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科学家揭示珊瑚的高温驯化适应机制 让“适者生存”加速上演，为珊瑚提供应对气候变化路径******
科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径。尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚，但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。解决根源问题，即降低碳排放，避免气候变化速度过快，才能更好地保护珊瑚。
——江雷 中国科学院南海海洋研究所助理研究员
◎本报记者 何 亮
珊瑚作为一种海洋生物，因其缤纷的色彩、特殊的生存方式而受到人们的关注。珊瑚对生存环境的变化较为敏感、对生存环境的要求较为苛刻，气候变化影响下的水温升高会导致大量珊瑚白化死亡。
近日，生态学期刊《分子生态学》在线发表了由中国科学院南海海洋研究所黄晖团队领衔完成的论文，揭示了珊瑚应对气候变暖的驯化适应及其生理和分子机制。论文共同第一作者、中国科学院南海海洋研究所助理研究员江雷在接受科技日报记者采访时表示：“这项研究有助于我们正确认识珊瑚对海水升温的适应潜力，为人类保护珊瑚礁提供了正面、积极的启示。”
孵幼型珊瑚，礁体上的“拓荒者”
长期以来，珊瑚除了因为五彩斑斓的色彩而备受人们关注，关于它还有一个问题常常令人困惑——珊瑚究竟是动物，还是植物？
事实上，珊瑚是动物，是一种较低等的刺胞动物。珊瑚之所以色彩斑斓，是因为其体内生活着一种微小的藻类——虫黄藻。虫黄藻可以通过光合作用为珊瑚提供能量，保证珊瑚的生存。如果珊瑚失去虫黄藻，就会饿肚子，最终因没有能量来源而饿死。
珊瑚与虫黄藻复杂的共生关系，不仅关乎珊瑚的生存，也是科研人员研究的重点。此次研究中，黄晖研究团队主要研究的珊瑚种类是孵幼型鹿角杯形珊瑚。
“孵幼型鹿角杯形珊瑚比较特殊，是‘先锋物种’，这也是我们选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象的一个原因。当一个生态系统受到破坏或者干扰的时候，‘先锋物种’是最早出现的一类生物。‘先锋物种’就像‘拓荒者’一样，率先开启了生态演替和重塑生物群落的旅程。”江雷表示，“因为发育快，繁殖能力强等原因，一旦有新的合适生存环境出现，孵幼型鹿角杯形珊瑚的幼虫会最先长到礁体上开拓生存环境，并对礁体进行相应改造。之后才会有其他的生物相继进驻这一生存环境。”
选择孵幼型鹿角杯形珊瑚作为研究对象，另一个重要的原因是其对环境的适应类型。江雷介绍，在自然界，生物对环境的适应有两种不同类型：一种类型称作表型可塑性适应，即生物的生理过程是弹性可变的，生物通过调整机能适应环境变化；另一种类型称作进化适应(又称遗传适应)，即生物在许多世代中由自然选择进行演化、筛选，最终完成对环境变化的适应。
“我们选择表型可塑性适应来进行研究，是因为对这种适应类型的研究时间周期较短，容易捕获研究结果，显现成果差异。”江雷表示。孵幼型鹿角杯形珊瑚的繁殖方式是体内受精，幼体在母体内发育，发育成为幼虫之后，再由母体排出体外。孵幼型鹿角杯形珊瑚排放出来的幼虫发育周期在1个月左右，是卵生型珊瑚的十分之一。
开展对比实验，揭示生理调节机制
在中科院南海海洋研究所的实验室里，一排排灯光格外显眼。光线照射下，颜色各异的珊瑚生活在人工营造的生态系统里。江雷等科研人员对孵幼型鹿角杯形珊瑚的驯化实验也正是在这里进行。
“在野外，珊瑚生存的正常水温是29摄氏度。我们通过温控系统，将珊瑚缸中的水温以每天约0.5摄氏度的速度进行提升。大约一个星期后，珊瑚缸中的水温会升至32摄氏度，并保持此温度。此次研究中的孵幼型鹿角杯形珊瑚幼虫，正是在上述高温环境中完成在母体珊瑚体内的发育和出生。”江雷说。
在长达1个月的研究中，科研人员观察到了很多现象。经过高温驯化后，孵幼型鹿角杯形珊瑚母体的代谢受到了不利影响，不仅光合作用降低，还发生了白化现象。可是，驯化组子代幼虫的表现却不一样，与对照组子代幼虫相比，经过高温驯化的子代幼虫能适应更高的水温，其最适生存温度有了明显提升，对高温的适应性得到了增强。江雷表示：“这说明，仅仅一个月的驯化就对子代幼虫的表型产生了较为明显的影响。”
仅凭一组数据，尚不足以得出定论。接下来，科研人员又进行了交叉移植实验。科研人员分别将经历了驯化组的幼虫和对照组的幼虫置于对照温度与高温环境。对比的结果与此前的结论较好地吻合，证明珊瑚母体的热驯化缓解了高温对子代幼虫的不利影响。
“上述现象背后，是珊瑚幼虫生理状态的调整。”江雷表示，在驯化之后，幼虫的虫黄藻的光合活性与光合速率得到了提高。幼虫的虫黄藻变得更强大，对高温的适应能力也更好。与此同时，幼虫的呼吸消耗降低了。这就意味着，幼虫能在获得更多营养物质的同时，支出更少的能量消耗。
“这一生理调节机制对珊瑚幼虫来说，可谓是大有裨益。”江雷表示，处于浮游阶段的幼虫，能量物质的补充全部依赖于虫黄藻的光合作用。如果生产得多且消耗得少，幼虫的能量储备就会更加充足，也会利于其生存。
此次研究中，科研人员还发现，驯化后的珊瑚幼虫中负责从虫黄藻转移脂类、糖类和氨基酸等营养物质的宿主转运蛋白基因表达也发生了显著上调，与此前发现的相关生理机制相符。
发挥科技力量，提供更多拯救路径
在气候变化影响导致水温升高、威胁珊瑚种群生存的当下，我们能否利用科技找到更多拯救珊瑚种群的路径？
“在气候变化越发明显的当下，每一次海洋热浪事件都相当于对珊瑚的一次驯化。”江雷表示，在未来，野外环境中的驯化事件及其引发的适应效应将会越来越多。
在我国，珊瑚修复工作正在如火如荼地展开。借助中国南海相对于其他珊瑚生活海域位置偏北的地理位置优势，我国科研人员在三亚、西沙等潮间带浅水区的极端生境中寻找能够存活下来的珊瑚，并将它们移植到实验室进行选育扩繁，最终把这些珊瑚再次回植到天然的生境中。
“此次研究的孵幼型鹿角杯形珊瑚，也来自生境恶劣的潮间带。”江雷表示，在海底种珊瑚与在陆地上植树造林有一定的相似之处，却比在陆地上植树造林辛苦得多。科研人员要背着数十斤重的装备在水底打桩固定，水下失重的环境也让工作难度大大提升。
此次研究的论文通讯作者、中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员黄晖介绍，截至目前，南海海洋研究所共建设了40亩苗圃，一年可产出约7万株珊瑚苗；还建设了300亩的修复区，扭转了实验依靠野外采苗的现状。目前，科研人员播种到海床的珊瑚苗均出自人工培育。
“尽管科研人员在不遗余力地设法保护珊瑚，但是导致珊瑚种群生存困难的根本问题在于当前气候变化速度过快。”江雷表示，科学研究正在为珊瑚寻找应对气候变化的新路径，而解决根源问题，即降低碳排放，避免气候变化速度过快，才能更好地保护珊瑚。
（中国这十年·斯人）“杂交谷子之父”赵治海：瘠田飘出谷米香******
中新社石家庄10月12日电 题：“杂交谷子之父”赵治海：瘠田飘出谷米香
作者 赵丹媚
“种植‘张杂谷’五亩能脱贫，十亩能致富，百八十亩盖房娶媳妇”，这是“张杂谷”种植发源地河北张家口宣化地区流传的一句话。人们所说的“张杂谷”，正是“杂交谷子之父”赵治海及其团队的研究成果。
今年64岁的张家口市农业科学院学术委员会主任赵治海是中国知名农业科学家，业界有“南有袁隆平，北有赵治海”之称。种过地、赶过马车，年少时“地里刨食”的生活，让他深知一粒一粟来之不易。1982年大学毕业后，赵治海选择回到家乡河北张家口，与杂交谷子“打交道”。
资料图为2021年2月22日，赵治海在查看“张杂谷”长势。 中新社发 受访者供图利用杂交育种技术，赵治海及其团队培育出具有自主知识产权的“张杂谷”系列品种，其表现高产、抗旱、优质、高效，将中国北方干旱半干旱地区谷子亩产从200公斤至300公斤提高到400公斤至600公斤，并创造了亩产811.9公斤的世界谷子高产纪录。同时，“张杂谷”还走出国门，在非洲埃塞俄比亚、乌干达等十余个国家试种成功。
中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手中，为了这一目标，近十年，赵治海将研究重点转向以饲料为主的谷子、谷草上。
谈及缘由，赵治海说，谷子作为杂粮，现在人们吃得少了，但谷子是粮草兼用作物，谷草是优质饲草，在农牧交错带发展杂交谷子产业，既可解决当地粮食增产、农民增收问题，还可解决饲草问题，让人们吃到放心的肉蛋奶，此为“藏粮于畜”。
资料图为2021年2月22日，赵治海正在观察谷子。 中新社发 受访者供图2022年2月，饲用谷子被列入中国农业农村部印发的《“十四五”全国饲草产业发展规划》。赵治海说，牛羊育肥需要精饲料，若把谷子作为精饲料，谷草作为粗饲料，会使牛羊肉的质量大大提高。“实验表明，喂食了谷草的羊，肉中的不饱和脂肪酸比普通羊肉高50%，肉质细腻，且价格比普通羊肉每斤贵30元(人民币)，一些贫困地区可以通过发展高档牛羊肉增收致富。”
“在育种上，追求高产是不变的主题，但不考虑环境承受力的追求高产不是我们的初衷。”赵治海说，一些干旱、土地贫瘠的地区无法耕种、放牧，但适合种植谷子这种生态友好作物，若为了追求高产而广灌溉、施肥，不仅会增加农民种地成本，也会破坏当地生态。“若能合理利用这些地区，或许中国制定的18亿亩耕地红线这个数字可以扩大，更好地保证粮食安全。”
赵治海坦言，他今天仍然有压力，杂交谷子是张家口市农业科学院几代人50余年接力研究的成果，恢复谷子的主粮地位，储备谷子生产技能，打破国外苜蓿牧草的垄断，助农增收，这个目标一直激励着他。
如今，“张杂谷”系列成果不断扩大，已有粮食类20多个品种、饲草类3个品种，形成了适应水、旱地，春、夏播，早、晚熟配套的品种格局，基本覆盖了中国谷子适播区的所有生态类型。
“我们将进一步加大谷子新品种研发力度，提高产量，发展优质饲草饲料，藏粮于畜。”正是因为挨过饿、吃过苦，赵治海明白，粮食问题不仅仅是某个国家的问题，人类必须寻求解决吃饭问题的新途径，同时保护地球的可持续发展。(完)
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
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