从生物能量学角度研究鹿角杯形珊瑚繁殖阶段对升温的响应机制

It is of great importance to study how the bioenergetics of coral breeding stage is affected by seawater warming, which increasingly endangers the fragile marine life, following the global greenhouse gas emissions. Scleractinians is threatened mostly by seawater warming. Lipid and fatty acid, the main energy supply for corals, are considered the critical indicators as to whether corals can adapt to environmental changes. Also important is coral breeding which is the crucial life history stage for restoring coral reef ecosystems. In this project, Pocillopora damicornis is used to study the effects of higher temperature on the energy allocation of coral breeding stage as well as on the growth and development of those larvae. The differences of fatty acid composition are compared between maternal and larval in natural and laboratory temperature elevated conditions to determine the role that fatty acids play in how coral adapts to seawater warming. The research results helps to explain the warming-response mechanism of scleractinians in the perspective of bioenergetics (such as energy allocation and fatty acid composition), providing a theoretical basis for the restoration and management of coral reef ecosystems.

海水升温是对造礁石珊瑚最严峻的威胁。脂质及脂肪酸作为珊瑚的主要能量供应物质，被认为是评估珊瑚能否适应环境变化的重要指标。同时，珊瑚繁殖期是珊瑚礁生态系统自然恢复最重要的生活史阶段。随着全球温室气体排放的持续增加，海水升温对海洋生物的影响将会日益凸显和加剧，因此研究升温对珊瑚繁殖阶段生物能量学的影响显得尤为重要。本项目拟以繁殖阶段的鹿角杯形珊瑚（Pocillopora damicornis）为研究对象，确定升温对珊瑚繁殖阶段能量分配及浮浪幼虫生长发育的影响；通过比较自然珊瑚礁海域和实验室不同温度梯度处理下母体及幼虫脂质及脂肪酸组成差异，明确脂质及脂肪酸在珊瑚适应升温过程中所发挥的作用。研究结果不仅可以从脂质及脂肪酸组成和能量分配等生物能量学角度阐释造礁石珊瑚对升温的响应机制，同时还为珊瑚礁生态系统修复和管理提供一定的科学依据。

造礁石珊瑚的有性繁殖对于退化珊瑚礁生态系统的恢复至关重要。珊瑚能否合理的分配能量用于生长和繁殖，尤其是不利环境条件下，将最终决定其种群动态的变化。本项目测定了不同温度（28, 29, 31, 32 ℃）处理组鹿角杯形珊瑚（Pocillopora damicornis）繁殖阶段母体（排幼前、后）和幼虫的能量和生理指标以及脂肪酸组成。研究结果表明，温度变化可以显著影响珊瑚母体的排幼时间和数量。脂质和蛋白质是造礁石珊瑚繁殖阶段的主要能量物质。温度下降（低温适应组：28 ℃），珊瑚母体通过减少繁殖能量投入和排幼量以保留更多的能量用于自身发育；单个珊瑚幼虫因具有较高的能量和虫黄藻密度可以获得更长的浮游时间以找到适宜的场所附着从而保证其存活率。温度上升（高温适应组：31 ℃），虽然单个幼虫的能量较少，但珊瑚母体会增加排幼量以保证后代的存活数量，同时其自身也保留了足够的能量。此外，珊瑚在进行能量分配过程中母体和幼虫的脂肪酸会发生重组以维持生物膜的功能和机体的内稳态。然而，高温胁迫下（32 ºC）珊瑚母体需要消耗大量的能量用于繁殖和对高温胁迫的响应，而虫黄藻密度的下降使能量补充减少导致其储存的能量不足产生不利影响。本项目的研究结果表明，繁殖阶段的鹿角杯形珊瑚母体在适宜的温度变化下可以采用不同的能量分配策略以实现其自身和后代的双赢，但在高温胁迫下该策略将会失效。研究结果不仅为珊瑚礁生态修复和管理提供理论指导，还为预测未来环境变化下珊瑚的种群的动态变化以及珊瑚礁生态修复和管理提供科学依据。