珊瑚共生體的光合相關(guān)參數(shù)可以反映珊瑚的生存狀態(tài)及能量平衡。光補(bǔ)償點(diǎn)(Light compensation point)指示的是光合生物在其光合速率與呼吸速率一致時(shí)的光合有效輻射(Photosynthetically active radiation，PAR)。理論上，珊瑚的光補(bǔ)償點(diǎn)的差異可以決定珊瑚生長(zhǎng)對(duì)PAR的需求，影響珊瑚在珊瑚礁中棲居的水深范圍[4]。對(duì)于不同珊瑚物種，光補(bǔ)償點(diǎn)較高的珊瑚物種其需要維持呼吸代謝的PAR更高，不能生存在光照較弱的深水區(qū)域，反之光補(bǔ)償點(diǎn)較低的珊瑚物種更能夠適應(yīng)深水區(qū)域較低的PAR。對(duì)于同種珊瑚，其光補(bǔ)償點(diǎn)較低時(shí)說(shuō)明珊瑚共生體的呼吸代謝較弱，生存狀態(tài)較差；反之，如果珊瑚共生體的光補(bǔ)償點(diǎn)較高，則表明珊瑚的呼吸代謝旺盛，生存狀態(tài)良好。

由于珊瑚共生體中參與光合作用的蟲(chóng)黃藻與珊瑚宿主及其他共生生物的復(fù)雜關(guān)系，珊瑚的光補(bǔ)償點(diǎn)可能會(huì)受多種因素的影響。影響和調(diào)節(jié)珊瑚共生體光補(bǔ)償點(diǎn)的機(jī)制有待深入研究。然而由于珊瑚共生體組成復(fù)雜，且棲居于水中，測(cè)定其光合參數(shù)的方法更為復(fù)雜，故而測(cè)定珊瑚共生體的光補(bǔ)償點(diǎn)的方法鮮有報(bào)道。微電極是可以用于精確測(cè)量珊瑚組織內(nèi)包括pH值、溶氧、碳酸根、鈣離子等參數(shù)的強(qiáng)大工具[5-6]。本研究提出了一種使用溶氧微電極，依據(jù)擴(kuò)散平衡理論[7]，對(duì)珊瑚共生體的光補(bǔ)償點(diǎn)進(jìn)行直接測(cè)定的方法。

PAR和溶解氧測(cè)定

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)小水簇缸周?chē)M合溶氧微電極(Unisense)、照度計(jì)(Biospherical)、可調(diào)節(jié)光源(Nikon)，搭建珊瑚溶氧測(cè)定平臺(tái)(如圖1所示)。分別用氮?dú)夂涂諝馄貧獾暮Ｋ鰠⒖计?，通過(guò)零溶氧和飽和溶氧兩點(diǎn)繪制工作曲線以校正溶氧微電極。先將微電極置于遠(yuǎn)離珊瑚的位置測(cè)定海水中的溶氧濃度。然后調(diào)整溶氧微電極尖至珊瑚杯口表面(在體視鏡下進(jìn)行)，并觀測(cè)到溶氧濃度值的明顯變化，確認(rèn)電極進(jìn)入了珊瑚擴(kuò)散邊界層。調(diào)整照度計(jì)至與電極水深相當(dāng)?shù)纳疃?，并固定光源位置。將?shí)驗(yàn)平臺(tái)嚴(yán)格遮光，以防止外來(lái)光的影響。

首先觀測(cè)珊瑚擴(kuò)散邊界層溶氧濃度對(duì)光照有無(wú)變化的響應(yīng)，待溶氧微電極讀數(shù)穩(wěn)定后，關(guān)閉光源，待溶氧讀數(shù)降至最低點(diǎn)并穩(wěn)定時(shí)再打開(kāi)光源，記錄溶氧變化。然后觀測(cè)擴(kuò)散邊界層溶氧濃度與PAR之間的關(guān)系，調(diào)節(jié)PAR由高逐級(jí)降低，在每級(jí)光強(qiáng)停留1～2 min，待溶氧數(shù)值穩(wěn)定后調(diào)低PAR至一下級(jí)，將光照調(diào)至最低穩(wěn)定后，再逐漸調(diào)大PAR。電腦記錄整個(gè)過(guò)程的PAR與溶氧數(shù)據(jù)序列。

圖1珊瑚光補(bǔ)償點(diǎn)測(cè)定平臺(tái)示意圖

結(jié)論

目前測(cè)定珊瑚光合參數(shù)的主要方法有密閉容器內(nèi)的氧濃度變化監(jiān)測(cè)法、氧同位素膜進(jìn)樣質(zhì)譜法、溶氧微電極法、調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x法(PAM)等[4]。因?yàn)镻AM操作簡(jiǎn)便，在野外和實(shí)驗(yàn)室中的適用性強(qiáng)，目前在珊瑚光合參數(shù)測(cè)定中應(yīng)用最為廣泛[11-13]。然而PAM測(cè)定的指標(biāo)反映的是葉綠素的光合特性，而不能直接測(cè)定珊瑚的實(shí)時(shí)光合速率。實(shí)時(shí)光合速率測(cè)定方法的基本原理主要是對(duì)光合作用的底物與產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)定，即通過(guò)測(cè)定二氧化碳與氧氣的濃度變化來(lái)推測(cè)光合作用與呼吸作用的速率[14]。由于水體的緩沖作用，珊瑚共生體與周?chē)w形成獨(dú)特的擴(kuò)散梯度，使得珊瑚體內(nèi)與周?chē)w中的溶解氧濃度存在較大差異。且在密閉測(cè)量空間內(nèi)消彌這一差異所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，使得測(cè)量具有一定的滯后性。利用微電極探針在珊瑚的表面直接測(cè)定溶解氧濃度，使得測(cè)定的實(shí)時(shí)性更高，可以更好地反映其瞬時(shí)光合呼吸狀態(tài)[15]。

本研究以鹿角杯形珊瑚為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)溶氧微電極探針測(cè)定珊瑚外周擴(kuò)散邊界層的溶氧濃度對(duì)PAR變化的響應(yīng)，進(jìn)而測(cè)定珊瑚的光補(bǔ)償點(diǎn)。本方法適用于珊瑚等水生生物的光補(bǔ)償點(diǎn)的測(cè)定，由于其不受測(cè)定的水體緩沖效應(yīng)的影響，能大大提高光補(bǔ)償點(diǎn)測(cè)定的準(zhǔn)確性。鹿角杯形珊瑚為多水螅體珊瑚，各個(gè)水螅體之間的光合呼吸等生理過(guò)程可能存在細(xì)微差異，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析評(píng)估這一潛在的差異十分必要。由于在開(kāi)放空間進(jìn)行測(cè)定，加之微電極的超高空間分辨率，使得本方法對(duì)單水螅體的珊瑚幼體等微小個(gè)體的單獨(dú)測(cè)定具有較好的適用性。這對(duì)研究造礁石珊瑚幼蟲(chóng)幼體的光合特性具有重要價(jià)值。微電極溶解氧探頭具有體積小巧、測(cè)定區(qū)域精準(zhǔn)、測(cè)定實(shí)時(shí)、精確度高的特點(diǎn)，在水生生物光合作用測(cè)定中具有很大的潛力和較高的應(yīng)用價(jià)值[7,16]。將來(lái)，在更多的珊瑚物種上進(jìn)行的更多的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)一步完善本方法。本研究提出了一種測(cè)定珊瑚共生體光合參數(shù)(光補(bǔ)償點(diǎn))的新思路，但溶氧微電極法在珊瑚光合參數(shù)測(cè)定中的更多的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。