氮胁迫下风信子鹿角珊瑚的转录组学分析

1. 珊瑚礁生态系统概述

1.1 珊瑚礁生态系统及其功能

1.1.1 珊瑚礁生态系统的生物多样性

• 珊瑚礁生态系统拥有极高的生物多样性，是地球上生态系统之一。
• 珊瑚礁为海洋生物提供了丰富的生存场所，保证了它们的繁殖、产卵等生命活动的正常进行。
• 珊瑚礁生态系统对整个海洋生态系统起到至关重要的作用，维持着海洋生物的多样性。

1.1.2 珊瑚礁生态系统的生态价值

• 珊瑚礁生态系统具有商品与服务价值，维持着沿岸人民的生计，产生的渔获物占据大约人类鱼类消费的10%。
• 珊瑚礁在药物研究方面也具有相当的重要性，有着很多可制药物质，有一些甚至可以代替人体骨骼。
• 珊瑚礁是自然形成的海岸防御系统，可以减缓波浪能量、减少海岸侵蚀、保护亚热带海岸线。

1.2 造礁珊瑚-虫黄藻共生体的共生关系

1.2.1 珊瑚与虫黄藻的共生关系

• 珊瑚虫与内共生光合虫黄藻之间的互惠共生关系较为典型。
• 珊瑚可以通过触手上的刺细胞捕获浮游生物获得5%生长所需的能量，剩余95%的能量来自于内胚层中共生的虫黄藻。
• 珊瑚与虫黄藻之间存在着养分循环关系是珊瑚正常生存的关键，虫黄藻合成营养物质，以氨基酸等方式向珊瑚宿主细胞输送，供给珊瑚生长。

1.2.2 珊瑚白化与虫黄藻的关系

• 珊瑚礁的白化现象与虫黄藻密切相关，珊瑚和虫黄藻之间的共生关系非常脆弱，易受干扰而失去平衡，从而演变为生态失调。
• 珊瑚白化是这种生态失调最常见的表现形式，由于遭受到环境巨变的压力，珊瑚宿主与共生藻之间的关系受到破坏，共生藻发生褪色或死亡，或主排出共生藻，导致珊瑚组织透明，露出珊瑚骨骼。

1.3 珊瑚礁生存现状

1.3.1 珊瑚礁退化的原因

• 气候变化和人类活动是全球珊瑚礁遭受退化的主要驱动因素。
• 人类活动包括陆地污染排放、渔业干扰、海洋养殖以及珊瑚礁石的开采等，在全球气候变化的叠加作用下，珊瑚礁的生存现状十分严峻，面临着极大的威胁。

1.3.2 珊瑚礁退化的现状

• 研究表明，大堡礁和西大西洋的珊瑚覆盖率均降低了百分之五十以上，印度太平洋也下降了四成左右。
• 如今，在日益增长的人类活动的影响下，占全球珊瑚礁面积61%的珊瑚礁都在面临着中等及以上的威胁，若同时考虑全球气候变化影响，则该数据还将上升14%。

1.4 海洋氮富集对珊瑚-虫黄藻共生体的影响

1.4.1 海洋氮富集的来源

• 自工业革命以来，全球人为输入生物圈的活性氮从在 1850 年的每年增加15万亿吨到2020年的每年增加235万亿吨。
• 大量使用氮肥会导致过量的氮流入生态系统，从而影响生态系统的稳定，氮随径流进入海洋后，对海洋生态系统产生了巨大的影响。

1.4.2 海洋氮富集对珊瑚-虫黄藻共生体的影响

• 无机氮浓度升高会对虫黄藻产生正面影响，包括增加其密度、叶绿素含量以及N含量，并提升其光合作用的效率。
• 随着海洋的富营养化程度增加，许多未被生物直接吸收的营养盐会通过吸附聚集形成颗粒物，导致水体变得混浊，面对这一状况，珊瑚会展现出一种独特的生存策略：它们会延伸出触手，主动吞食颗粒物，以获取必要的能量。

1.5 转录组学在造礁珊瑚的研究进展

1.5.1 转录组学的研究意义

• 通过分析珊瑚在受胁迫条件下的基因表达和生理机制