海岸带入侵生物互花米草对赤潮藻的化感抑制机理及环境响应研究

Red tide and biological invasion are important eco-environmental problems that threaten the sustainable development of coastal zones. This research aims in developing a novel red tide control method using coastal invasive species Spartina alternifiora. Based on the comprehensive screening of the inhibitory effect of S. alternifiora on typical red tide organisms, and utilizing advanced analysis instruments such as UHPLC-MS, NMR, MALDI-TOF-MS and FCM, the key allelo-chemicals responsible for the inhibitory effect will be isolated and identified from S. alternifiora , and the extraction way of the anti-algal chemicals will be optimized; the allelopathic mechanisms of anti-algal activity of S. alternifiora will be systematically studied; the general environmental response law of the key anti-algal allelo-chemicals will be explored, and the optimal combination of environment conditions for promoting S. alternifiora to generate anti-algal allelo-chemicals will be revealed. This research will provide a new direction for red tide control technology, and has an important scientific significance for the prevention and control of S. alternifiora, an invasive species in coastal zone.

赤潮和生物入侵是我国海岸带可持续发展面临的重要生态环境问题。本项目拟在全面筛选分析海岸带入侵生物互花米草对我国典型赤潮藻抑制有效性的基础上，借助UHPLC-MS、NMR、MALDI-TOF-MS和FCM等先进技术，分离鉴定互花米草关键抑藻化感物质，获得有效抑藻化感成分的提取途径；阐明其抑制赤潮藻暴发的化感机制；探索互花米草关键抑藻化感物质种类、含量的环境响应规律，揭示促进互花米草生成抑藻化感物质的最优环境条件组合。本研究的开展将为赤潮控制技术提供新方向，并对海岸带入侵生物互花米草的防治具有重要的科学意义。

赤潮和生物入侵是我国海岸带可持续发展面临的重要生态环境问题。本项目研究了我国海岸带盐沼主要入侵生物互花米草对典型赤潮藻抑制的有效性；采用差异环境代谢组学和大数据挖掘手段，明确了互花米草主要抑藻化感物质；从光合活性、胞外代谢、转录组学分析等角度，系统阐明其抑藻化感机制；通过全面调查我国典型海岸带互花米草生境的生物、非生物环境因子，解析了互花米草代谢图谱对环境因子的响应规律，阐明促进抑藻化感物质合成的环境条件。主要研究成果包括：1）发现互花米草提取物对球形棕囊藻、东海原甲藻、赤潮异弯藻、海洋卡盾藻和塔玛亚历山大藻等赤潮藻均能有效抑制，其中海洋卡盾藻和赤潮异弯藻最敏感。2）发现全年互花米草抑藻活性先升高后下降，并在其成熟期达到峰值；采用超高效液相色谱和串联质谱法，分析了互花米草次级代谢图谱的月度变化特征，发现其次级产物主要为黄酮类、有机酸类化合物；利用相关性分析、正交偏最小二乘法判别分析以及分子网络分析等方法，通过互花米草抑藻活性与代谢组图谱特征关联分析，明确其关键抑藻活性分子为异荭草素和麦黄酮等。3）阐明互花米草关键抑藻物质的作用机制：微藻光合系统是重要的靶点，同时微藻胞外代谢发生变化；核苷酸切除修复通路、内质网中的蛋白质加工通路、碳代谢通路等是受影响的主要通路。4）在我国海岸带（北纬18° - 43°）开展大尺度野外调查，在典型生境江苏大丰开展小尺度野外调查，发现土壤低磷、低氮、高pH、高盐度、淹水胁迫可促进互花米草抑藻活性分子合成。本研究为资源化利用入侵植物互花米草提供了新的理论依据，对开发赤潮防治化感新方法具有重要的科学意义。