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新型薄荷醇-DCMU漂白法在共生研究中的应用:构建有孔虫无共生宿主模型
《Symbiosis》:A novel menthol-DCMU bleaching method for foraminifera: generating aposymbiotic hosts for symbiosis research
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年04月12日 来源:Symbiosis 2.1
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为解决珊瑚礁共生体系研究中缺乏有效无共生宿主模型的问题,德国莱布尼茨热带海洋研究中心等机构联合开发了基于0.19 mmol L-1薄荷醇-DCMU的漂白方案。该研究首次在大型底栖有孔虫(LBF)Amphistegina lobifera和Sorites orbiculus中实现100%去共生化,同时保持宿主活力。该方法突破传统耗时数月的技术瓶颈,为研究宿主-共生体特异性、共生建立机制及气候适应性进化提供了关键实验工具,成果发表于《Symbiosis》。
在珊瑚礁生态系统中,那些看似不起眼的钙质小生物——大型底栖有孔虫(Larger Benthic Foraminifera, LBF),实则是海洋碳循环的隐形冠军。它们每年贡献约4300万吨碳酸钙,相当于全球珊瑚礁碳酸盐产量的重要组成部分。这些单细胞生物与微藻(如硅藻和虫黄藻Symbiodiniaceae)建立的,使其在贫营养的热带海域茁壮成长。然而随着气候变化加剧,珊瑚礁生态系统面临严峻挑战,科学家们亟需深入理解这种共生关系的调控机制,以开发可能的保护策略。
传统上,珊瑚和海葵等刺胞动物是研究海洋共生的主要模型,但对有孔虫这类生态重要性不遑多让的生物却鲜有关注。更棘手的是,现有通过热应激或暗培养诱导去共生化的方法往往需要数月时间,且死亡率高,严重制约了实验研究。为此,德国莱布尼茨热带海洋研究中心联合德国地球科学研究中心、新西兰维多利亚大学等机构的Christiane Schmidt团队,创新性地将原本用于刺胞动物的薄荷醇-DCMU漂白技术移植到有孔虫研究中,相关成果发表在《Symbiosis》期刊。
研究团队采用三步走的技术路线:首先通过6周浓度梯度实验(0.05-0.6 mmol L-1)确定最佳薄荷醇剂量;随后开展为期4周的生态生理学评估,使用0.19 mmol L-1薄荷醇联合5 μmol L-1光合抑制剂DCMU进行间歇性处理;关键指标监测包括:1)荧光显微镜观察共生藻密度变化;2)伪足运动能力作为活力指标;3)壳体直径测量生长速率;4)死亡率统计。所有样本分别采集自地中海和红海的天然种群。
浓度筛选实验显示,0.19 mmol L-1薄荷醇能在33天内有效清除Amphistegina lobifera体内共生硅藻,且伪足运动能力保持稳定。更高浓度(0.6 mmol L-1)虽加速去共生化进程,但导致活力显著下降。在后续4周处理中,该方案使100%的A. lobifera和66%的Sorites orbiculus(含虫黄藻)实现完全去共生化,死亡率与对照组无显著差异。
值得注意的是,处理期间两种有孔虫的钙质沉积均被抑制,A. lobifera甚至出现负生长,表明共生藻提供的光合同化产物对生物矿化至关重要。通过广义线性模型分析发现,处理后期(第28天)伪足运动能力较对照组降低约30%,提示薄荷醇可能通过阻断电压门控钠通道产生轻微麻醉效应。但整体存活率保持在90%以上,证明该方法的安全性。
这项研究首次建立了有孔虫高效去共生化的标准化流程,为后续研究开辟了三大方向:1)通过人工接种不同共生藻探究宿主选择性机制;2)测试"共生体改组"(Symbiont Shuffling)对气候适应的贡献;3)开发增强有孔虫热耐受性的"辅助进化"策略。鉴于LBF天然携带多样化的虫黄藻(如耐热型Durusdinium),该方法为珊瑚礁保护提供了新的生物工程思路。
正如研究者所言,这项技术突破使有孔虫有望成为继"海葵Aiptasia"之后的新型模式生物。其样本易得、实验周期短的特点,特别适合高通量筛选最优宿主-共生体组合。随着地中海持续变暖,这些"生态入侵者"展现的适应性机制,或许能为濒危珊瑚礁生态系统提供意想不到的生存启示。
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