近年來，中國科學(xué)院海洋研究所以菖蒲、蒺藜、鎖陽等熱帶海草為研究對象，通過生態(tài)調(diào)查將實(shí)驗(yàn)室模擬與野外原位實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，系統(tǒng)開展了生長繁殖規(guī)律、應(yīng)激生理、生化代謝和多組學(xué)研究。研究結(jié)果表明，此前被忽視的全球變暖導(dǎo)致海水溫度異常波動(dòng)，人類活動(dòng)造成近岸富營養(yǎng)化、海水透明度降低，直接或間接導(dǎo)致海水含氧量急劇下降，嚴(yán)重威脅熱帶海草正常的光合呼吸代謝和生長發(fā)育，成為海草床資源退化的重要誘發(fā)因素，進(jìn)一步闡明了高低溫、缺氧等對海草損害及海草床資源衰退的作用機(jī)制。

低氧抑制菖蒲夜間光合活性的傷害機(jī)制

其中海水富營養(yǎng)化導(dǎo)致微型藻類和浮性大型藻類暴發(fā)、懸浮顆粒增多，造成海水透明度和海水溶解氧含量下降，成為熱帶海草資源減少的重要因素之一。雖然短期缺氧不會(huì)破壞海草的光合機(jī)制，但長期黑暗缺氧（如富營養(yǎng)化海草床夜間含氧量下降近50%）嚴(yán)重抑制海草的呼吸能力和線粒體向葉綠體的能量運(yùn)輸，間接導(dǎo)致強(qiáng)烈的光抑制導(dǎo)致修復(fù)受損的光系統(tǒng)Ⅱ所需能量不足，使受損的光系統(tǒng)Ⅱ難以修復(fù)，同時(shí)也造成海菖蒲、絲粉草等海草第二天光合活性、電子傳遞和光能轉(zhuǎn)換效率整體下降，形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重阻礙海草的正常生長發(fā)育。

同時(shí)，全球變化引起的海水異常變化也對生活在淺海域的熱帶海草產(chǎn)生了影響，成為海草床資源嚴(yán)重退化的另一個(gè)重要原因。一方面，海菖蒲、羅望子草和絲粉草只適宜在溫暖的熱帶海水中生存，對低溫的耐受性較差，抗氧化防御系統(tǒng)普遍較弱，有效抵御低溫脅迫的能力不足。即使在21℃稍低的海水中，它們的PSII光合機(jī)制就已經(jīng)發(fā)生損傷，導(dǎo)致光合性能下降，而且溫度越低造成的損傷越大，如果與強(qiáng)光相結(jié)合，損傷就更為嚴(yán)重。另一方面，高溫脅迫也嚴(yán)重威脅著海草的生存，特別是36℃以上的高溫，直接導(dǎo)致PSII反應(yīng)中心失活海草海草，誘發(fā)光合機(jī)構(gòu)損傷，熱脅迫越強(qiáng)，其光合活性越難恢復(fù)。 高光會(huì)進(jìn)一步加劇熱應(yīng)激的破壞效應(yīng)。因此，無論是異常的海洋熱浪，還是自然條件下中午的退潮時(shí)期，熱應(yīng)激與強(qiáng)光的耦合作用都很容易造成光合活性的明顯甚至不可逆的下降。同樣，熱帶海草相對較弱的抗氧化防御系統(tǒng)也難以消除熱應(yīng)激帶來的傷害。

潮汐變化引起中午低潮時(shí)強(qiáng)烈的陽光和高溫對海草床造成破壞

上述研究有助于全面認(rèn)識海水缺氧、溫度異常波動(dòng)與海草床退化之間的關(guān)系，為制定有效的鹽生菖蒲海草床資源保護(hù)與修復(fù)策略提供重要理論依據(jù)。該系列研究成果分別在《Plant Cell and Plant 》、《 of Plant Cell》、《 of Plant Cell》、《 of Plant Cell》等中科院頂級期刊上在線發(fā)表。車興凱、張夢潔、欒偉英、張鐵分別為研究論文的第一作者，劉建國研究員為通訊作者，李虎助理研究員、張立濤副研究員參與相關(guān)工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）的支持。

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