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安阳舜宇显微镜公司讲解CISME 水下原位呼吸代谢测量:香港水域珊瑚代谢特性及耐温耐盐性研究

发表于:2020-4-7 3:00:00 来源:http://ay.chongshengyiqi.com/news347043.html

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气候变化对珊瑚生态系统的影响被广泛讨论,虽然气候预报预测全球海水温度将稳步上升,但区域水平的温度变化将更加多变。例如,Yuan等人(2019)发现南中国海(SCS)热带和亚热带水域的升温速率(0.038–0.074°C/年)高于预测。舜宇安阳显微镜公司告诉您这种加速是令人担忧的,因为该地区被认为是未来海洋变暖的珊瑚避难所,部分原因是亚热带水域的珊瑚群落经历了更大的季节性温度范围,因此可能比比热带珊瑚更能忍受热扰动。除气温波动外,预计亚热带地区与强降雨事件相关的地面径流频率和强度将增加,这些事件可能导致珊瑚白化和大量珊瑚死亡。

舜宇显微镜公司告诉您耐胁迫珊瑚如扁脑珊瑚(Platygyra spp.),被认为非常适合在边缘礁生存,但对它们短期暴露在异常高温和低盐度下的生理反应仍然知之甚少。肉质扁脑珊瑚(Platygyra carnosa)是一种广泛分布在中国南海且被认为环境波动耐受力强的物种,可更好地描述亚热带珊瑚的温度和盐度耐受性。香港城市大学海洋污染重点实验室,利用无损测量技术(CISME水下原位呼吸代谢测量仪及Diving-PAM水下原位荧光仪),对高温、低盐处理下的肉质扁脑珊瑚P. carnosa的健康状况如呼吸、光合作用、生物钙化和白度等指标进行了试验研究,确定了P. carnosa的能量可塑性和生理极限,评估了P. carnosa在气候变化下的代谢过程。
代谢测量可以量化生物系统的能量消耗,并可观测生物体健康。长期以来,珊瑚生理速率的测量一直备受关注,并开发了一些工具和方法以在野外和实验室研究中获得这些测量值。舜宇显微镜公司告诉您对底栖生态系统的新陈代谢研究利用环境室测量氧气和pH随时间的变化,作为生物过程的指标。zui近,通过减小实验装置的尺寸和结构,对测量技术进行了改进,开发了水下呼吸作用测量仪,通过测量溶解氧、pH值和温度来量化珊瑚呼吸和光合作用。

CISME是一种潜水员可操作的仪器,可对设定光强下测得的净产氧速率与在黑暗条件下测得的净耗氧速率进行比较。舜宇显微镜公司告诉您它包括电子控制模块、平板电脑和孵育室测量头等。这个小孵育室的装置可将珊瑚表面密封,本试验设计测量暗适应(5分钟)期间的耗氧量,以及在模拟自然光(10分钟)下,当室内水持续循环时,光合内共生体的后续产氧速率。



实验表明尽管P. carnosa可以在温度升高(25-32°C)的情况下存活,但其整体能量在温度>30°C时严重降低。相反,P. carnosa对盐度降低(31-21 psu)适应性强,但其生物钙化率降低。表明该种珊瑚可短期适应由于降水量和降水强度的增加导致的盐度变化。
舜宇显微镜公司告诉您这项研究为气候因子对P. carnosa代谢的影响提供了有用的观点,可更好地预测未来气候变化情景下P. carnosa健康状况的变化。并强调了使用水下呼吸测量仪现场实时监测珊瑚生存能力并将珊瑚生理状态量化的必要性。



实验结果

呼吸作用(R)随温度的升高而线性增加,从0.56 μmolO2cm-2h-1增加到zui高1.57μmol O2cm-2h-1,30°C时zui高(Δ0.87±0.08 μmolO2cm-2h-1,p<0.01),但在30和32°C之间保持不变(Δ0.92±0.17 μmolO2cm-2h-1,p=0.86)。

Pg总光合速率也随温度升高至30°C呈线性增加(Δ0.84±0.02 μmol O2 cm?2h?1,p<0.01),但在32°C时显著降低(Δ0.03±0.12 μmol O2 cm?2h?1,p<0.01)。



光合效率在30°C时稍有提高(Δ0.06±0.01 Fv/Fm,p<0.05),但在30°C以上,部分珊瑚片段的光合效率降低了约0.5 Fv/Fm。



珊瑚白度的测量在所有温度下都显示出普遍的上升趋势,尽管片段之间的变化较高。相比之下,钙化速率在25到30°C之间保持不变(p=0.07),但在30到32°C之间显著降低(Δ-79.62±34.46 μmol CaCO3 cm-2h-1,p<0.05)


呼吸速率R、总光合速率Pg和光合效率Fv/Fm的不受盐度变化的影响(分别为p=0.62,p=0.32和 p=0.52)。 



CA在zui低盐度下明显降低(Δ-0.66±0.03 μmol CaCO3cm-2h-1,p<0.05),在zui低盐度水平下,珊瑚白度略有增加(Δ+7.72±5.68%,p<0.05)



环境变化对珊瑚代谢的净影响可表示为Pg/R,代表全功能体的代谢“健康”或状态。在温度效应方面,Pg/R在25-30℃的温度范围内稳定在~2.5~3.0之间,处于25℃的对照组测量范围内,但随后在30~32℃之间逐渐下降,约为对照组的一半(Δ-1.7±0.21,p<0.01;图3a)。相比之下,尽管对照组和处理组的Pg/R值略低于几周前温度试验期间测得的值(图3b),但在整个盐度范围内,Pg/R没有变化。 



使用主坐标分析(PCoA)总结了欧氏距离。将代谢测量结果与温度组进行了聚类。一般来说,25.15°C、27.01-28.9°C和30.2-31.12°C三组之间温度影响显著,这表明温度从~27到~29°C的升高对珊瑚代谢没有任何可检测的影响(图4a),类似于用Pg/R观察到的情况。将代谢测量结果与盐度组进行了聚类,表明盐度降低1.25 psu/天,影响珊瑚代谢,但主要影响钙化和白度(图4d)
 
实验材料及参数测量

1.采样点:香港大鹏湾(22.502°N - 114.356°E),赤州的一个浅水区,(2 - 4米深),此处P.carnosa群体数量丰富,易于观测。
2.采样:2018年4月13日,使用SCUBA从健康独立的群体采集十二个珊瑚片段(表面积30-45 cm2),装于透明自封袋标记并在2小时内运至实验室。
3.实验前预培养:培养于室外水箱(300 L),从附近吐露港引入自然流动海水(流速1 L/min),避光培养3周。吐露港的海水状况与赤州附近采集点的海水状况相似,海水状况完全在P.carnosa的耐受范围内。
4.理化参数:使用YSI多参数水质分析仪(YSI EXO2,Xylem)监测现场和实验水箱中海水的理化学参数(温度、盐度、pH、溶解氧和浊度),每次实验前使用标准液(Xylem)校准。
5.总碱度AT测定:实验第二天采集散海水样本,立即用饱和氯化汞溶液(zui终浓度为0.08%)对样品进行固定,分析前将其避光冷藏储存(+4°C)。参考《海水二氧化碳测量zui佳实践》(Dickson等人,2007年)敞口式酸度电位滴定法,使用配有DGi115-SC电极的G20s梅特勒-托利多自动滴定仪,分析样本体积20 g。
6.珊瑚生理指标测量:使用水下呼吸代谢测量仪(CISME,CISME Instruments LLC)在珊瑚表面测量呼吸作用(R)和净光合作用(Pn)速率。总光合作用Pg=|R|+Pn。以孵育期间的氧通量计量。每次光照孵育结束,收集循环室的水样以测量总碱度AT。
珊瑚钙化率(CA)的测定:采用碱度异常技术(Schoepf,2017),珊瑚表面积标准化为24.5 cm2。
珊瑚总能量:Pg/R
珊瑚白度:用Primer 5.0软件(Primer-E,Ltd)的SIMPER工具测量对照组和实验组珊瑚在照片颜色组成上的差异百分比,表示白度值。
7.共生体光合能力: 使用水下脉冲调制荧光仪Diving-PAM(Heinz Walz,Effeltrich,Germany)测量zui大光量子产量(Fv/Fm)。
8.测量时间:所有对珊瑚片段的测量都在中午(上午10:30至下午1:30)进行。调节室内的LED强度,使其与珊瑚采集点当天中午的现场辐照度(约460 μmol m-2s-1)相匹配。

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