摘要
珊瑚礁是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，但由于气候变化和其他人为压力因素，它们正在迅速衰退。种群数量的减少威胁到了固着珊瑚物种的有性繁殖，因为珊瑚群体之间的距离增加阻碍了配子的相遇。一旦种群数量降至临界阈值以下，即使压力因素被消除，自然恢复也可能变得不可能。因此，珊瑚种质的生物保存已成为保护遗传多样性和支持珊瑚礁恢复的关键策略。本研究开发并验证了一种用于巴西特有造礁珊瑚Mussismilia harttii精子的冷冻保存方案，这是西南大西洋珊瑚保护领域的一个里程碑。精子被暴露在10%、15%和20%浓度的二甲基亚砜（DMSO）和甲醇（MeOH）中，并经历了受控的缓慢冷冻和超快速冷冻过程。解冻后的分析评估了精子的活动能力、线粒体活性和存活率。最佳结果是在20% DMSO和受控缓慢冷冻条件下获得的，活动率为29.7%±0.84%，存活率为83.6%±2.2%。线粒体活性（MTT检测）在15% MeOH条件下更高（1.63±0.17），而DMSO条件下为0.74±0.17）。经过冷冻保存的精子（20% DMSO + 缓慢冷冻）的受精率为100%，与新鲜精子相当（p = 0.4533）。这一优化方案使得在南大西洋建立了第一个珊瑚精子库，目前该库储存了24亿个活的M. harttii精子。这个精子库为保护遗传多样性、加强辅助繁殖计划以及提升巴西珊瑚礁的长期保护和恢复能力提供了重要资源。
1 引言
由于气候变化导致的海洋温度升高（Hughes等人，2019），再加上局部压力因素（如营养污染、沉积物和化学污染物），珊瑚礁正经历前所未有的衰退。这些因素破坏了珊瑚与甲藻之间的关键共生关系，加剧了白化事件（Johnson等人，2022）。大规模白化的频率和严重程度不断增加，导致珊瑚死亡率上升，降低了整个珊瑚礁生态系统的栖息地复杂性和生物多样性（Hoegh等人，2018；Leggat等人，2019）。这些环境压力因素还影响了珊瑚的繁殖过程，影响了配子的生成和产卵同步性（Hagedorn等人，2016）。随着自然恢复机制越来越受到破坏，迫切需要采取积极的干预措施，特别是对于特有造礁物种（Pires等人，1999；Bostr?m-Einarsson等人，2020）。
在新兴的保护技术中，配子冷冻保存技术在保护遗传多样性和支持恢复工作方面显示出特别的前景。随着首次成功地在Fungia scutaria中实现珊瑚精子冷冻保存（Hagedorn等人，2006），这一领域取得了显著进展。后续的研究为超过45种印度-太平洋和加勒比海的珊瑚物种（涵盖12个属）制定了保存方案（Hagedorn等人，2019；Howells等人，2022）。虽然使用DMSO和缓慢冷冻的标准方案已被证明对许多物种有效（Hagedorn等人，2006，2019），但仍需进一步优化以应对不同珊瑚类群之间的差异（Howells等人，2022）。
巴西独特的珊瑚生态系统面临着特殊的挑战。作为南大西洋唯一的珊瑚礁，这里栖息着一些特有物种，包括属于Mussismilia属的关键造礁珊瑚（Mussismilia braziliensis、Mussismilia harttii、Mussismilia hispida和Mussismilia leptophylla）（Le?o等人，2019）。尽管这些珊瑚表现出一定的气候适应性（Godoy等人，2021），但在2019年的白化事件后，特有物种M. harttii遭受了严重的损失（群体面积减少了33.8%–85.2%）（Braz等人，2022），威胁到了生态系统的稳定性（Alvarez-Filip等人，2011）。
本研究通过开发首个针对M. harttii的优化冷冻保存方案来应对这些保护挑战，确定了关键参数，包括冷冻保护剂的选择、浓度优化和冷冻技术，以保护这一生态上至关重要的物种。
2 方法
2.1 珊瑚采集与许可
在巴西巴伊亚州Recife de Fora海洋公园的Funil地点（16°24′31″S；038°58′39″W）采集了50个M. harttii珊瑚群体（n = 50）（见图1），采集许可证编号为SISBIO N° 63368-1。采集工作于2019年9月进行，此时距离该物种的预期产卵期还有两周（Pires等人，1999，2016）。采集的珊瑚群体直径为11.8±4.0厘米，被放置在1000升的容器中（温度为25.4°C±0.8°C），这些容器通过半开放式系统与海洋相连，位于Coral Vivo研究基地。
