海洋酸化提高浮游植物苯酚類物質(zhì)的含量及其食物鏈效應(yīng)

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海洋酸化提高浮游植物苯酚類物質(zhì)的含量及其食物鏈效應(yīng)

海洋以每小時(shí)100萬t以上的速率從大氣中吸收CO2，緩解全球變暖的同時(shí)，卻導(dǎo)致海水pH不斷下降，引起海洋酸化．該化學(xué)環(huán)境的變化影響了海洋生物的代謝與生存［1］，然而其影響機(jī)理尚不清楚;雖已有相關(guān)報(bào)道［2］，但目前爭議性仍較大．

高坤山教授課題組歷時(shí)5年，結(jié)合多種實(shí)驗(yàn)手段在不同規(guī)模培養(yǎng)體系(實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，微尺度與中尺度生態(tài)系統(tǒng)裝置)中開展了一系列研究，闡明了浮游植物在海洋酸化條件下增加毒性物質(zhì)苯酚類的含量，并使該物質(zhì)在次級(jí)生產(chǎn)者浮游動(dòng)物體內(nèi)的含量也升高，顯示了酸化影響的食物鏈效應(yīng)．近期該課題組(第一作者:金鵬)以“Ocean acidification increases the accumulation of toxic phenolic compounds across trophic levels”為題在《Nature Communications》上發(fā)表了最新的研究成果［3］．研究發(fā)現(xiàn)鈣化浮游植物在2種CO2濃度條件下(對(duì)照組: 395×10－6;酸化組: 1 000×10－6)的蛋白表達(dá)有明顯差異，并根據(jù)蛋白種類的變化建立了如下科學(xué)假設(shè):酸化促進(jìn)該藻類β－氧化、檸檬酸循環(huán)、糖酵解等代謝途徑(圖1)，會(huì)使細(xì)胞內(nèi)苯酚類(毒性物質(zhì))含量升高，并產(chǎn)生食物鏈效應(yīng)．

為驗(yàn)證該設(shè)想，該課題組通過微尺度( 30 L)和中尺度( 4 000 L)生態(tài)系統(tǒng)裝置開展了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)浮游植物群落苯酚類物質(zhì)含量和呼吸速率，與對(duì)照組相比，在酸化條件下分別增加了46%～212%和130% ～160%．在此基礎(chǔ)上，該課題組將微、中尺度生態(tài)系統(tǒng)中生長的浮游植物喂食浮游動(dòng)物，發(fā)現(xiàn)浮游動(dòng)物體內(nèi)苯酚類物質(zhì)的含量也明顯升高，增加了28%～48%．這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以上理論假設(shè)成立，由此推測發(fā)生上述變化的內(nèi)在機(jī)制是:浮游植物為了應(yīng)對(duì)海水酸化脅迫，促進(jìn)苯酚類物質(zhì)的合成，并通過其降解增加細(xì)胞抵御酸性脅迫所需要的額外能量．

該研究表明隨著海洋酸化的進(jìn)一步惡化，食物鏈能量與物質(zhì)的傳遞可能會(huì)受到影響，甚至殃及海產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)引起社會(huì)公眾對(duì)海洋酸化這一海洋環(huán)境問題的更多關(guān)注．然而，這種效應(yīng)在不同海域或生態(tài)系統(tǒng)中是否同樣存在尚待驗(yàn)證．目前，高坤山教授課題組在國家基金委重點(diǎn)項(xiàng)目的支持下正在開展進(jìn)一步的相關(guān)研究，探討近岸海域碳酸鹽系統(tǒng)震蕩條件下的酸化效應(yīng)，并試圖結(jié)合生理與分子手段揭示浮游植物等響應(yīng)酸化的機(jī)制．

圖1海洋酸化條件下浮游植物細(xì)胞內(nèi)上調(diào)(紅色)或下調(diào)(綠色)的代謝途徑［3］

參考文獻(xiàn):

［1］GATTUSO J P，MAGNAN A，BILLé R，et al．Contrasting futures for ocean and society from different anthropogenic CO2emissions scenarios［J］．Science，2015，349 ( 6243) : acc4722．doi: 10．1126/science．a(chǎn)ac4722．

［2］GAO K S，CAMPBELL D A．Photophysiological responses of marine diatoms to elevated CO2and decreased pH: a review ［J］．Functional Plant Biology，2014，41( 5) : 449－459．

［3］JIN P，WANG T，LIU N，et al．Ocean acidification increases the accumulation of toxic phenolic compounds across trophic levels［J］．Nature Communications，2015，6: 8714．doi: 10．1038/ncomms9714．

(徐婷婷編寫)

doi:10．6043/j．issn．0438－0479．2016．01．002

文章編號(hào):0438－0479( 2016) 01－0002－01