海洋酸化提高浮游植物苯酚类物质的含量及其食物链效应



海洋酸化提高浮游植物苯酚类物质的含量及其食物链效应

海洋以每小时100万t以上的速率从大气中吸收CO2，缓解全球变暖的同时，却导致海水pH不断下降，引起海洋酸化．该化学环境的变化影响了海洋生物的代谢与生存［1］，然而其影响机理尚不清楚;虽已有相关报道［2］，但目前争议性仍较大．

高坤山教授课题组历时5年，结合多种实验手段在不同规模培养体系(实验室内，微尺度与中尺度生态系统装置)中开展了一系列研究，阐明了浮游植物在海洋酸化条件下增加毒性物质苯酚类的含量，并使该物质在次级生产者浮游动物体内的含量也升高，显示了酸化影响的食物链效应．近期该课题组(第一作者:金鹏)以“Ocean acidification increases the accumulation of toxic phenolic compounds across trophic levels”为题在《Nature Communications》上发表了最新的研究成果［3］．研究发现钙化浮游植物在2种CO2浓度条件下(对照组: 395×10－6;酸化组: 1 000×10－6)的蛋白表达有明显差异，并根据蛋白种类的变化建立了如下科学假设:酸化促进该藻类β－氧化、柠檬酸循环、糖酵解等代谢途径(图1)，会使细胞内苯酚类(毒性物质)含量升高，并产生食物链效应．

为验证该设想，该课题组通过微尺度( 30 L)和中尺度( 4 000 L)生态系统装置开展了进一步研究，发现浮游植物群落苯酚类物质含量和呼吸速率，与对照组相比，在酸化条件下分别增加了46%～212%和130% ～160%．在此基础上，该课题组将微、中尺度生态系统中生长的浮游植物喂食浮游动物，发现浮游动物体内苯酚类物质的含量也明显升高，增加了28%～48%．这些实验结果表明以上理论假设成立，由此推测发生上述变化的内在机制是:浮游植物为了应对海水酸化胁迫，促进苯酚类物质的合成，并通过其降解增加细胞抵御酸性胁迫所需要的额外能量．

该研究表明随着海洋酸化的进一步恶化，食物链能量与物质的传递可能会受到影响，甚至殃及海产品的质量，应当引起社会公众对海洋酸化这一海洋环境问题的更多关注．然而，这种效应在不同海域或生态系统中是否同样存在尚待验证．目前，高坤山教授课题组在国家基金委重点项目的支持下正在开展进一步的相关研究，探讨近岸海域碳酸盐系统震荡条件下的酸化效应，并试图结合生理与分子手段揭示浮游植物等响应酸化的机制．

图1海洋酸化条件下浮游植物细胞内上调(红色)或下调(绿色)的代谢途径［3］

参考文献:

［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．aac4722．

［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．

(徐婷婷编写)

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

文章编号:0438－0479( 2016) 01－0002－01