珊瑚-甲藻的光共生关系与珊瑚自身的钙化作用，是浅水珊瑚礁生态系统得以稳定构建和繁荣发展的核心基础，二者相互依存、协同作用，支撑起整个珊瑚礁生态系统的物质循环与能量流动。尽管珊瑚的组织结构相对简单，仅由外层表皮、内层胃层以及中间的中胶层构成，且体内共生着大量单细胞甲藻（虫黄藻），但这种看似简单的结构却能维持一个极为复杂的内部微环境，其中不同功能区室的pH值存在显著差异，这种差异并非随机形成，而是珊瑚宿主与共生甲藻共同调控的结果，直接服务于光合作用与钙化作用的高效开展。​
在珊瑚体内的众多区室中，存在明显的酸性与碱性区室分化，各自承担着独特的生理功能。例如，包裹着共生甲藻的“共生体”便是典型的酸性区室，其pH值通常低于周围组织，这种酸性环境并非代谢紊乱所致，而是珊瑚主动调控的结果，核心目的是为共生甲藻的光合作用提供充足的碳源。海洋环境中，碳元素主要以碳酸氢根离子的形式存在，而共生甲藻的光合作用无法直接利用碳酸氢根离子，较低的pH环境能够促进碳酸氢根离子发生解离，将其转化为共生甲藻可直接吸收利用的二氧化碳，从而显著提升光合作用的效率，为共生双方提供能量支撑——甲藻通过光合作用合成有机物，一部分供给自身生长，另一部分则转移给珊瑚宿主，作为宿主代谢和钙化的能量来源。​

与酸性的共生体形成鲜明对比，位于珊瑚生长中骨骼前端的“细胞外钙化介质”（ECM）是典型的碱性区室，其pH值被珊瑚宿主主动调控在较高水平，这一调控过程对珊瑚钙化至关重要。珊瑚的钙化作用本质上是碳酸钙骨架的形成过程，而碳酸钙的生成依赖于碳酸根离子与钙离子的结合，较高的pH环境能够抑制碳酸根离子的解离，促进海水中的碳酸氢根离子转化为碳酸根离子，同时降低钙离子的溶解难度，为碳酸钙的沉积提供充足的物质基础，进而驱动珊瑚骨骼的持续生长，维持珊瑚的形态结构与生态功能。​
共生甲藻的光合作用不仅为珊瑚宿主提供能量，还直接参与珊瑚体内的pH调节过程。在光合作用中，甲藻会持续消耗周围环境中的二氧化碳，而二氧化碳的消耗会直接导致周围组织的pH值升高——这是因为二氧化碳与水结合会形成碳酸，碳酸解离产生质子和碳酸氢根离子，当二氧化碳被大量消耗时，碳酸的解离平衡会向逆反应方向移动，质子浓度降低，pH值随之上升。与此同时，光合作用产生的能量（主要以ATP的形式存在）会被珊瑚宿主高效利用，宿主通过细胞膜上的质子泵（如液泡型ATP酶VHA）等特异性蛋白，启动“酸加载”或“酸挤出”机制，将质子主动运输到特定区室或排出体外，从而在组织内建立并维持稳定的pH梯度，确保酸性区室与碱性区室的功能稳定发挥。​
由此可见，健康的珊瑚-甲藻共生关系是珊瑚钙化顺利开展的重要保障：共生甲藻通过光合作用提供能量和碳源，同时改变局部化学环境，为钙化创造了有利的碱性条件；而珊瑚宿主则通过精细调控各个区室的pH值，平衡光合作用（消耗质子、升高pH）和钙化作用（产生质子、降低pH）带来的内部酸碱紊乱，避免酸碱失衡对自身代谢和共生关系造成破坏。这种协同调控机制是珊瑚在长期进化过程中形成的适应策略，也是浅水珊瑚礁能够在营养匮乏、环境多变的海洋环境中繁荣发展的关键所在。

原文链接：pH regulation in coral photosymbiosis and calcification: a compartmental perspective https://doi.org/10.1111/nph.70200