南海4种共生虫黄藻株系的分离培养和生理特性

为了探究不同虫黄藻的种间差异及其生理特点,从南海的多种刺胞生物中分离获取4株单克隆虫黄藻株系,并围绕其系统发育学、形态学及多种生理学特征展开了一系列研究。结果表明,4株虫黄藻分别归为Symbiodinium属(A3型,编号:HNUA3-1)、Breviolum属(B1型,编号:HNUB1-1)、Cladocopium属(C1型,编号:HNUC1-1)、Durusdinium属(D1型,编号:HNUD1-1)。光学显微镜及透射电子显微镜观察均显示4种藻株在形态学特征上具有很高的相似性,但比生长速率存在显著性差异,反映出虫黄藻种间的特异性生长特征。其中,藻株Breviolum sp. HNUB1-1比生长速率最高,其细胞密度在第3、5、7天均显著高于其他3种藻株(P <0.05),而藻株Symbiodinium sp. HNUA3-1的比生长速率次之,藻株Cladocopium sp. HNUC1-1与Durusdinium sp. HNUD1-1的比生长速率最低,7 d内的两者细胞密度无显著差异。此外,不同藻株之间的最大光量子产量(Fv/Fm)也存在物种特异性,同等条件下,藻株Durusdinium sp. HNUD1-1的Fv/Fm远低于其他3种藻株,反映了其潜在耐热性的光合生理特征。本研究为丰富我国南海虫黄藻种质资源,明确虫黄藻种间差异及特征提供理论依据,可为我国南海珊瑚礁生态系统的恢复提供基础数据支持。

珊瑚脂质是其共生虫黄藻密度降低时的重要能量来源

近年来珊瑚白化现象日益严峻。白化意味着珊瑚共生虫黄藻密度的降低,然而目前关于珊瑚体内的脂质在虫黄藻密度降低时对维持能量供给稳定的意义尚不清楚。本研究以2020年3月和6月在西沙群岛采集的帛琉蜂巢珊瑚(Favia palauensis)和澄黄滨珊瑚(Porites lutea)样品为材料,通过生理参数(虫黄藻密度、脂质含量)与地球化学指标(虫黄藻的稳定氮同位素δ^(15)N_(z)值)相结合的方法,探讨了珊瑚脂质对虫黄藻密度及其光合作用强度变化的响应。结果显示,夏季两种珊瑚的虫黄藻密度和δ^(15)N_(z)值均显著下降,意味着夏季虫黄藻密度降低导致了其光合作用强度的降低。与此同时,两种珊瑚的脂质含量也显著下降,并且脂质含量与虫黄藻密度、δ^(15)N_(z)值之间均呈正相关关系,这说明珊瑚脂质含量与虫黄藻光合作用强度的变化之间存在耦合关系。当光合作用强度降低时,珊瑚可以通过消耗其自身储存的脂质更好地维持能量供给的稳定,这对提高环境胁迫的适应能力以及抗白化能力具有重要意义。

涠洲岛霜鹿角珊瑚共生虫黄藻群落的季节变化特征

【目的】受气候变化和人类活动的双重干扰,全球珊瑚礁生态系统急剧退化,对珊瑚的环境适应机制进行深入探究十分必要。珊瑚的环境适应性与其共生虫黄藻密切相关,然而季节性环境变化驱动虫黄藻变化的微生态机制仍不够深入【。方法】以北部湾涠洲岛珊瑚礁区的一种代表性环境敏感型枝状霜鹿角珊瑚(Acropora pruinosa)为研究对象,开展4个季节的定点样本采集与环境数据监测,分析共生虫黄藻的密度、叶绿素a浓度、群落组成的变化情况,以及虫黄藻群落结构与环境变量的相关性。【结果】涠洲岛珊瑚礁区呈现夏季高温强光和冬季低温弱光的特征,而夏季虫黄藻密度和叶绿素a浓度显著低于冬季,表现出夏季低、冬季高的规律;C1亚系群为4个季节虫黄藻群落的主导亚系群、其相对丰度介于79.35%~82.97%之间,C1ca、C1p、C72和Cspc等背景亚系群的相对丰度随季节交替而显著变化;夏季和冬季的虫黄藻群落结构差异较大,表面海水温度和光合有效辐射对虫黄藻群落结构变化的贡献高于海水叶绿素a浓度、490 nm下的入射光漫射衰减系数和颗粒有机碳。【结论】涠洲岛夏季高温强光和冬季低温弱光的环境特征通过影响霜鹿角珊瑚共生虫黄藻的光合作用,进而调控其密度和叶绿素a浓度季节性变化;C1亚系群的生理特性保证霜鹿角珊瑚适应涠洲岛的环境;表面海水温度和光合有效辐射影响虫黄藻背景系群丰度变化,进而导致群落结构差异显著。整体而言,表面海水温度和光合有效辐射是驱动虫黄藻密度变化、C1亚系群稳定共生、群落结构动态变化的主要因素。本研究以霜鹿角珊瑚为例解析了珊瑚共生虫黄藻适应季节变化的微生态机制,为理解环境敏感型珊瑚适应环境变化提供新的认识。

冷刺激对南海短指软珊瑚中虫黄藻影响的初步研究

该研究以南海短指软珊瑚为研究对象,采用高通量测序法,通过操作分类单元OTU和sobs分析,研究冷刺激对短指软珊瑚中虫黄藻的影响。研究结果表明:在冷刺激驯化后,珊瑚体内的虫黄藻G系群和C系群在结构和数量上发生明显变化,且其共生生物对环境的适应性有所提高。

珊瑚共生虫黄藻密度的季节变化及其与珊瑚白化的关系--以大亚湾石珊瑚为例

定量分析了2006年6月、2007年8月和2008年2月采自南海北部大亚湾海域的共8科、13属、23种170个石珊瑚样品的共生虫黄藻密度,探讨了石珊瑚共生虫黄藻密度的季节变化及其与珊瑚白化的关系。结果显示,所有珊瑚种属的共生虫黄藻密度都显示出明显的季节性波动,总体上夏季低、冬季高(约为夏季的2倍),是海表水温和太阳辐射协同作用的结果。夏季大规模的珊瑚白化(热白化)可能是珊瑚共生虫黄藻密度逐渐降低(排出)到一定阈值的外观表征,而非突发的生态现象;冬季珊瑚白化(冷白化)则可能是极端低温直接致珊瑚死亡,进而快速排出虫黄藻的突发现象;高共生虫黄藻密度对冬季低温乃至极端低温条件下的珊瑚生存起到一定的保护作用。

磷酸盐胁迫对造礁石珊瑚共生虫黄藻光合作用的影响

以佳丽鹿角珊瑚(Acropora pulchra)和多孔鹿角珊瑚(Acropora millepora)两种造礁石珊瑚为材料研究磷酸盐浓度对共生虫黄藻光合作用的影响。研究表明,佳丽鹿角珊瑚(A.pulchra)和多孔鹿角珊瑚(A.millepora)在对照组磷酸盐浓度下,共生虫黄藻的叶绿素荧光参数Fv/Fm值处于稳定状态,在15μmol/L和30μmol/L磷酸盐浓度下,虫黄藻的Fv/Fm值很快受到抑制,分别经过2d和5d开始慢慢恢复,但是最终只能恢复到比对照组较低的水平。同时两种珊瑚的共生虫黄藻密度也有所降低,尤其佳丽鹿角珊瑚(A.pulchra)降低更加明显,15μmol/L和30μmol/L浓度下共生虫黄藻密度分别比对照组下降低5.59%和14.69%。因此,佳丽鹿角珊瑚(A.pulchra)和多孔鹿角珊瑚(A.millepora)最大可以忍受30μmol/L的磷酸盐浓度,但是在30μmol/L浓度的耐受范围内,随着磷酸盐浓度的不断提高,珊瑚共生虫黄藻Fv/Fm值显著下降,珊瑚共生虫黄藻密度显著降低。

虫黄藻的分类和遗传多样性研究进展

综述了虫黄藻的分类研究,其中与造礁石珊瑚共生的虫黄藻主要是共生藻属(Symbiodinium)的种类,重点概述了共生藻的分类和遗传多样性研究进展,特别综述了分子生物学技术在造礁石珊瑚共生藻的分类和遗传多样性方面的研究近况,并对未来共生藻的分类和遗传多样性研究作了展望。目前多采用分子生物学手段进行共生藻的分类和遗传多样性研究,PCR-RFLP是解决共生藻系群水平分类的有效分子标记,而DNA序列分析是目前进行共生藻分子进化和系统发育研究最有效的方法。目前应用于共生藻分子系统发生研究的DNA信息主要为核糖体RNA。对共生藻进行分类和遗传多样性研究,将有助于理解造礁石珊瑚共生藻共生系统对外界环境变化的生态响应机制。

三亚造礁石珊瑚虫黄藻光合作用效率的日周期及其调控因素

珊瑚与虫黄藻的共生是珊瑚礁生态系统最基本的生态特征,虫黄藻光合作用效率直接决定着珊瑚的健康状况。本研究对海南三亚鹿回头珊瑚礁礁坪上5种典型珊瑚(澄黄滨珊瑚Porites lutea、丛生盔形珊瑚Galaxea fascicularis、标准蜂巢珊瑚Favia speciosa、多弯角蜂巢珊瑚Goniastrea favulus和伞房鹿角珊瑚Acropora corymbosa)共生藻的实际光量子产量ΦPSⅡ进行了连续5日的现场监测,并同时监测了该海域的7种环境参数(温度、盐度、溶解氧、pH、海水中二氧化碳分压pCO2、辐射和潮位),旨在探索鹿回头海域珊瑚共生虫黄藻光合作用的日变化规律及其调控因素。结果表明,珊瑚共生虫黄藻光合作用效率和各环境参数都存在明显的日变化,但共生藻光合作用效率主要受光合有效辐射强度(photosynthetic active radiation,PAR)所调控,其次是温度和潮位变化。澄黄滨珊瑚的共生藻光合作用最易受到环境因素的影响。

海南三亚鹿回头虫黄藻(Effrenium voratum)的形态学和系统发育学研究

本文对分离于我国海南三亚鹿回头海域的两株虫黄藻SYSC-14-11和SYSC-2-8进行了分类学研究。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和分子生物学方法描述了两株藻的形态和系统发育特征,并与世界其他地理区系的Effrenium属虫黄藻进行了差异性比较,发现本研究中的两株虫黄藻的形态和系统发育特征与Effrenium属虫黄藻模式种Effrenium voratum基本一致,推测本文中的两株Effrenium属虫黄藻均为E.voratum。本研究丰富了我国热带海域虫黄藻的物种多样性,为完善我国的虫黄藻种质资源奠定了基础。

长砗磲(Tridacna maxima)个体大小与虫黄藻数量的相关性研究

[目的]分析长砗磲个体大小与虫黄藻数量的关系。[方法]以采自海南东瑁洲岛的28只长砗磲为试材,用SAS统计软件对长砗磲体内的虫黄藻数量和叶绿素a含量与壳长和干重进行相关性分析。[结果]长砗磲体内的虫黄藻总数随着长砗磲壳长和干重的增加均呈对数增长,与壳长的相关系数为0.967 2(P<0.01),与干重的相关系数为0.934 0(P<0.01),二者均表现极显著相关性。长砗磲体内的总叶绿素a含量随着壳长的增长而增加,其相关系数为0.936 7(P<0.01),二者亦具有极显著相关性,但单个虫黄藻细胞内叶绿素含量不随长砗磲个体的增大而增加,而是保持了1个恒定值2.5(±0.32,n=28)pg/cell。[结论]长砗磲通过增加体内虫黄藻的数量来增加光合作用产物的总量,以满足自身生存与生长的需要。

珊瑚虫-虫黄藻共生系统碳循环研究的若干进展

综述并分析了珊瑚虫-虫黄藻共生系统碳循环研究的进展,主要包括珊瑚共生系碳的来源、碳利用机制及其碳循环的影响因素等。其中,珊瑚共生系碳循环的主要影响因素包括物理因素(光照和温度)、化学因素(CO2分压、营养盐、污染物)和生物因素(珊瑚共生系的营养方式),这些因素通过影响珊瑚共生系的生理活动(呼吸作用、光合作用和钙化作用)来影响其碳循环。最后提出碳循环的一些研究重点:1)珊瑚虫-虫黄藻共生系统碳循环对全球气候变化的响应;2)珊瑚虫-虫黄藻共生系统碳循环影响因素的耦合研究,从细胞和分子水平开展碳循环的影响机理研究;3)采用微传感器技术和叶绿素荧光技术,并加强它们在珊瑚虫-虫黄藻共生系统碳循环中的应用;4)珊瑚共生系呼吸作用对有机碳循环影响的研究,特别是呼吸作用、光合作用及钙化作用三者之间的相互作用对珊瑚共生系内部碳循环的影响机制。

温度胁迫及恢复初期稀杯盔形珊瑚共生虫黄藻Hsp70、Hsp90、psaA、psbA基因表达分析

以SAM(S-腺苷酰-L-甲硫氨酸)基因作为内参基因,利用实时荧光定量PCR技术对稀杯盔形珊瑚(Galaxea astreata)共生虫黄藻(Symbiodinium spp.)Hsp70、Hsp90、psa A和psb A基因在升温至32℃持续胁迫及恢复至28℃后的表达情况进行了研究。结果表明,升温至32℃时,Hsp70、Hsp90表达量无显著变化(p>0.05),随着高温胁迫的持续,Hsp70与Hsp90的表达量显著增高(p<0.01),到32℃7d时2个基因表达量达到最大值(分别为胁迫前的10.3倍和28.2倍);在随后的降温过程中,Hsp70和Hsp90的表达量显著下降(p<0.05),当温度恢复至28 5d℃时2个基因的表达量均下降至较低水平(分别为胁迫前的0.6倍和2.0倍,p<0.01),且趋于稳定。随着温度的升高,psa A的表达量略有升高(p>0.05),在31 24h℃时表达量达到最高(为胁迫前的1.2倍),随后显著下降(p<0.01);而psb A的表达量随着温度的升高显著增加(p<0.05);在31℃24h时表达量达到最高(为胁迫前的1.9倍),继续升温至32℃持续胁迫24h后才开始显著下降(p<0.01)。当温度降至28℃时,2个基因的表达量有一定程度的增加,但是仍显著低于胁迫前的表达水平(p<0.01),28℃9d时分别为胁迫前的0.27倍和0.15倍,表明热应激可能使虫黄藻的光合功能受到损伤。

海水升温对非虫黄藻共生型珊瑚Cladopsammia sp.的生理影响

文章以非虫黄藻共生型珊瑚Cladopsammia sp.为研究对象,将对照组的海水设置为26℃恒温,试验组从26℃升温至33℃,以此探究海水升温对Cladopsammia sp.代谢和钙化生理的影响。结果显示:在高温胁迫下,虽然Cladopsammia sp.钙化相关酶(Ca^(2+)-ATP酶和Mg^(2+)-ATP酶)的活性出现了负响应,但是珊瑚的呼吸速率、生长速率、组织中总蛋白和粗脂肪都没有显著改变(p>0.05)。比较历史文献结果和本研究结果表明:Cladopsammia sp.可能由于体内没有虫黄藻共生,表现出了比大部分虫黄藻共生珊瑚更高的温度耐受能力。

离体培养的虫黄藻(Symbiodinium voratum)对温度和光照的生理响应

虫黄藻是珊瑚礁生态系统中最主要的初级生产者,并在珊瑚礁的建造过程中起着关键作用。为探究虫黄藻对温度和光照的生理响应,本研究以E型虫黄藻(Symbiodiniumvoratum)为实验对象,通过室内培养,并结合谢尔福德耐受性定律建立了基于温度的虫黄藻生长速率的耐受性模型。结果显示:E型虫黄藻在光强90μE培养下,最适生长温度为22.56°C,适温范围为16.72—28.40°C;温度培养实验中, 23°C时,虫黄藻中有机碳(C)、氮(N)积累最多; 27°C时,虫黄藻PSⅡ的原初光能转化效率(Fv/Fm)显著高于其余两个温度组;光照培养实验中,E型虫黄藻在温度23°C培养下,光强的适宜范围为100—200μE;并通过提高细胞内叶绿素a含量和Fv/Fm两种方式应对外界光照不足。

三亚湾珊瑚来源虫黄藻不同株系微环境中微生物群落结构的差异比较分析

虫黄藻、细菌和造礁石珊瑚有着密切的共生关系,但虫黄藻藻际细菌群落尚未得到广泛研究。本研究对5个属的6株虫黄藻进行了离体培养,其中2株为悬浮型虫黄藻(E型),4株为贴壁型虫黄藻(A—D型)。通过采集藻株培养物3种粒径的样本开展细菌群落分析,分别为0.2~3μm(自由生活)、>3μm(附着于藻体或颗粒物)与Settling(沉底贴壁藻体上)。结果发现,2种生活方式的藻株藻际细菌群落具有显著差别,贴壁型藻株细菌群落的物种丰富度显著高于悬浮型藻株。发现7个属的细菌广泛存在于所有的藻株中,它们代表了A—E型虫黄藻藻际细菌的核心类群。对3种粒径样本的核心细菌群落比较发现,自由生和颗粒附着生的核心细菌群落十分相似,但均与沉底贴壁样本差异明显。

海水酸化和Cu^(2+)暴露对虫黄藻Cladocopium goreaui营养同化和能量分配的影响

近年来,全球气候变化和人类活动导致的环境胁迫加剧了珊瑚礁白化事件的发生;其中,海水酸化和Cu^(2+)污染已成为部分礁区面临的主要胁迫因子。本研究设置2个pH水平(pH 8.1和pH 7.6)和2个Cu^(2+)水平(4.25μg·L^(-1)和16.47μg·L^(–1))的暴露实验,以探讨海水酸化和Cu^(2+)污染短期暴露对虫黄藻Cladocopium goreaui营养同化、能量消耗和能量分配的影响。结果发现,短期海水酸化暴露能够增加虫黄藻的营养同化(糖类和蛋白质含量增加),同时显著减少了虫黄藻的能量消耗,进而增加了虫黄藻细胞内的能量分配比例;然而,单独Cu^(2+)暴露显著增加了虫黄藻的能量消耗,进而降低了虫黄藻细胞内的能量分配比例;此外,与单独Cu^(2+)暴露相比,海水酸化和Cu^(2+)复合暴露促进了虫黄藻的营养同化和能量分配。综上,本研究表明,礁区海水酸化和Cu^(2+)污染能够对虫黄藻的营养代谢和能量分配带来负面影响,长期持续暴露可能会对其生长和繁殖构成潜在威胁。

浮游虫黄藻生长及碱性磷酸酶对不同磷酸盐浓度的响应

为探究不同初始磷酸盐浓度对浮游虫黄藻(Symbiodinium sp.)生长及碱性磷酸酶活性(alkaline phosphatase activity,APA)的影响,以磷酸二氢钠为磷源,设计短期(7 d)和长期(55 d)培养实验。结果显示,不同磷酸盐浓度对藻细胞生长有显著影响,初始浓度为35.00μmol·L^(-1)试验组藻细胞生长量最大,10.00μmol·L^(-1)和20.00μmol·L^(-1)组其次,且两组间无显著性差异,0.15μmol·L^(-1)组最小,说明环境中磷酸盐水平的提高可促进浮游虫黄藻的生长。在高磷酸盐初始浓度(35.00μmol·L^(-1))的长期培养下,随着磷酸盐的大量消耗,藻细胞比生长速率(μ)、叶绿素a含量和实际光化学量子效率(F_(q)′/F_(m)′)均下降,表明磷限制可影响虫黄藻的光合作用,抑制其生长。同时发现,各试验组磷酸盐浓度与其APA呈负相关,表明浮游虫黄藻可以通过提高APA水解有机磷获得无机磷,从而缓解低磷胁迫以维持生长。

珊瑚共生虫黄藻研究进展

虫黄藻是与珊瑚共生的一种棕色的单细胞甲藻,其与珊瑚共生机制在珊瑚礁生态系统中起着重要的作用。本文综述了虫黄藻的分布及特征、研究意义以及前人的研究状况,并做出展望,旨在为虫黄藻与珊瑚共生机制的研究提供理论基础。

通过虫黄藻基因组解读甲藻基因表达和珊瑚共生的分子机制

甲藻是海洋生态系统中最重要的初级生产者之一,其中虫黄藻（Symbiodinium）是珊瑚礁中必不可少的共生藻.珊瑚礁丰富的生态系统全部依赖于共生甲藻经光合固碳作用贡献的初级生产力.甲藻在细胞生物学、进化和基因组学上都拥有非常“不寻常”的特性,它虽是单细胞生物,却拥有巨大且差异悬殊的基因组（11亿~2 450亿个碱基对）,相当于人类单倍体基因组的1~80倍[1].

一种环境敏感型造礁石珊瑚Pocillopora sp.共生虫黄藻和细菌的生态特征

在气候和人类活动的长期影响下,南海珊瑚礁演变出生境各异的珊瑚礁生态系统。珊瑚对特殊生境的适应离不开体内共生微生物类群的调节。分析共生微生物的生态特征有助于了解珊瑚的环境适应机制,同时可以对珊瑚未来的进化趋势做出评估。本研究从南海低纬度的南沙群岛(NS)和西沙群岛(XS)以及相对高纬度的海南陵水(LS)3个珊瑚礁区采集一种环境敏感型造礁珊瑚Pocillopora sp.,分析关键共生微生物(虫黄藻和细菌)的群落结构特征和生物量以及与环境的相关性。结果表明:(1)共生虫黄藻的群落组成在NS、XS与LS之间存在较大差异,NS和XS珊瑚共生虫黄藻的主导系群分别为D1、C1d和C42,而LS则为C42、C1d、C1p、C1和C1t;(2)共生细菌的群落组成均以变形菌(Proteobacteria)、拟杆菌(Bacteroidetes)和厚壁菌(Firmicutes)为主导系群,而具有光合作用功能的蓝细菌(Cyanobacteria)则随着纬度的升高,其相对丰度显著升高(从NS的0.95%到LS的8.18%,p<0.05);(3)在细胞数量方面,随着纬度的升高,共生虫黄藻的密度显著升高(从(3.39±0.49)×10^(6)cells/cm^(2)升至(8.90±0.65)×10^(5)cells/cm^(2),p=0.001<0.05),在相对高纬度的LS同样有着更高的珊瑚共生细菌16S rRNA基因拷贝数(p=0.001<0.05);(4)环境因子相关性分析表明,具有潜在耐热性质的虫黄藻亚系群D1与海表温度和透明度呈正相关,而在LS珊瑚中占主导的虫黄藻C42以及蓝细菌的相对丰度则与海表温度呈显著负相关,与营养盐浓度呈显著正相关。本研究对南海的环境敏感型珊瑚Pocillopora sp.的环境适应微生态机制以及未来进化趋势提供了一个较全面的认识。