潮间带浅水珊瑚的光照强度需求(Light Intensity Requirements of Shallow Tidepool Coral)

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原文链接:http://www.reefsmagazine.com/forum/reefs-magazine/145122-light-intensity-requirements-shallow-tidepo...

原文作者:Dana Riddle

简译:yangsha

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夏威夷一处潮间带潮坑内有许多硬骨珊瑚


玩珊瑚多年的老鱼友们应该能回忆起来,曾经有很长一段时间,我们不知道珊瑚的光照需求。假设用人造光源模拟太阳光,很多鱼友在浅珊瑚缸上使用400瓦,甚至1000瓦的金卤灯。1990年代后,关于虫黄藻的研究有了突破,科学家们发布了很多信息,使我们对光照强度的预期降低了。科学家们还研究了虫黄藻的基因序列。测光表被鱼友引入后,鱼友开始测量自己鱼缸内的PAR值,并与科学家的测量结果进行比较,但很多问题仍是未解之谜。

虫黄藻对光线需求与很多因素有关。有些虫黄藻对光线的适应能力非常强,但即便是这样,它们对光线的需求也与暴露在太阳光下的时间有关。很多年前,我一直对浅水坑内珊瑚的光合作用感到好奇。我推测这些珊瑚,更确切的说是它们体内的虫黄藻,需要极强的光照才能达到光合作用的顶峰。多年后,我做了类似的比对,珊瑚样本采自较深水域。我的实验室最近新增了设备,能够给我们提供答案------PAM荧光仪(见图1),通俗的说,它是用来测量光合作用效果的。


正如我们了解的,光合作用是连接自然界和生命世界的桥梁,通过光合作用,太阳光、二氧化碳和水将被转换成氧气和糖类。在陆地上,光线充足地带和阴影地带都有不同形式的植物存在。海洋世界也是一样,两个世界一起分享着光合作用的规律。

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A colony of Pocillopora. Photo by Gary Parr.

 

在光线条件较弱时,感光色素吸收大量光线,当光线条件增强时,它们开始将能量转存到荧光系统或者非辐射系统。过程是这样的,光合作用,远红荧光(不要与珊瑚的光致发光荧光混淆了),热,这些系统是相互竞争的。PAM荧光计利用这些因素揭示了其中的奥秘。仪器数据监测能告诉我们光是被光合作用利用了,还是被转移到其他系统了。

这里有些术语可能要先普及下:

Clade
进化枝,或者序列。鹿角珊瑚通常体内含有C分支的虫黄藻。其它虫黄藻一本是A,B或者D分支。

Yield
(光合作用):光合作用吸收率,是吸收光子数与接受光子数的比值。通过测量,虫黄藻的吸收率比绿色植物低(0.40比0.80)。

Electron Transport Rate(ETR):
光电转换率,光子被感光色素吸收后转换成电子,转化比率就是转换率。

Photosynthetically Active Radiation or PAR有效辐射或有效PAR:辐射波长在400纳米-700纳米之间的光。

Photosynthesis/Irradiance (P/I) Curve光合作用/辐射曲线:表示光合作用与光强度之间关系的曲线。


 PPFD
或Ph:光子密度,单位时间内照射到单位面积的光子数。

PAM Fluorometer PAM荧光仪,用来测量光合反应中叶绿素荧光反应的仪器。

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图1 PAM荧光仪,是我们揭开珊瑚光合作用秘密的法宝。可以水下测量。

PAM 荧光,收集虫黄藻进行光合作用中红色荧光光谱部分。为了计算,我们首先要设定光谱范围的上限和下限。这项设定是将珊瑚遮光于黑暗环境30分钟以后开始的。我使用的PAM仪是Junior德国制造的。工作时,仪器的蓝色LED发出极小量的光,仪器检测到的荧光设定为最小值。然后再给予饱和脉冲蓝光,仪器检测到的荧光量设定为最大值。这就是我设定上下限的过程。而且,我还更新了仪器的蓝色光源。

Saturation Point:
饱和点,光合作用与光照强度成正比,直到达到某个点,光强度增加,而光合作用不再变化。这个点就是饱和点。

Dynamic Photoinhibition:
光照抑制,当光线太强时,强光会将叶黄素转换成另一种形态,虫黄藻会关闭光合作用,保护自己。
光合作用的减压阀,叶黄素循环The Photosynthesis ‘Pressure Relief Valve’ – The Xanthophyll Cycle:
虫黄藻跟其他植物一样,有叶黄素循环(Xanthophyll Cycle)。它有两种形式,即Diadinoxanthin和Diatoxanthin。蓝光被Diadinoxanthin吸收,并使其转化为diatoxanthin (在黑暗环境中,这种转化是反向的。) 这个过程有很多命名,但本文称之为光照抑制‘Dynamic Photoinhibition’。 无论这个循环叫什么名字,它都是防御被高强度光伤害的自我保护过程。然而,当所有diadinoxanthin 都被转化成Diatoxanthin,就没法提供更多的保护了。图2显示了两种形式叶黄素的吸收情况。注意,转换过程中只涉及了对蓝光照射的保护,而其他波长范围的光,尤其是红色光的照射都没有收到这种保护。

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图2.



Pocillopora damicornis –
鹿角杯形珊瑚,我们的实验样本。

这种SPS是研究者最喜欢的。这种硬骨珊瑚容易采集、饲养,而且特征明显好区分。 它们在夏威夷海滩的潮汐坑里常见。有些有绿色或粉色荧光,很漂亮。它们名字的拉丁语意思是杯或碗状的,多孔的意思。在维护良好的水族箱里,它们成活率极高,就像自然界里它们的“杂草”属性一样。同时它也是水族常见珊瑚的近亲,见图3.

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图3,这些浅水坑只有5厘米深。 Pocillopora damicornis生活得很好。


实验结果
我的主要目的是确定这些鹿角对光照的需求。根据数据得到了光合作用与光线强度的曲线。 结果显示,最强光合作用发生在低光照强度时。这种强度LED和荧光灯和金卤灯都能达到。参见图4

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图4 图中显示光照只需达到200+ µmol photons·m²·sec光合作用效率就能达到顶峰值


实验的第二部分包括观察光能是如何被分配的。之前我们说过,光能利用和转化在在珊瑚体内存在竞争。当光线强度较低时,光合作用与叶黄素转化同时进行,当光达到一定强度后两个过程都开始减弱,如图5所示,而当光线强度达到一定值时,非辐射热能转化开始,并逐渐增强。据我所知,在我之前还没有人做过类似图谱。

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图5.当光线强度达到 220 µmol electrons·m²·sec时,虫黄藻开始将多余的光能转化为非辐射热能形式,光合作用和叶黄素循环效率开始下降。


讨论
我们可以得出这样一个结论,这些生活在浅水坑里的珊瑚在水族箱光线条件下就能达到光合作用峰值,在自然界中,早晨或傍晚它们的光合作用处于峰值,其余白天时间都在不断地调整控制。其他学者的研究也表明,光合作用最强值是在一天中光照强度开始下降时才出现。

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另一株鹿角珊瑚


数据已经表明,很多珊瑚爱好者已经出现光照过渡的问题。这是一个非常浪费的做法。

文中实验样品鹿角珊瑚的虫黄藻属于进化分支C。通常是C1或C1d。图6显示了虫黄藻进化分支图。一般,C分支链的珊瑚对强光的忍耐力是有限的,与本文结果一致。

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图6 虫黄藻C分支。.


我将继续研究珊瑚光照需求的问题,地点将从夏威夷向大陆迁移,也会寻找更多的珊瑚品种。这个结论针对其他珊瑚需要实验数据的证实。

以上所说的都是基于数据的科学。通过这次试验,我了解到浅水坑里的珊瑚对光照需求如此小,真是令人难以置信,也颠覆了我之前先入为主的概念。


我愿意与任何对本文有兴趣的人交流,我的email地址是RiddleLabs@aol.com,如有需求,尽管电邮我!

好久没有动静了,罪过啊!今天发一篇,赎罪

5厘米深,居然不会哂死,太夸张了。

 这篇文章的意思就是,如果只是为了珊瑚活着,光合作用起作用,实际是不需要太强的光?

这篇文章的意思是,我们一直以为,包括作者都想当然的以为光照充足的海域珊瑚需要更强的光,而科学数据告诉我们,珊瑚其实并不需要太强的光,珊瑚的生存需求其实不高,珊瑚的适应能力其实很强。

我觉得生存和活的舒适应该是两个概念对吧 嘻嘻 不知道发到何种光照水平以后珊瑚能基本达到舒适的水平
存在即是合理的,哪里分布最多,哪里就是最舒服的

#2楼 @baboon 看某个纪录片,潮间带,SPS还会露出水面暴晒的。据说表面粘液会保护SPS。

快说说那纪录片叫什么名字?

#8楼 @yangsha 也许是《大堡礁》,也许是《coral reef adventure》

看了这篇文章,是不是能这么理解,其实45CM深的水族箱,80的缸,用250W的大龟就足够了,不需要400W拿来暴晒。


#10楼 @Brando 

我听过(不是我经历)的两种观点

Z缸不需要太高光,通常不会用400W

柏林缸需要400W,对于部分SPS的出色要求


自己经历过

1. 阳光爆哂,脑和LPS会哂退色,SPS没事


参考RC每月一缸,有用400W,也有用250W的,缸高60的或以上的,大部分使用的是400W

1.珊瑚可以适应各种光源和光线要求(绝大部分),但是适应也就代表着生长速度以及颜色的改变,这牵涉到了观赏性。

2.珊瑚的光照和瓦数关系很大但是不只是瓦数问题。还要看PA值。

3.光源的不同往往能够让同一个珊瑚在同样环境下产生不同的颜色及效果。

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