近年來，中科院海洋所重點(diǎn)選擇海菖蒲、泰來草、圓葉絲粉草等熱帶海草為研究對象，生態(tài)考察耦合實(shí)驗(yàn)室模擬和野外原位試驗(yàn)，系統(tǒng)開展了生長繁殖規(guī)律、逆境生理、生化代謝和多組學(xué)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以往忽視的全球變暖導(dǎo)致海水溫度異常波動(dòng)、人類活動(dòng)引起近岸海水富營養(yǎng)化和海水透明度降低直接或間接地導(dǎo)致海水氧含量大幅下降，嚴(yán)重威脅熱帶海草正常光合與呼吸代謝和生長發(fā)育，成為海草床資源退化的重要誘發(fā)因素，進(jìn)而詮釋了高/低溫、缺氧等對海草傷害和海草床資源衰退的機(jī)制。
夜晚缺氧抑制海菖蒲光合活性的傷害機(jī)制
其中，海水富營養(yǎng)化導(dǎo)致微型藻類與飄浮型大型藻類爆發(fā)和懸浮顆粒等增加，引起海水透明度和海水溶氧量下降，成為熱帶海草資源量減少的重要因素之一。短期缺氧雖不破壞海草光合機(jī)構(gòu)，但長期黑暗缺氧（如富營養(yǎng)化海草床夜晚含氧量下降近50%）嚴(yán)重抑制海草呼吸產(chǎn)能和線粒體向葉綠體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)運(yùn)，間接導(dǎo)致受強(qiáng)光抑制損傷的光系統(tǒng)II修復(fù)所需能量不足，從而使損傷的光系統(tǒng)II難以修復(fù)，也造成次日海菖蒲和絲粉草等海草的光合活性、電子傳遞和光能轉(zhuǎn)換效率整體下降，由此產(chǎn)生惡性循環(huán)嚴(yán)重阻礙海草的正常生長發(fā)育。
同時(shí)，全球變化引起海水高/低異常變化尤也對棲息于較淺水域熱帶海草產(chǎn)生影響，成為導(dǎo)致海草床資源嚴(yán)重退化的另一重要原因。一方面，海菖蒲、泰來草和絲粉草等只適宜于棲息在溫暖的熱帶海水中，而其耐受低溫能力較差、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，即便在稍低的21 海水中，其PSII光合機(jī)構(gòu)損傷就已發(fā)生，引起光合性能下降，并且溫度越低所造成的損害也越大，如果同時(shí)結(jié)合強(qiáng)光照則損傷更加嚴(yán)重。另一方面，熱應(yīng)激也嚴(yán)重威脅著海草的生存，尤其36 以上高溫直接導(dǎo)致PSII反應(yīng)中心失活，誘發(fā)光合機(jī)構(gòu)發(fā)生損傷，并且熱脅迫越強(qiáng)其光合活性的恢復(fù)就越困難，高光照可進(jìn)一步加劇熱應(yīng)激的破壞作用，因此在無論出現(xiàn)異常的海洋熱浪，還是自然狀態(tài)下中午退潮期間，熱應(yīng)激與強(qiáng)光耦合作用都極易造成光合活性發(fā)生顯著甚至不可逆轉(zhuǎn)地下降；同樣，相對薄弱的熱帶海草抗氧化防御系統(tǒng)也難以消除熱應(yīng)激引起的損傷作用。
潮汐變化引發(fā)的午間低潮強(qiáng)光與高溫對海草床資源的損傷作用
上述研究有助于全面理解海水缺氧、溫度異常波動(dòng)與海草床退化間的關(guān)系，為制定海菖蒲海草床資源有效保護(hù)和修復(fù)策略，提供了重要理論依據(jù)。研究取得的系列成果分別在中科院一區(qū)Top期刊《Plant Cell and Environment》《Marine Pollution Bulletin》《Marine Environmental Research 》《Photochemistry and Photobiology》等上線發(fā)表。車興凱、張孟潔、欒維迎和張鐵等分別作為研究論文第一作者，劉建國研究員為通訊作者，李虎助理研究員、張立濤副研究員分別參與了相關(guān)工作。研究得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B）等項(xiàng)目支持。
Xingkai Che, Tie Zhang, Hu Li, Yongfu Li, Litao Zhang, Jianguo Liu*, Nighttime hypoxia effects on ATP availability for photosynthesis in seagrass. Plant Cell and Environment, 2023, DOI: 10.1111/pce.14654
Mengjie Zhang, Hu Li, Litao Zhang, Jianguo Liu*, Heat stress, especially when coupled with high light, accelerates the decline of tropical seagrass (Enhalus acoroides) meadows. Marine Pollution Bulletin, 2023, 192 :115043. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2023.115043
Xingkai Che; Tie Zhang; Hu Li; Litao Zhang; Jianguo Liu*; Effect of Hypoxia on Photosystem II of Tropical Seagrass Enhalus acoroides in the Dark, Photochemistry and Photobiology, 2022,98(2): 421-428. https://doi.org/10.1111/php.13522
Tie Zhang; Xingkai Che; Hu Li; Litao Zhang; Jianguo Liu*; The damage mechanisms of dark hypoxic stress on photosystem II of Cymodocea rotundata, Photochemistry and Photobiology, 2022, 98: 1323-1331. https://doi.org/10.1111/php.13641
Weiying Luan, Hu Li, Litao Zhang, Jianguo Liu*, Enhalus acoroides efficiently alleviate ocean acidification by shifting modes of inorganic carbon uptake and increasing photosynthesis when pH drops. Marine Environmental Research, 2023, 186: 105896. https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2023.105896
Mengjie Zhang, Litao Zhang, Hu Li, Jianguo Liu*, The lack of low temperature tolerance of tropical seagrasses strongly restricts their geographical distribution. Marine Environmental Research, 2022, 173:105539. https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2021.105539
