营养盐输入对海南岛东部沿岸典型造礁石珊瑚全共生体的影响

Reef-building coral, a typical example of symbiosis that associated community of microorganisms including Symbiodinium, bacteria, archaea, viruses, fungi and others. The microbial partners are crucial to the productivity and sustainability of coral reef ecosystems through uptaking of carbon by photosynthesis, nitrogen and sulfur cycling and production of antimicrobial compounds. With the rapid economic development, the nutrient input from land to the coral reefs is expected to continue to rise by human activates. However, the question that how nutrient enrichment affect the coral microbial communities and its potential mechanisms remain to be resolved. Our project will use field and laboratory experiments to test for nutrient impacts on the community structure, diversity and potential metabolic functions of microbial communities, and the physiological performance of reef corals in eastern Hainan Island, via high-throughput sequencing in combination of physio-ecological tools. The expected results would improve the knowledge in the function of microbial partners, and offer insights on the response of corals to changing environmental conditions, most importantly, provide guidance for coral reef conservation and restoration.

珊瑚礁的“框架生物”造礁石珊瑚作为典型的共生体系被称为全共生体，其共生微型生物通过光合作用固碳、固氮和抑制病原微生物等机制维持宿主的生理功能与健康，并最终影响到珊瑚礁生态系统的稳定。随着经济持续高速发展，人类活动的不断加强进而导致陆源等营养盐输入的大幅增加，影响造礁石珊瑚共生体系的平衡，对大多在寡营养盐海域的珊瑚礁造成空前的威胁。但目前我们对于营养盐变化如何影响造礁石珊瑚全共生体及其机制所知甚少。本项目拟通过野外调查与模拟实验，基于高通量测序技术结合生理生态学手段深入研究营养盐输入对海南岛东部沿岸典型造礁石珊瑚的生理及其共生微型生物的群落结构、多样性和潜在代谢功能的影响，揭示造礁石珊瑚与其共生微型生物的互作关系，有助于了解造礁石珊瑚全共生体对营养盐变化的响应机制，深化对共生微型生物在环境胁迫下的造礁石珊瑚和珊瑚礁中的作用与适应性机制的认识，进而为珊瑚礁的保护管理与修复提供科学决策依据。

造礁石珊瑚作为典型的全共生体是珊瑚礁的“框架生物”，其共生微型生物通过光合作用固碳、固氮和抑制病原微生物等机制维持宿主的生理功能与健康，并最终影响到珊瑚礁生态系统的稳定。由于人类干扰的不断增强进而导致陆源等营养盐输入的大幅增加，影响造礁石珊瑚共生体系的平衡，对大多在寡营养盐海域的珊瑚礁造成极大的威胁。当前，我们对于营养盐变化如何影响造礁石珊瑚全共生体及其机制所知甚少。本项目选择了海南文昌和三亚两处具有自然环境梯度的河口珊瑚礁区，以常见种类丛生盔形珊瑚、澄黄滨珊瑚和鹿角杯形珊瑚三种珊瑚为主要研究对象，研究其生理性状的分布差异及其影响因素，其中不同季节和深度的珊瑚碳氮稳定同位素结果表明该处丛生盔形珊瑚有着较强的营养可塑性，具有一定的环境适应性。通过模拟实验，比较了不同形态、结构和浓度的氮、磷无机营养盐对造礁石珊瑚生长、光合呼吸等生理代谢过程的影响，并通过扩增子测序、转录组和代谢组分析造礁石珊瑚共生微型生物的群落结构、多样性和稳定性以及潜在代谢功能的变化。在升温条件下，澄黄滨珊瑚的生长显著降低，硝酸盐的添加缓解了升温对珊瑚生长造成的负面影响，但珊瑚共生体系的稳定性受到影响。在不同浓度硝酸盐加富实验中，鹿角杯形珊瑚幼虫转录本与共生藻以及原核微生物的转录本显著相关，差异表达基因分析表明其与能量合成/消耗，氮代谢以及胁迫响应基因有关。低浓度的硝酸盐在一定程度上促进鹿角杯形珊瑚幼虫的生理活动，随着浓度增加对幼虫的共生体系造成损害，影响了共生的稳态。本项目丛不同角度揭示造礁石珊瑚与其共生微型生物的互作关系，有助于理解造礁石珊瑚全共生体对营养盐变化的响应机制，深化对微生物在环境胁迫下的造礁石珊瑚和珊瑚礁中的作用与适应性机制的认识，对珊瑚礁的保护管理与修复都有重要的理论和实践意义。