A positive temperature-dependent effect of elevated CO? on growth and lipid accumulation in the planktonic copepod, Calanus finmarchicus

升高的CO?對浮游橈足類Calanus finmarchicus生長和脂質(zhì)積累的正溫度依賴性效應(yīng)  

來源：Limnology and Oceanography, Volume 68, 2023

《湖沼學(xué)與海洋學(xué)》第68卷，2023年

 

摘要內(nèi)容

 

研究在12°C和16°C下，將Calanus finmarchicus從卵培養(yǎng)至成蟲，并暴露于環(huán)境CO?（600 μatm）和高CO?（1100 μatm）條件下。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：  

低溫促進(jìn)生長：12°C下個體干重（DW）、碳（C）和氮（N）質(zhì)量、油囊體積（OSV）顯著高于16°C（圖2-5，表2）。  

 

 

 

 

 

高CO?增強(qiáng)生物量積累：  

 

高CO?使干重增加10-11%，碳含量增加8-15%（圖3, 5；表2）。  

 

溫度與CO?交互作用：低溫（12°C）+高CO?組合下油囊體積最大（CV期增加41%，CVI期增加39%）（圖4）。  

代謝成本降低：  

 

質(zhì)量特異性耗氧率（MS-OCR）在低溫（12°C）和高CO?下顯著降低（圖6）。  

 

 

低溫高CO?下，CV期個體呼吸消耗體碳比例從21%降至15%，節(jié)約能量用于生長。  

脂肪酸響應(yīng)：  

 

溫度是主要驅(qū)動因素（如低溫富集16:0、18:1n-9）。  

 

CO?特異性變化：高CO?下16:0減少、18:3n-3增加（圖7）。  

 

 

結(jié)論：未來海洋酸化（高CO?/低pH）在較低溫度下可能通過降低代謝成本，促進(jìn)C. finmarchicus的生長和脂質(zhì)儲備。  

 

研究目的

探究溫度（12°C vs. 16°C）和CO?（600 vs. 1100 μatm）對C. finmarchicus體型、脂質(zhì)積累及呼吸速率的獨(dú)立與交互影響。  

 

驗(yàn)證高CO?是否通過降低代謝成本增強(qiáng)其在低溫環(huán)境中的適應(yīng)性。  

 

研究思路

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：  

 

全因子實(shí)驗(yàn)：2溫度（12°C/16°C） × 2 CO?水平（600/1100 μatm） × 3重復(fù)。  

 

精確控制發(fā)育階段：測量剛蛻皮的CV期幼體和剛成熟的CVI期雌體，避免生長階段差異（圖1）。  

 

關(guān)鍵測量：  

 

形態(tài)與生化：體長（PL）、干重（DW）、油囊體積（OSV）、碳氮含量（C/N）。  

 

代謝：耗氧率（OCR）——使用Unisense微電極實(shí)時(shí)監(jiān)測。  

 

脂質(zhì)組成：21種脂肪酸相對豐度。  

數(shù)據(jù)分析：  

 

三因素方差分析（溫度、CO?、發(fā)育階段）檢驗(yàn)生物指標(biāo)差異。  

 

判別分析（DA）解析脂肪酸組成的溫度與CO?響應(yīng)模式。  

 

測量數(shù)據(jù)、來源及研究意義

發(fā)育時(shí)間與體型（圖1, 2；表2）：  

 

數(shù)據(jù)：12°C下發(fā)育至CV期需29天（16°C為24天），低溫個體體長增加6-7%。  

 

意義：確立溫度主導(dǎo)發(fā)育速率，為生長差異提供時(shí)間基準(zhǔn)。  

生物量與脂質(zhì)儲備（圖3-5；表2）：  

 

數(shù)據(jù)：12°C + 高CO?下，CV期干重增加44%，碳含量增加55%，OSV增加41%。  

 

意義：揭示高CO?在低溫下顯著提升能量儲備，可能增強(qiáng)越冬存活。  

耗氧率（OCR）（圖6）：  

 

數(shù)據(jù)：高CO?使12°C下CV期MS-OCR降低30%（16°C無顯著變化）。  

 

意義：首次量化CO?通過降低代謝成本促進(jìn)生長，支持"能量節(jié)約"假說。  

脂肪酸組成（圖7）：  

 

數(shù)據(jù)：低溫富集飽和脂肪酸（16:0）；高CO?增加18:3n-3（α-亞麻酸）。  

 

意義：溫度主導(dǎo)脂質(zhì)重塑，CO?輕微改變特定脂肪酸，可能影響營養(yǎng)品質(zhì)。  

 

結(jié)論

溫度主導(dǎo)生長：低溫（12°C）顯著增加體型、生物量及脂質(zhì)儲備，但延緩發(fā)育。  

 

CO?的正效應(yīng)：高CO?（1100 μatm）在低溫下協(xié)同增強(qiáng)干重（+44%）、碳含量（+55%）和油囊體積（+41%）。  

 

代謝機(jī)制：高CO?降低耗氧率（12°C時(shí)-30%），節(jié)約能量用于生長和脂質(zhì)積累。  

 

生態(tài)啟示：未來高CO?海洋中，C. finmarchicus在較冷海域可能更具競爭優(yōu)勢，但升溫（16°C）會削弱此效應(yīng)。  

 

丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

 

實(shí)驗(yàn)中采用Unisense Clark型氧微電極（尖端直徑未明確，通常<50 μm）監(jiān)測呼吸室溶解氧，核心價(jià)值在于：  

高時(shí)空分辨率：  

 

每2秒記錄氧濃度，精準(zhǔn)捕捉微小呼吸室的瞬時(shí)耗氧斜率（圖6方法）。  

 

避免傳統(tǒng)終點(diǎn)法因時(shí)間累積導(dǎo)致的誤差（如微生物背景呼吸干擾）。  

微小樣本適配性：  

 

僅需2-3只橈足類（總生物量≈100 μg DW），適用于珍貴發(fā)育階段樣本（剛蛻皮個體）。  

原位校準(zhǔn)與質(zhì)量控制：  

 

飽和氧（空氣平衡）與無氧（抗壞血酸處理）兩點(diǎn)校準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。  

 

實(shí)時(shí)監(jiān)測確保氧降幅≤20%飽和度，防止缺氧脅迫影響代謝速率。  

代謝機(jī)制解析：  

 

直接量化高CO?下耗氧率降低（如12°C時(shí)-30%），為"離子調(diào)節(jié)能耗減少"假說（Portner et al. 2004）提供關(guān)鍵證據(jù)。  

 

結(jié)合碳含量數(shù)據(jù)，計(jì)算體碳日消耗比例（BC d?1），揭示能量分配策略變化。