关键词:
海洋升温
海洋酸化
贻贝
营养成分
能量平衡
摘要:
随着大气中二氧化碳浓度的升高,温室效应逐渐加剧,预计到本世纪末,在中等浓度和高浓度排放情景下,中国近海海域的温度增幅可达到2-4°C,海水p H值降幅将达到0.15-0.3。国内外已有研究阐述海洋升温或酸化单因素胁迫对贝类生长、早期发育、钙化和代谢等生理活动的影响,但针对多个环境因子的相互作用影响的研究却较少。
气候变化对水产品营养成分的影响是海洋气候变化研究的一个新兴领域,不同种贝在面对气候变化时表现出不同的生理效应和耐受性,因此,研究海洋升温和/酸化胁迫对不同种贝的营养成分影响具有必要性。这有助于更好地评估气候变化对贝类水产品营养品质的潜在风险,丰富水产动物营养成分在气候胁迫下的代谢机制,同时也为贻贝养殖业提供相应的科学依据,实现我国蓝色食品健康可持续发展。
本课题针对海水升温与酸化现象进行室内模拟实验,从能量供需角度来研究海水升温与/酸化胁迫对中国沿海三种主要经济贝类营养成分的影响机制。选定研究对象紫贻贝(Mytilus galloprovincialis)、厚壳贻贝(Mytilus coruscus)和翡翠贻贝(Perna viridis),各设定四个实验组:对照组(C)(正常温度*p H8.1);升温组(T)(正常温度加3°C*p H8.1);酸化组(OA)(正常温度*p H7.7);升温酸化组(TOA)(正常温度加3°C*p H7.7)。胁迫30天后,测定单双因素胁迫下三种贻贝的营养成分变化,摄食、消化、吸收能力,能量代谢指标,肠道微生物组学与代谢组学,并对各数据进行联合性分析,进而从生理层面、肠道微生物层面、代谢层面系统揭示不同胁迫下不同贻贝的能量供需变化,评估不同贻贝的适应能力及不同胁迫的影响大小。
1.利用蒽酮法测定糖原含量,氯仿-甲醇抽提法测定粗脂肪含量,甲酯化后使用Agilent Technologies GC-MS气质联用仪上机测定脂肪酸含量,利用凯氏定氮仪测定粗蛋白质含量,日立LA8080自动氨基酸分析仪上机分析氨基酸含量。结果显示,在升温和/酸化条件下,三种贻贝体内的营养物质含量下降。
2.由于生物体内的营养情况与其摄食、消化与吸收密切相关,因此,本实验测定了贻贝在升温酸化单双因素胁迫下的能量收支能力(摄食率、吸收率、呼吸耗氧率和排氨率)和消化酶活性(α-淀粉酶、海藻糖酶、脂肪酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶)。能量收支指标变化表明,在更低水平胁迫下,贻贝会降低摄食率、降低吸收率、降低代谢;在相对高水平胁迫下,会产生相应的适应机制,提高摄食率、提高吸收率、提高代谢。消化酶活性结果表明,随胁迫加强,不同消化酶活性转化,从碳水化合物消化活跃转向蛋白质与脂肪消化活跃。
3.承接上章营养的摄食、消化与吸收,本实验进一步探索被贻贝吸收营养的代谢,我们设定了己糖激酶(HK)、丙酮酸激酶(PK)指标来反应糖酵解速率;设定线粒体呼吸链复合物I/II/IV/V酶活性指标来测定有氧呼吸生成ATP的能力;设定乳酸脱氢酶(LDH)指标来反应无氧呼吸速率;设定ATP酶活性指标来反映ATP的消耗。希望能够结合能量代谢,进一步探究升温和/酸化影响中国沿海三种贻贝营养成分的机制。通过结果来看,在胁迫环境下,三种贝的糖酵解能力变弱,有氧呼吸产生ATP的能力变弱;但是机体对能量的利用量增加,导致ATP供不应求,ATP含量下降,甚至无氧代谢被激活。
4.由于海水环境可以改变海洋生物肠道菌群的结构和多样性,肠道微生物与宿主营养代谢密切相关。所以,本实验探究了升温和/酸化胁迫下贻贝肠道菌群和代谢组变化,以期为宿主营养生理过程提供新的见解。结果显示,升温和/酸化胁迫通过肠道微生物菌属的变化影响机体的氨基酸合成、氮代谢、脂肪代谢和免疫功能来调节能量代谢的供需平衡,以期提高贻贝在胁迫环境下的适应能力。
综上所述,在升温和/酸化影响下,一方面,贻贝的摄食、消化和代谢会被直接影响;另一方面,肠道菌群变化影响宿主代谢;除此之外,体内储存营养物质分解供能。贻贝通过以上三个方面来适应胁迫,以期满足胁迫环境下升高的能量需求,达到能量供需的平衡,维持贻贝体内ATP水平。最终,升温和/酸化胁迫下的翡翠贻贝、升温酸化复合胁迫下的紫贻贝和厚壳贻贝维持平衡失败,ATP水平下降。总体来看,升温和/酸化胁迫条件下,紫贻贝的适应能力强于厚壳贻贝强于翡翠贻贝;紫贻贝和厚壳贻贝应对酸化胁迫的能力更强,翡翠贻贝应对升温胁迫的能力更强;双因素胁迫的危害大于单因素。