海洋酸化与附着生物膜对欧洲鲍鱼（Haliotis tuberculata）早期发育的交互影响

《Marine Pollution Bulletin》：Interactive effects of ocean acidification and settlement biofilm on the early development of the European abalone Haliotis tuberculata

海洋酸化与Ulva lens生物膜对幼体鲍鱼生长及壳参数的影响研究。通过pH 8.0和7.7条件及高/低密度Ulva生物膜组合实验，发现低pH显著抑制幼体鲍鱼密度和体长增长，高密度Ulva减少 juvenile体长并影响壳强度和色泽，生物膜稳定性随初始藻密度变化，代谢和行为未受显著酸化影响。

　　

斯蒂芬妮·奥祖-博尔德纳夫（Stéphanie Auzoux-Bordenave）、贾维德·卡沃西（Javid Kavousi）、基利安·内德莱克（Killian Nedelec）、索菲·马丁（Sophie Martin）、艾莎·巴杜（Aicha Badou）、菲利普·杜波依斯（Philippe Dubois）、萨拉乌阿·姆祖迪（Saloua M’Zoudi）、塞德里克·于巴斯（Cédric Hubas）、西尔万·于谢特（Sylvain Huchette）、萨宾·鲁塞尔（Sabine Roussel）

水生生物与生态系统生物学实验室（BOREA），法国国家自然历史博物馆/法国国家科学研究中心（MNHN/CNRS）/索邦大学/法国国家海洋历史博物馆康卡诺海洋站，康卡诺29900

摘要

海洋酸化（OA）及其导致的碳酸盐化学变化对海洋生物，尤其是钙化生物构成了重大威胁。OA的影响还可能受到其他环境因素的影响，包括生物环境。本研究探讨了OA和藻类密度通过一种名为Ulvella的藻类诱导的生物膜对鲍鱼（Haliotis tuberculata）后幼体和幼年期的影响。在为期三个月的全因子实验中，鲍鱼从变态开始被暴露在两种pH值条件下（环境pH值为8.0和降低后的7.7），以及两种初始密度的Ulvella lens藻类中。利用光谱反射率和HPLC色素分析方法对生物膜的质量和组成进行了表征。同时测量了鲍鱼的生物学特性（密度、长度）、生理特性（呼吸速率）、行为特征（隐藏反应）以及壳的特性（颜色、表面腐蚀程度、强度）。尽管在低初始Ulvella密度条件下藻类生物量的变化较大，但生物膜的质量和组成在两种pH值条件下都相对稳定。在低pH值条件下，后幼体密度和总长度显著下降；而在高Ulvella密度条件下，80天时幼体长度也有所减少，这可能是由于不同藻类群体之间的竞争所致。pH值与Ulvella之间的相互作用影响了壳的抗裂性和颜色，但对新陈代谢或行为没有影响，表明幼年鲍鱼仍能维持基本的生命功能。总体而言，研究结果证实了早期H. tuberculata阶段对中度海洋酸化（pH值降低0.3个单位）的敏感性，并揭示了大型藻类通过改变硅藻覆盖情况产生的间接影响。

引言

海水对二氧化碳（CO₂）吸收量的增加导致全球海洋pH值下降，即海洋酸化，同时也显著改变了碳酸盐的化学性质（Doney等人，2009年；Gattuso等人，2015年；IPCC，2021年）。据预测，到本世纪末，海水pH值将下降0.1至0.4个单位（IPCC，2021年），这将威胁到珊瑚、软体动物和棘皮动物等钙化生物（Alter等人，2024年；Hofmann等人，2010年；Kroeker等人，2013年；Widdicombe和Spicer，2008年；Wittmann和P?rtner，2013年）。许多研究表明，海洋酸化会对多种生物产生不利影响，表现为生长、新陈代谢和钙化能力的广泛变化（Kroeker等人，2013年）。软体动物的幼体和幼年阶段是最容易受到海洋酸化影响的群体，表现为存活率降低、发育延迟、身体和壳的异常以及钙化能力减弱（Orr等人，2005年；Parker等人，2013年；Ross等人，2011年；Byrne和Fitzer，2019年；Gazeau等人，2013年；Leung等人，2022年）。在许多经济价值较高的软体动物栖息的沿海地区，海水酸化已经对水产养殖业构成了威胁，例如美国北部牡蛎产业所受到的影响（Barton等人，2015年）。此外，由于生物和非生物栖息地特征（如物种相互作用、溶解氧、温度、食物供应）与气候变化密切相关，在评估物种对海洋酸化的响应时需要仔细考虑这些因素（Duarte等人，2013年）。

已有少量研究探讨了食物供应在缓解海洋酸化对钙化生物负面影响方面的作用，特别是对珊瑚（Büscher等人，2017年；Comeau等人，2013年；Crook等人，2013年；Maier等人，2016年）、甲壳类动物（Pansch等人，2014年）、软体动物（Melzner等人，2011年；Hettinger等人，2013年；Thomsen等人，2013年；Ramajo等人，2016a，Ramajo等人，2016b；Lee等人，2021年；Mele等人，2023年；Caillon等人，2025年）以及棘皮动物（Pan等人，2015年；Asnaghi等人，2019年）的影响。例如，Melzner等人（2011年）发现，在海洋酸化实验中增加食物供应可以显著减少蓝贻贝（Mytilus edulis）壳表面的溶解并促进壳的生长。此外，在食物供应充足的情况下，蓝贻贝的底栖阶段能够耐受较高的环境pCO₂浓度，这表明增加的能量摄入可能降低该物种对海洋酸化的敏感性（Thomsen等人，2013年）。在紫扇贝（Argopecten purpuratus）中，低pH值（7.6）条件下摄食率增加，从而促进了生长和钙化（Ramajo等人，2016b）。最近的研究表明，额外的食物来源可以逆转海洋酸化对双壳类贝壳的潜在负面影响（Lee等人，2021年；Mele等人，2023年）。暴露于海洋酸化压力下的Mytilus edulis的壳特性恢复到了对照水平（Lee等人，2021年），而Magallana gigas和Mytilus物种对海洋酸化和额外喂养的特定响应与不同的方解石生物矿化途径有关（Mele等人，2023年）。同样，高食物供应条件下，幼年牡蛎（M. gigas）在海洋酸化和变暖（OAW）条件下的整体生理反应得到改善（Caillon等人，2025年）。尽管相关文献较少，但一些关于海洋腹足类物种的研究也表明，在海洋酸化压力下食物供应具有补偿作用。例如，澳大利亚蜗牛Phasianella australis在海洋酸化条件下增加了摄食率，从而维持了生长（Leung等人，2018年）。在潮间带蜗牛Tegula atra中，食物质量调节了壳外层的有机成分，但并未影响壳的抵抗力（Benítez等人，2026年）。总体而言，这些研究进一步证明了食物供应可能是生物应对气候变化的重要因素之一，具体效果取决于生物变量和生命阶段（Brown等人，2018年；Leung等人，2022年）。海洋软体动物的生命周期包括从浮游幼体到底栖幼体的转变（Hadfield，1986年）。受精后相对较短的时间内（几天到几周），有能力的幼体会根据环境信号定居在基底并发生变态（Morse，1990年）。由细菌、微藻和大型藻类的微小阶段组成的底栖生物膜对幼体的附着具有重要的吸引作用，同时也是后幼体的初始食物来源（Hadfield，2011年）。

鲍鱼（软体动物门，Vetigastropoda纲）是具有生态和经济价值的带壳软体动物，以大型藻类为食，并提供重要的生态系统服务（Cook，2016年）。由于过度捕捞、栖息地退化和疾病，全球许多鲍鱼物种的数量已经大幅下降（Cook，2016年；Huchette和Clavier，2004年；Travers等人，2009年）。欧洲鲍鱼Haliotis tuberculata已经面临局部温度变化，而海洋酸化将成为其自然栖息地和水产养殖环境中的额外压力源（Morash和Alter，2015年；Kavousi等人，2021年）。已经对H. tuberculata多个生命阶段的海洋酸化（pH值降低0.3至0.5个单位）的生物响应进行了充分研究，发现其对幼体和幼年阶段的存活率、生长和壳钙化具有不利影响（Wessel等人，2018年；Auzoux-Bordenave等人，2020年，Auzoux-Bordenave等人，2022年），但尚未观察到对成年鲍鱼行为和新陈代谢的显著影响（Avignon等人，2020年；Roussel等人，2023年）。虽然已经研究了海洋酸化和变暖对H. tuberculata幼体的单独和相互作用效应（Kavousi等人，2021年），但对于生物膜组成在早期发育阶段对生物响应的影响知之甚少。

本研究采用多参数方法，探讨了海洋酸化（OA）和生物膜对鲍鱼（Haliotis tuberculata）后幼体和幼年期的单独和相互作用效应。鲍鱼被暴露在环境pH值（8.0）和较低的pH值（7.7）下，后者对应于RCP 8.5情景下2100年的预测pH值下降0.3个单位（IPCC，2021年），并在为期三个月的全因子实验中暴露在两种初始密度的U. lens藻类中（高密度和低密度）。U. lens是一种用于诱导鲍鱼幼体定居和变态的大型藻类（Daume等人，2004年）。后幼体最初以细菌和硅藻为食，当它们达到幼年阶段（约2毫米长）时，会逐渐转向U. lens为食，这通常发生在大约60天大、出现第一个具有功能性的齿舌时（Courtois de Vi?ose等人，2007年）。除了诱导幼体定居的作用外，U. lens的密度还决定了生物膜中不同硅藻和细菌种群的发展，这些种群是幼年鲍鱼的初始食物来源。我们利用光谱反射率和色素分析方法来表征实验期间培养板上藻类的质量（即后幼体和幼体可利用的藻类覆盖层）。在80天的实验期间，评估了幼年鲍鱼的多种生物学特性（密度、总长度）、生理特性（呼吸速率）、行为特征（隐藏反应）以及壳的特性（颜色、表面腐蚀程度、壳强度）。

实验部分

鲍鱼幼体和后幼体的生产

H. tuberculata亲本种群由野生和养殖的鲍鱼组成，以防止近亲繁殖并产生足够的幼体用于实验（Kavousi等人，2021年）。在France Haliotis鲍鱼养殖场（北纬48°36′50′，西经4°36′3″；法国布列塔尼地区，Plouguerneau）按照Kavousi等人（2021年）描述的程序进行了产卵和受精。我们使用了受精后96小时的预变态面盘幼体。

海水参数

表1报告了海水温度、盐度和碳酸盐化学参数的平均值。所有实验水箱中的盐度为34.07 ± 1.02，且在实验过程中保持稳定。所有水箱的平均温度为17.4 ± 0.9°C。所有水箱中的平均A_T值为2296 ± 51 μmol·kg^?1，在整个实验过程中以及不同处理组之间保持稳定。环境pH值和低pH值处理组的平均pH_T值分别为7.92 ± 0.07和7.62 ± 0.10。

讨论

这是首次使用多参数方法研究降低的pH值和Ulvella诱导的生物膜对欧洲鲍鱼（Haliotis tuberculata早期生命阶段的单独和综合影响。首先，通过光谱反射率和色素分析来表征培养板上根据初始密度和pH值变化的藻类质量和组成。同时，采用多参数方法研究了后幼体和幼年的响应。

结论

研究结果表明，在高密度Ulvella（HD）条件下，无论pH值如何，培养板上的藻类总质量和组成都相对稳定。相比之下，在低密度（LD）Ulvella条件下，藻类质量随时间变化较大。这项基于色素代理的Ulvella-生物膜组成的初步评估表明，高初始密度的Ulvella为长期生长提供了更稳定的系统。

CRediT作者贡献声明

斯蒂芬妮·奥祖-博尔德纳夫（Stéphanie Auzoux-Bordenave）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，监督，项目管理，资金获取，正式分析，概念构思。贾维德·卡沃西（Javid Kavousi）：可视化，方法学，研究，正式分析，概念构思。基利安·内德莱克（Killian Nedelec）：研究，数据管理。索菲·马丁（Sophie Martin）：撰写 – 审稿与编辑，方法学，研究，概念构思。艾莎·巴杜（Aicha Badou）：方法学，研究。菲利普·杜波依斯（Philippe Dubois）：

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：贾维德·卡沃西报告称获得了法国西部布列塔尼大学-普卢扎内校区的财务支持。斯蒂芬妮·奥祖-博尔德纳夫报告称获得了法国国家自然历史博物馆的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系。

致谢

J.K.获得了法国政府在Investissements d'Avenir项目下的博士后奖学金，该项目由ISblue项目“蓝色星球跨学科研究生院”（ANR-17-EURE-0015）共同资助。本研究部分得到了法国国家自然历史博物馆（MNHN）的ATM项目‘Biofilm’的支持，该项目由高等教育与研究部（巴黎，法国）资助，以及由研究基金会资助的海洋酸化项目（ICOBio项目）的支持。