High photosynthetic plasticity may reinforce invasiveness of upside-down zooxanthellate jellyfish in Mediterranean coastal waters  

高光合可塑性可能增強(qiáng)蟲黃藻倒立水母在地中海沿岸水域的入侵性  

來源：PLoS ONE 16(3): e0248814; 2021

《PLoS綜合》第16卷第3期，文章編號(hào)e0248814；2021年

 

摘要內(nèi)容：  

研究探討了倒立水母（Cassiopea sp.）的光合可塑性對(duì)其在地中海擴(kuò)散潛力的影響。通過實(shí)驗(yàn)室模擬水母從低光（200 μmol photons m?2 s?1，模擬港口富營(yíng)養(yǎng)環(huán)境）向高光（500 μmol photons m?2 s?1，模擬開放水域中/寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境）的快速轉(zhuǎn)換，發(fā)現(xiàn)水母在兩種光強(qiáng)下均保持高光合效率。低光組水母的葉綠素a和c含量（0.76±0.51 mg g?1 AFDW）顯著高于高光組（0.46±0.13 mg g?1 AFDW），但共生藻密度無差異（圖1）。光合-呼吸比（P:R）>1，表明自養(yǎng)代謝貢獻(xiàn)顯著。氧通量測(cè)量和快速光曲線顯示光合參數(shù)（Pmax, α, Ek）無組間差異（圖3-4），證明其光合系統(tǒng)對(duì)光強(qiáng)劇變具有高度適應(yīng)性。這種光合可塑性結(jié)合廣溫耐受性和混養(yǎng)策略，暗示該水母在地中海變暖背景下可能成為成功入侵者。  

 

 

 

研究目的：  

評(píng)估蟲黃藻倒立水母（Cassiopea sp.）在模擬地中海港口至開放水域光環(huán)境轉(zhuǎn)換中的光合響應(yīng)，以預(yù)測(cè)其通過次級(jí)擴(kuò)散入侵新棲息地的潛力。  

 

研究思路：  

1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：將預(yù)適應(yīng)低光（200 μmol photons m?2 s?1）的水母暴露于高光（500 μmol photons m?2 s?1）一周，模擬從富營(yíng)養(yǎng)港口向開放水域的過渡。  

2. 關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)量：  

   ? 共生藻密度與分類（分子鑒定）  

 

   ? 葉綠素含量（分光光度法）  

 

   ? 蛋白質(zhì)含量（比色法）  

 

   ? 光合參數(shù)（氧通量呼吸儀 + PAM熒光儀）  

 

3. 數(shù)據(jù)分析：比較低光（RLP）與高光（ELP）組的光合效率、能量分配及生理響應(yīng)。  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)、來源及研究意義：  

1. 共生藻密度與葉綠素（圖1）  

   ? 數(shù)據(jù)：共生藻均為Cladocopium屬（Clade C），密度無顯著差異（RLP: 1.3×10? ±0.37×10? cells g?1 AFDW；ELP: 1.2×10? ±0.36×10? cells g?1 AFDW）。  

 

   ? 意義：光照驟變未改變共生關(guān)系基礎(chǔ)，支撐生態(tài)穩(wěn)定性。  

 

   ? 葉綠素總量顯著降低（ELP組比RLP組低40%），單位細(xì)胞葉綠素（Ci）同步下降（圖1B-C）。  

 

   ? 意義：體現(xiàn)光合色素快速調(diào)節(jié)能力——高光下減少吸光色素避免光抑制，低光下增加色素捕獲光能。  

 

2. 蛋白質(zhì)含量（圖2）  

 

   ? 數(shù)據(jù)：ELP組有機(jī)質(zhì)含量更高（33%±4% vs RLP 27%±3%），但蛋白質(zhì)含量略低（0.11±0.03 vs 0.14±0.03 μg g?1 AFDW）。  

 

   ? 意義：暗示能量分配策略變化，高光可能減少蛋白質(zhì)合成以優(yōu)化光合資源投入。  

 

3. 光合性能（圖3-4, 表1）  

 

     ? 氧通量：兩組P-I曲線相似，最大光合速率（Pmax≈120-125 μmol O? g?1 AFDW h?1）、飽和光強(qiáng)（Ek≈689-748 μmol photons m?2 s?1）無差異（圖3A，表1）。  

 

     ? 快速光曲線（RLCs）：相對(duì)電子傳遞速率（rETR）在1956 μmol photons m?2 s?1內(nèi)未飽和，非光化學(xué)淬滅（NPQ）和光系統(tǒng)II量子產(chǎn)額（Y）響應(yīng)一致（圖4）。  

 

   ? 意義：光合機(jī)構(gòu)對(duì)光強(qiáng)劇變具有強(qiáng)韌性——即使預(yù)適應(yīng)低光，暴露高光后仍維持高效電子傳遞和碳固定能力。  

 

4. 呼吸與能量平衡  

   ? 數(shù)據(jù)：暗呼吸速率無差異（圖3B），P:R比（RLP=1.9, ELP=1.4）>1。  

 

   ? 意義：自養(yǎng)代謝始終貢獻(xiàn)凈能量，支持宿主生長(zhǎng)和入侵?jǐn)U張。  

 

結(jié)論：  

1. 光合可塑性機(jī)制：通過調(diào)節(jié)葉綠素含量而非共生藻密度適應(yīng)光強(qiáng)變化——低光增加色素捕獲光能，高光減少色素避免光損傷。  

2. 生理韌性：光合參數(shù)（Pmax, α, Ek）和電子傳遞效率（rETR）在光強(qiáng)劇變下保持穩(wěn)定，證明光合機(jī)構(gòu)高魯棒性。  

3. 入侵潛力：光合可塑性 + 廣溫耐受性 + 混養(yǎng)策略，使水母能快速殖民地中海從富營(yíng)養(yǎng)港口到開放水域的多樣生境，尤其受益于氣候變暖。  

 

丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義：  

該研究使用Unisense光纖氧電極（集成Presense OXY-4系統(tǒng)）監(jiān)測(cè)密閉呼吸室的氧通量，核心價(jià)值包括：  

1. 高精度代謝量化：  

   ? 實(shí)時(shí)記錄分鐘級(jí)凈光合（Pn）與呼吸（R）速率，直接計(jì)算總光合（Pg = Pn + R

）和P:R比（圖3）。  

 

   ? 揭示即使光強(qiáng)倍增（200→500 μmol photons），水母的碳固定效率不變（Pmax無差異），推翻"高光需代謝調(diào)整"假設(shè)。  

 

2. 生態(tài)閾值解析：  

   ? 精確測(cè)定補(bǔ)償光強(qiáng)（Ec≈196-238 μmol photons m?2 s?1），表明水母在典型港口低光（<100 μmol）下仍維持正碳平衡（Pg > R）。  

 

   ? 結(jié)合PAM熒光數(shù)據(jù)（圖4），驗(yàn)證光合效率無光抑制（1200 μmol未顯著抑制），定量支持其開放水域適應(yīng)力。  

 

3. 方法學(xué)優(yōu)勢(shì)：  

   ? 同步暗呼吸測(cè)量排除微生物干擾，確保宿主代謝數(shù)據(jù)純凈（背景呼吸校正）。  

 

   ? 溫度控制（24±0.2°C）模擬夏季地中海，增強(qiáng)結(jié)論生態(tài)相關(guān)性。