Contrasting effects of increasing dissolved iron on photosynthesis and O2 availability in the gastric cavity of two Mediterranean corals

溶解鐵增加對(duì)兩種地中海珊瑚光合作用及胃腔氧氣可用性的對(duì)比影響

來(lái)源：PeerJ

《PeerJ》

摘要內(nèi)容：

該研究探討了不同濃度溶解鐵（Fe(III)）對(duì)兩種地中海珊瑚（Cladocora caespitosa和Oculina patagonica）光合作用、呼吸作用及胃腔氧氣動(dòng)態(tài)的影響。結(jié)果顯示，兩種珊瑚對(duì)鐵富集的響應(yīng)存在顯著差異：C. caespitosa在中等鐵濃度（50 nM）下光合和呼吸速率提高，但在高濃度（100 nM）下光合效率下降；而O. patagonica在所有鐵濃度下光合和呼吸速率均降低。鐵富集還導(dǎo)致兩種珊瑚胃腔內(nèi)夜間缺氧加劇，并延長(zhǎng)珊瑚收縮時(shí)間，影響氧氣交換。

研究目的：

揭示鐵作為關(guān)鍵微量營(yíng)養(yǎng)素對(duì)珊瑚共生系統(tǒng)的生理影響，探究鐵富集如何改變珊瑚的光合效率、呼吸代謝及胃腔微環(huán)境氧氣動(dòng)態(tài)，為珊瑚保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

研究思路：

在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)兩種珊瑚進(jìn)行不同濃度的Fe(III)處理（0、20、50、100 nM，持續(xù)一周）。

使用呼吸代謝測(cè)定、葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)（PAM）和氧氣微電極，測(cè)量珊瑚的代謝率、光系統(tǒng)II活性及胃腔氧氣分布。

分析鐵濃度對(duì)珊瑚生理參數(shù)和微環(huán)境氧氣的綜合影響。

測(cè)量的數(shù)據(jù)及意義（數(shù)據(jù)來(lái)源）：

鐵吸收率（表1）：

意義：量化珊瑚對(duì)鐵的攝取能力，發(fā)現(xiàn)C. caespitosa在50 nM鐵濃度下吸收率最高，而O. patagonica吸收率無(wú)顯著變化，表明物種間鐵利用策略差異。

代謝率（呼吸、光合作用）（圖2）：

意義：揭示鐵對(duì)能量代謝的雙向調(diào)節(jié)作用。C. caespitosa在50 nM鐵下代謝增強(qiáng)，而O. patagonica代謝受抑制，反映鐵對(duì)共生藻功能的影響差異。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm、rETR）（圖3）：

意義：評(píng)估光合系統(tǒng)II的損傷或優(yōu)化。C. caespitosa在低鐵下光化學(xué)效率提高，但高鐵下電子傳遞速率（rETR）下降，提示鐵過(guò)量可能引發(fā)光抑制。

胃腔氧氣濃度（圖4）：

意義：揭示鐵富集導(dǎo)致胃腔缺氧（<50 μmol O2/L），影響珊瑚內(nèi)部氧化還原狀態(tài)及共生微生物活動(dòng)，可能加劇代謝壓力。

珊瑚組織收縮時(shí)間（圖5）：

意義：鐵濃度升高導(dǎo)致珊瑚收縮時(shí)間延長(zhǎng)，限制氧氣交換，進(jìn)一步惡化胃腔缺氧，反映宿主行為對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。

結(jié)論：

caespitosa可能受鐵限制，低濃度鐵（≤50 nM）可提升其光合效率，但高濃度（100 nM）產(chǎn)生負(fù)面影響。

patagonica對(duì)所有鐵濃度敏感，光合和呼吸均受抑制，表明其鐵需求閾值較低或鐵代謝機(jī)制不同。

鐵富集通過(guò)增加胃腔缺氧和延長(zhǎng)收縮時(shí)間，削弱珊瑚的代謝平衡和抗逆能力，提示鐵污染可能加劇珊瑚生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。

丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的意義：

使用Unisense氧氣微電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)珊瑚胃腔氧氣濃度的空間分布（深度剖面）和晝夜動(dòng)態(tài)變化（圖4），揭示了以下關(guān)鍵機(jī)制：

缺氧機(jī)制的量化：首次證實(shí)鐵富集顯著降低胃腔氧氣水平（尤其在夜間），直接關(guān)聯(lián)珊瑚代謝率變化（如呼吸增強(qiáng)導(dǎo)致的氧氣消耗）。

微環(huán)境動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)：通過(guò)同步記錄氧氣濃度與珊瑚收縮行為（視頻分析），明確宿主收縮行為對(duì)氧氣交換的調(diào)控作用，為理解珊瑚-共生體-微生物互作提供新視角。

鐵氧化還原循環(huán)影響：胃腔缺氧可能促進(jìn)Fe(III)還原為Fe(II)，改變鐵的生物可利用性，進(jìn)而影響共生藻的金屬穩(wěn)態(tài)和氧化應(yīng)激響應(yīng)。

這些數(shù)據(jù)為解析珊瑚內(nèi)部微環(huán)境的生物地球化學(xué)過(guò)程及鐵介導(dǎo)的生態(tài)毒性機(jī)制提供了高分辨率證據(jù)。