近日，海洋所海洋牧场构建原理与工程技术团队在海草应对硫化物胁迫的响应机制及恢复潜力研究方面取得新进展，相关理论成果发表于国际学术期刊Plant Cell & Environment（中科院一区TOP）。

沉积物孔隙水中的硫化物，作为沉积物中硫酸盐厌氧微生物呼吸的副产品，对海洋和淡水环境中的根生水生植物具有毒性。近年来，由于沉积物中硫化物浓度升高，温带和热带地区发生了多起大规模海草死亡事件。随着富营养化和全球变暖的影响，预计浅海沿岸沉积物中硫化物的产生将增加，导致海草死亡现象将更加频繁发生。目前，针对硫化物胁迫对海草的影响，研究主要集中在传统的形态学和生理学方面，而对其分子层面的响应及潜在的抗性机制研究则甚为缺乏。

本研究通过实验室模拟和野外原位硫化物胁迫实验，运用转录组、代谢组及其它生理生化技术，对鳗草在硫化物胁迫下的响应过程进行了多层面深入分析。研究结果显示，硫化物胁迫下鳗草的光合作用在多个层面均受到显著的负面影响，时序分析和WGCNA分析结果表明，这种影响很可能是由于卟啉和叶绿素代谢途径受到抑制引起的。相反，硫代谢相关的几条途径被显著激活，增强了鳗草组织中硫化物转化为硫酸盐和亚硫酸盐的能力，并随后形成其他含硫化合物，从而实现了解毒。此外，恢复实验表明鳗草对硫化物胁迫具有一定的恢复潜力：当及时解除硫化物胁迫后，鳗草能够恢复正常的生长和光合作用；而长期暴露于硫化物胁迫下则会导致不可逆的损伤，最终导致植物死亡，这一发现强调了监测和及时干预的重要性，以确保海草床的健康和稳定。 

硫化物胁迫对鳗草的影响

(A) 硫化物胁迫下鳗草伸长长度对比图；(B) 硫化物胁迫下鳗草光系统II的实际量子产量(Y(II))和电子传递速率的变化；(C)WGCNA分析得到的基因树状图和模块识别图；(D)模块和性状(Fv/Fm)之间的关联分析。 

硫化物胁迫对鳗草影响过程的示意图

该研究不仅提供了关于海草在硫化物胁迫下的分子应对机制的新见解，还为海草床的生态修复提供了实践指导，旨在应对环境变化带来的挑战，保障海洋生态系统的健康和可持续发展。海洋所博士生张玉、博士后岳世栋以及中国水产科学研究院黄海水产研究所高亚平副研究员为论文共同第一作者，海洋所周毅研究员和张晓梅助理研究员为论文共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

相关论文：

Zhang Yu, Yue Shidong, Gao Yaping, Zhao Peng, Liu Mingjie, Qiao Yongliang, Xu Shaochun, Gu Ruiting, Zhang Xiaomei, Zhou Yi. Insights into response of seagrass (Zostera marina) to sulfide exposure at morphological, physiochemical and molecular levels in context of coastal eutrophication and warming. Plant, Cell & Environment, 2024, 15048.

论文链接：

https://doi.org/10.1111/pce.15048