Fm的不受鹽度變化的影響（分別為p=0.62，p=0.32和 p=0.52）。
CA在最低鹽度下明顯降低（Δ-0.66±0.03 μmol CaCO3cm-2h-1，p<0.05）,在最低鹽度水平下，珊瑚白度略有增加（Δ+7.72±5.68%，p<0.05）
環(huán)境變化對珊瑚代謝的凈影響可表示為Pg/R，代表全功能體的代謝“健康”或狀態(tài)。在溫度效應(yīng)方面，Pg/R在25-30℃的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定在~2.5~3.0之間，處于25℃的對照組測量范圍內(nèi)，但隨后在30~32℃之間逐漸下降，約為對照組的一半（Δ-1.7±0.21，p<0.01；圖3a）。相比之下，盡管對照組和處理組的Pg/R值略低于幾周前溫度試驗(yàn)期間測得的值（圖3b），但在整個(gè)鹽度范圍內(nèi)，Pg/R沒有變化。
使用主坐標(biāo)分析（PCoA）總結(jié)了歐氏距離。將代謝測量結(jié)果與溫度組進(jìn)行了聚類。一般來說，25.15°C、27.01-28.9°C和30.2-31.12°C三組之間溫度影響顯著，這表明溫度從~27到~29°C的升高對珊瑚代謝沒有任何可檢測的影響（圖4a），類似于用Pg/R觀察到的情況。將代謝測量結(jié)果與鹽度組進(jìn)行了聚類，表明鹽度降低1.25 psu/天，影響珊瑚代謝，但主要影響鈣化和白度（圖4d）
實(shí)驗(yàn)材料及參數(shù)測量
1.采樣點(diǎn)：香港大鵬灣（22.502°N - 114.356°E），赤州的一個(gè)淺水區(qū)，（2 - 4米深），此處P.carnosa群體數(shù)量豐富，易于觀測。
2.采樣：2018年4月13日，使用SCUBA從健康獨(dú)立的群體采集十二個(gè)珊瑚片段（表面積30-45 cm2），裝于透明自封袋標(biāo)記并在2小時(shí)內(nèi)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。
3.實(shí)驗(yàn)前預(yù)培養(yǎng)：培養(yǎng)于室外水箱（300 L），從附近吐露港引入自然流動(dòng)海水（流速1 L/min），避光培養(yǎng)3周。吐露港的海水狀況與赤州附近采集點(diǎn)的海水狀況相似，海水狀況完全在P.carnosa的耐受范圍內(nèi)。
4.理化參數(shù)：使用YSI多參數(shù)水質(zhì)分析儀（YSI EXO2，Xylem）監(jiān)測現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)水箱中海水的理化學(xué)參數(shù)（溫度、鹽度、pH、溶解氧和濁度），每次實(shí)驗(yàn)前使用標(biāo)準(zhǔn)液（Xylem）校準(zhǔn)。
5.總堿度AT測定：實(shí)驗(yàn)第二天采集散海水樣本，立即用飽和氯化汞溶液（最終濃度為0.08%）對樣品進(jìn)行固定，分析前將其避光冷藏儲(chǔ)存（+4°C）。參考《海水二氧化碳測量最佳實(shí)踐》（Dickson等人，2007年）敞口式酸度電位滴定法，使用配有DGi115-SC電極的G20s梅特勒-托利多自動(dòng)滴定儀，分析樣本體積20 g。
6.珊瑚生理指標(biāo)測量：使用水下呼吸代謝測量儀（CISME，CISME Instruments LLC）在珊瑚表面測量呼吸作用（R）和凈光合作用（Pn）速率?？偣夂献饔肞g=|R|+Pn。以孵育期間的氧通量計(jì)量。每次光照孵育結(jié)束，收集循環(huán)室的水樣以測量總堿度AT。
珊瑚鈣化率（CA）的測定：采用堿度異常技術(shù)（Schoepf，2017），珊瑚表面積標(biāo)準(zhǔn)化為24.5 cm2。
珊瑚總能量：Pg/R
珊瑚白度：用Primer 5.0軟件（Primer-E,Ltd）的SIMPER工具測量對照組和實(shí)驗(yàn)組珊瑚在照片顏色組成上的差異百分比，表示白度值。
7.共生體光合能力: 使用水下脈沖調(diào)制熒光儀Diving-PAM(Heinz Walz，Effeltrich，Germany）測量最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）。
8.測量時(shí)間：所有對珊瑚片段的測量都在中午（上午10:30至下午1:30）進(jìn)行。調(diào)節(jié)室內(nèi)的LED強(qiáng)度，使其與珊瑚采集點(diǎn)當(dāng)天中午的現(xiàn)場輻照度（約460 μmol m-2s-1）相匹配。
文章來源
Walter Dellisanti; Ryan H.L. Tsang; Put Ang; Jiajun Wu; Mark L. Wells; Leo L. Chan
Marine Pollution Bulletin ( IF 3.782 ) Pub Date : 2020-02-29 , DOI: 10.1016/j.marpolbul.2020.111005