珊瑚共生體的光合相關參數(shù)可以反映珊瑚的生存狀態(tài)及能量平衡。光補償點(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的光合有效輻射(Photosynthetically active radiation，PAR)。理論上，珊瑚的光補償點的差異可以決定珊瑚生長對PAR的需求，影響珊瑚在珊瑚礁中棲居的水深范圍[4]。對于不同珊瑚物種，光補償點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，反之光補償點較低的珊瑚物種更能夠適應深水區(qū)域較低的PAR。對于同種珊瑚，其光補償點較低時說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償點較高，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黃藻與珊瑚宿主及其他共生生物的復雜關系，珊瑚的光補償點可能會受多種因素的影響。影響和調(diào)節(jié)珊瑚共生體光補償點的機制有待深入研究。然而由于珊瑚共生體組成復雜，且棲居于水中，測定其光合參數(shù)的方法更為復雜，故而測定珊瑚共生體的光補償點的方法鮮有報道。微電極是可以用于精確測量珊瑚組織內(nèi)包括pH值、溶氧、碳酸根、鈣離子等參數(shù)的強大工具[5-6]。本研究提出了一種使用溶氧微電極，依據(jù)擴散平衡理論[7]，對珊瑚共生體的光補償點進行直接測定的方法。

PAR和溶解氧測定

在實驗室內(nèi)小水簇缸周圍組合溶氧微電極(Unisense)、照度計(Biospherical)、可調(diào)節(jié)光源(Nikon)，搭建珊瑚溶氧測定平臺(如圖1所示)。分別用氮氣和空氣曝氣的海水做參考品，通過零溶氧和飽和溶氧兩點繪制工作曲線以校正溶氧微電極。先將微電極置于遠離珊瑚的位置測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(在體視鏡下進行)，并觀測到溶氧濃度值的明顯變化，確認電極進入了珊瑚擴散邊界層。調(diào)整照度計至與電極水深相當?shù)纳疃龋⒐潭ü庠次恢?。將實驗平臺嚴格遮光，以防止外來光的影響。

首先觀測珊瑚擴散邊界層溶氧濃度對光照有無變化的響應，待溶氧微電極讀數(shù)穩(wěn)定后，關閉光源，待溶氧讀數(shù)降至最低點并穩(wěn)定時再打開光源，記錄溶氧變化。然后觀測擴散邊界層溶氧濃度與PAR之間的關系，調(diào)節(jié)PAR由高逐級降低，在每級光強停留1～2 min，待溶氧數(shù)值穩(wěn)定后調(diào)低PAR至一下級，將光照調(diào)至最低穩(wěn)定后，再逐漸調(diào)大PAR。電腦記錄整個過程的PAR與溶氧數(shù)據(jù)序列。

圖1珊瑚光補償點測定平臺示意圖

結論

目前測定珊瑚光合參數(shù)的主要方法有密閉容器內(nèi)的氧濃度變化監(jiān)測法、氧同位素膜進樣質(zhì)譜法、溶氧微電極法、調(diào)制葉綠素熒光儀法(PAM)等[4]。因為PAM操作簡便，在野外和實驗室中的適用性強，目前在珊瑚光合參數(shù)測定中應用最為廣泛[11-13]。然而PAM測定的指標反映的是葉綠素的光合特性，而不能直接測定珊瑚的實時光合速率。實時光合速率測定方法的基本原理主要是對光合作用的底物與產(chǎn)物進行測定，即通過測定二氧化碳與氧氣的濃度變化來推測光合作用與呼吸作用的速率[14]。由于水體的緩沖作用，珊瑚共生體與周圍水體形成獨特的擴散梯度，使得珊瑚體內(nèi)與周圍水體中的溶解氧濃度存在較大差異。且在密閉測量空間內(nèi)消彌這一差異所花費的時間較長，使得測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定溶解氧濃度，使得測定的實時性更高，可以更好地反映其瞬時光合呼吸狀態(tài)[15]。

本研究以鹿角杯形珊瑚為試驗對象，通過溶氧微電極探針測定珊瑚外周擴散邊界層的溶氧濃度對PAR變化的響應，進而測定珊瑚的光補償點。本方法適用于珊瑚等水生生物的光補償點的測定，由于其不受測定的水體緩沖效應的影響，能大大提高光補償點測定的準確性。鹿角杯形珊瑚為多水螅體珊瑚，各個水螅體之間的光合呼吸等生理過程可能存在細微差異，進一步的實驗分析評估這一潛在的差異十分必要。由于在開放空間進行測定，加之微電極的超高空間分辨率，使得本方法對單水螅體的珊瑚幼體等微小個體的單獨測定具有較好的適用性。這對研究造礁石珊瑚幼蟲幼體的光合特性具有重要價值。微電極溶解氧探頭具有體積小巧、測定區(qū)域精準、測定實時、精確度高的特點，在水生生物光合作用測定中具有很大的潛力和較高的應用價值[7,16]。將來，在更多的珊瑚物種上進行的更多的重復實驗，可以進一步完善本方法。本研究提出了一種測定珊瑚共生體光合參數(shù)(光補償點)的新思路，但溶氧微電極法在珊瑚光合參數(shù)測定中的更多的應用有待進一步研究。