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

溶解鐵增加對兩種地中海珊瑚光合作用及胃腔氧氣可用性的對比影響

來源：PeerJ

《PeerJ》

摘要內容：

該研究探討了不同濃度溶解鐵（Fe(III)）對兩種地中海珊瑚（Cladocora caespitosa和Oculina patagonica）光合作用、呼吸作用及胃腔氧氣動態的影響。結果顯示，兩種珊瑚對鐵富集的響應存在顯著差異：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。鐵富集還導致兩種珊瑚胃腔內夜間缺氧加劇，并延長珊瑚收縮時間，影響氧氣交換。

研究目的：

揭示鐵作為關鍵微量營養素對珊瑚共生系統的生理影響，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境氧氣動態，為珊瑚保護提供科學依據。

研究思路：

在實驗室條件下對兩種珊瑚進行不同濃度的Fe(III)處理（0、20、50、100 nM，持續一周）。

使用呼吸代謝測定、葉綠素熒光技術（PAM）和氧氣微電極，測量珊瑚的代謝率、光系統II活性及胃腔氧氣分布。

分析鐵濃度對珊瑚生理參數和微環境氧氣的綜合影響。

測量的數據及意義（數據來源）：

鐵吸收率（表1）：

意義：量化珊瑚對鐵的攝取能力，發現C. caespitosa在50 nM鐵濃度下吸收率最高，而O. patagonica吸收率無顯著變化，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：揭示鐵對能量代謝的雙向調節作用。C. caespitosa在50 nM鐵下代謝增強，而O. patagonica代謝受抑制，反映鐵對共生藻功能的影響差異。

葉綠素熒光參數（Fv/Fm、rETR）（圖3）：

意義：評估光合系統II的損傷或優化。C. caespitosa在低鐵下光化學效率提高，但高鐵下電子傳遞速率（rETR）下降，提示鐵過量可能引發光抑制。

胃腔氧氣濃度（圖4）：

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

珊瑚組織收縮時間（圖5）：

意義：鐵濃度升高導致珊瑚收縮時間延長，限制氧氣交換，進一步惡化胃腔缺氧，反映宿主行為對環境的適應性調節。

結論：

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）產生負面影響。

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

鐵富集通過增加胃腔缺氧和延長收縮時間，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系統的脆弱性。

丹麥Unisense電極測量數據的意義：

使用Unisense氧氣微電極實時監測珊瑚胃腔氧氣濃度的空間分布（深度剖面）和晝夜動態變化（圖4），揭示了以下關鍵機制：

缺氧機制的量化：首次證實鐵富集顯著降低胃腔氧氣水平（尤其在夜間），直接關聯珊瑚代謝率變化（如呼吸增強導致的氧氣消耗）。

微環境動態關聯：通過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氧氣交換的調控作用，為理解珊瑚-共生體-微生物互作提供新視角。

鐵氧化還原循環影響：胃腔缺氧可能促進Fe(III)還原為Fe(II)，改變鐵的生物可利用性，進而影響共生藻的金屬穩態和氧化應激響應。

這些數據為解析珊瑚內部微環境的生物地球化學過程及鐵介導的生態毒性機制提供了高分辨率證據。