高溫刺激導致蝦夷扇貝死亡因素的探究

劉 超1, 2, 3, 4, 吳富村1, 3, 4, 林思恒1, 2, 3, 4, 闕華勇1, 3, 4, 張國范1, 3, 4

(1. 中國科學院 實驗海洋生物學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 中國科學院大學, 北京 100049; 3. 青島海洋科學與技術國家實驗室 海洋生物學與生物技術功能實驗室, 山東 青島 266071; 4. 中國科學院 海洋研究所 海洋生態(tài)養(yǎng)殖技術國家地方聯(lián)合工程實驗室, 山東 青島 266071)

高溫刺激導致蝦夷扇貝死亡因素的探究

劉 超1, 2, 3, 4, 吳富村1, 3, 4, 林思恒1, 2, 3, 4, 闕華勇1, 3, 4, 張國范1, 3, 4

(1. 中國科學院 實驗海洋生物學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 中國科學院大學, 北京 100049; 3. 青島海洋科學與技術國家實驗室 海洋生物學與生物技術功能實驗室, 山東 青島 266071; 4. 中國科學院 海洋研究所 海洋生態(tài)養(yǎng)殖技術國家地方聯(lián)合工程實驗室, 山東 青島 266071)

本文探究了高溫刺激導致一齡和二齡蝦夷扇貝死亡的原因。在高溫刺激以及恢復過程中, 兩種貝齡的扇貝存活率存在顯著差異(P＜0.05), 同時兩者的谷丙轉(zhuǎn)氨酶(glutamic-pyruvic transaminase, GPT)活性、p53蛋白含量、總抗氧化能力(total antioxidant capacity, TAOC)以及HSP70 (heat shock protein 70)含量在高溫刺激以及恢復過程中的變化均存在顯著差異。而且這些酶的活性(TAOC活性除外)以及蛋白質(zhì)含量(p53以及HSP70)均受到貝齡、處理時間以及兩者綜合作用的顯著影響。經(jīng)過Cox模型分析可知, 蝦夷扇貝受到高溫刺激后的存活受到貝齡、GPT活性、TAOC活性、p53含量以及HSP70含量的顯著影響。此外, 高溫刺激會影響扇貝的心跳頻率以及心輸出量, 從而影響心臟對機體的供氧供血能力, 影響扇貝對高溫的適應能力。

蝦夷扇貝(Patinopecten yessoensis); 存活曲線; 谷丙轉(zhuǎn)氨酶; 總抗氧化能力; HSP70; p53; 心率

蝦夷扇貝(Patinopecten yessoensis)是一種冷水性雙殼貝類。自20世紀80年代引入中國以來, 蝦夷扇貝的養(yǎng)殖業(yè)取得了迅猛發(fā)展。但是隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴大, 養(yǎng)殖蝦夷扇貝的夏季死亡等問題也不斷出現(xiàn)[1]。1997～1998年, 蝦夷扇貝養(yǎng)殖在山東半島出現(xiàn)了大面積的死亡情況, 累計經(jīng)濟損失達到30億元[2]。2009年, 大連市長?？h蝦夷扇貝在5月份死亡率超過50%, 7月份之后死亡率更是高達80%, 給養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大損失[3]。據(jù)相關文獻報道, 雙殼貝類夏季大規(guī)模死亡的原因是多方面的, 是自身生理機能、外界環(huán)境以及外界病原綜合作用的結(jié)果[4]。雖然導致扇貝夏季死亡的具體原因尚無定論, 但是溫度變化是一個重要因素[5-6]。

溫度是影響海洋生物分布、生理狀態(tài)、形態(tài)以及行為的重要環(huán)境因子[7]。溫度變化會影響海洋生物的生長發(fā)育、能量代謝以及免疫能力[8-9]。較低的升溫對許多海洋無脊椎動物是有益的, 可能會導致生長加快[10-12], 而過高的升溫幅度一般會引起生物的應激反應, 進而會對生物產(chǎn)生廣泛的危害[12-13]。對于貝類而言, 過高的溫度變化導致的應激反應主要包括作為分子伴侶的熱激蛋白(heat shock protein, HSP)家族的大量產(chǎn)生以及起防衛(wèi)功能的細胞黏附蛋白的增加。伴隨高溫往往出現(xiàn)低氧, 低氧會引起抗氧化蛋白、Reactive Oxygen Species(ROS)解毒相關蛋白例如超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)等的產(chǎn)生以及DNA損傷等現(xiàn)象的出現(xiàn)。高溫和低氧伴隨出現(xiàn)導致扇貝對溫度耐受過程中的應激反應往往是兩方面綜合作用的結(jié)果[14-16]。

蝦夷扇貝在夏季出現(xiàn)大規(guī)模死亡現(xiàn)象報道較多,但是關于溫度刺激如何影響其生理活性并導致其死亡, 以及為何一齡貝比二齡貝更能耐受夏季高溫的原因等方面的報道較少。本研究檢測了蝦夷扇貝在高溫刺激以及恢復過程中蝦夷扇貝部分免疫、代謝相關指標并測定了其存活率。利用Cox模型分析扇貝存活率同這些生理因素之間的關系。同時利用扇貝在高溫條件下心率的變化進行扇貝能量代謝方面的預測。

1 材料和方法

1.1 實驗用扇貝

實驗用蝦夷扇貝取自獐子島集團海洋生物技術研發(fā)部培育的家系。將800枚二齡貝(體質(zhì)量78.14 g± 15.54 g, 殼長79.79 mm±5.28 mm)和1000枚一齡貝(體質(zhì)量8.37 g±1.77 g, 殼長40.22 mm±5.28 mm)暫養(yǎng)于16℃曝氣海水中, 每天10: 00全部換水, 11: 00和23: 00投喂螺旋藻粉(2 g/m3)。待個體狀態(tài)穩(wěn)定后進行以下實驗。

1.2 高溫刺激

取一齡貝和二齡貝各300枚均平均分為3組由16℃直接放入28℃海水中, 統(tǒng)計蝦夷扇貝在28℃刺激1 h和2 h后的存活數(shù)目。刺激2 h后, 將存活的一齡貝和二齡貝轉(zhuǎn)移進入16℃海水中, 統(tǒng)計3、24、30、48、72 h時蝦夷扇貝的存活數(shù)目。實驗期間不投餌, 只進行曝氣與換水, 并用YSI型多參數(shù)水質(zhì)檢測儀精確監(jiān)控水溫變化。

1.3 扇貝生理指標測定

另取一齡和二齡蝦夷扇貝各300枚也均平均分為3組, 進行如1.2所述的高溫刺激過程。同時分別在未刺激、刺激1 h, 刺激2 h(結(jié)束刺激), 以及轉(zhuǎn)入16℃海水后的3、24、30和48 h, 每組取5只扇貝剪取鰓組織, 液氮冷凍后存于-80, ℃用于以下指標的測定。

將同一時間點取樣的5只同齡扇貝鰓組織等量混合后加入10倍體積的0.9%生理鹽水, 在冰上勻漿, 4℃下, 2000 r/min離心10 min, 取上清液用于總抗氧化能力(TAOC)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)、熱激蛋白(HSP70)與p53蛋白等生理指標的測定。其中TAOC、GPT使用南京建成科技有限公司的試劑盒測定, HSP70以及p53蛋白含量使用相應的酶聯(lián)免疫反應試劑盒進行測定。

1.4 心率測定

利用powerlab信號放大器結(jié)合Labchart軟件采集蝦夷扇貝的心率數(shù)據(jù)。將5只一齡或者二齡蝦夷扇貝放入16℃海水中, 用藍丁膠將信號探頭黏附于扇貝心臟上方的貝殼之上, 待扇貝的心跳曲線穩(wěn)定后保存扇貝的心跳頻率(beats per minutes, BPM)數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)采集時間為1分鐘。保存完畢后, 繼續(xù)以0.5/min℃速度升溫至18, ℃待扇貝心跳穩(wěn)定后保存心跳頻率數(shù)據(jù), 同樣的操作依次測定20、22、24、26、28℃以及30℃條件下蝦夷扇貝的心跳頻率數(shù)據(jù)。每次選取5只同齡扇貝作為1個平行組, 將其在不同溫度條件下的心跳頻率(BPM)數(shù)據(jù)進行混合, 并依據(jù)阿倫尼烏斯定律作出1000/K-ln BPM散點圖, 求出扇貝的阿倫尼烏斯點(Arrhenius break temperature, ABT)[17]。一齡貝和二齡貝均設置3組平行, 分別計算得到一齡貝和二齡貝的ABT均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 19.0 軟件進行扇貝的生存分析。利用單因素方差分析比較同齡扇貝的各項生理指標在不同溫度刺激處理時間點的差異。利用獨立樣本T檢驗比較不同貝齡扇貝在同一處理時間處差異是否顯著, 若P＜0.05, 則認為差異顯著。用多因素方差分析比較貝齡、處理時間以及兩者交互作用對扇貝各項生理指標的影響的差異。并利用Cox模型分析存活率與生理指標之間的關系。

2 實驗結(jié)果

2.1 存活分析

將刺激開始時間作為生存曲線的計時起點。高溫刺激2 h之后進入16℃海水中進行恢復, 觀察恢復72 h之內(nèi)蝦夷扇貝的存活狀況。得到一齡貝和二齡貝的生存曲線如圖1所示。經(jīng)過28℃高溫刺激2 h以及后續(xù)的恢復過程中, 一齡貝和二齡貝的存活率差異顯著(P =0.034 ＜ 0.05)。

圖1 一齡貝和二齡貝生存曲線Fig. 1 Survival curve of one- and two-year old yesso scallops

2.2 代謝及免疫指標活性變化

由圖2可知, 兩貝齡扇貝的GPT活性隨著處理時間的變化規(guī)律并不相同。一齡貝的GPT活性在高溫處理2 h與恢復后3 h時達到最高, 顯著高于其他時間點(P＜0.05); 二齡貝的GPT活性在高溫處理2 h以及恢復后3 h最低, 要顯著低于其它時間點。此外,在同一時間點, 二齡貝的GPT活性顯著高于一齡貝(P＜0.05)。

圖2 一齡貝和二齡貝中谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)活性Fig. 2 GPT activity in one- and two-year old yesso scallops

p53含量在兩貝齡貝體內(nèi)隨處理時間的變化均表現(xiàn)出先升高后降低的變化規(guī)律, p53含量最高值均出現(xiàn)在恢復3 h (圖3)。從結(jié)束刺激到恢復48 h時間內(nèi),一齡貝體內(nèi)的p53質(zhì)量比顯著高于二齡貝(P＜0.05)。

圖3 一齡貝和二齡貝中p53蛋白含量變化Fig. 3 Concentration of p53 in one- and two-year old yesso scallops

兩貝齡扇貝的TAOC活性隨著處理時間的變化不明顯, 并且在一齡貝與二齡貝之間差異不顯著(圖4)。高溫刺激后, 一齡貝的TAOC活性相對于未刺激階段沒有顯著變化, 但是在恢復至30 h和48 h時, TAOC活性較刺激結(jié)束時顯著降低。二齡貝的TAOC活性則在恢復至24 h以及48 h時顯著降低。

圖4 一齡貝和二齡貝中TAOC活性變化Fig. 4 TAOC activity in one- and two-year old yesso scallops

由圖5可知, 一齡貝的HSP70含量受到高溫刺激后迅速升高, 在刺激2 h后達到最高值, 一直維持到恢復24 h, 并且在恢復48 h后仍顯著高于未受刺激時的HSP70含量。高溫刺激并未導致二齡貝的HSP70含量顯著升高, 只是在恢復30 h后顯著高于其他時間點(P＜0.05)。高溫刺激后, 一齡貝體內(nèi)HSP70含量顯著高于二齡貝, 但是未受高溫刺激以及恢復30 h時,二齡貝體內(nèi)HSP70含量顯著高于一齡貝。

圖5 一齡貝和二齡貝HSP70蛋白含量Fig. 5 Concentration of HSP70 in one- and two-year old yesso scallops

多因素方差分析結(jié)果顯示, 貝齡、處理時間以及兩者的交互作用對GPT活性、p53含量以及HSP70含量變化的有顯著影響(P＜0.05), 而TAOC活性只受到處理時間的顯著影響(表 1)。

表1 各項生理指標同貝齡、處理時間的相關性Tab. 1 Relationship between physiology index, age, and challenge time

2.3 扇貝生存同各項生理指標的Cox模型分析

Cox模型分析結(jié)果顯示, 高溫處理后蝦夷扇貝的存活率同貝齡、GPT活性、p53含量、TAOC活性以及HSP70含量變化均顯著相關(P＜0.05), 其中GPT活性同扇貝的存活負相關(B＜0), 其余因素同扇貝存活呈顯著正相關(B＞0, 表2)。

2.4 心率變化

由圖6可知, 一齡和二齡蝦夷扇貝在20℃條件下均具有明顯的心跳節(jié)律, 隨著溫度升高, 至30℃時, 扇貝的心跳已經(jīng)沒有規(guī)律, 心臟基本停止跳動。

表2 Cox模型分析中各項系數(shù)以及顯著性Tab. 2 Coefficients and significant factors in the Cox model

圖6 扇貝心跳曲線的變化Fig. 6 Yesso scallop’s electrocardiogram

由圖7可知道, 在一定溫度范圍內(nèi), 扇貝的心率隨著溫度的升高而升高。待達到一定溫度(阿倫尼烏斯點, ABT)后, 心率開始逐漸降低, 最后心臟失去節(jié)律性, 停止跳動。經(jīng)計算, 圖7中一齡和二齡貝的阿倫尼烏斯點分別為25.49℃和26.55℃。經(jīng)過3個平行組計算得到一齡蝦夷扇貝的阿倫尼烏斯點為25.37℃± 0.08℃, 二齡貝的阿倫尼烏斯點為26.47℃±0.07℃,兩者差異顯著(P＜0.05)。

3 討論

高溫刺激會影響蝦夷扇貝的生理、生長、存活等[18]方面。從圖1可以看出, 高溫刺激之后, 扇貝在恢復過程中仍然存在死亡情況。所以, 高溫對扇貝存活的影響有滯后效應。而且扇貝的貝齡嚴重影響扇貝對高溫的適應能力: 二齡貝對高溫的適應能力不如一齡貝, 兩者的累計存活率存在顯著差異(P＜0.05)。這表明在同樣的溫度刺激條件下, 一齡貝在恢復過程中存活率更高, 其對高溫的耐受能力更強。高溫對生物存活的影響主要通過對其生理、生化因素的影響進而影響其存活[19]。

GPT是一種與氨基酸代謝相關的轉(zhuǎn)氨酶, 主要分布于細胞線粒體中, 其活性越高蛋白質(zhì)的氧化分解作用越迅速, 其代謝能力越強[20]。此外血淋巴中GPT活性較低, 當血淋巴中GPT活性上升往往是由于細胞完整性受到破壞而釋放導致的[21], 因此GPT活性的增強通常用來作為指示細胞代謝活性以及組織損傷的診斷指標[22-23]。本研究測定的是鰓組織中的GPT活性變化, 故GPT活性代表的是蝦夷扇貝對蛋白質(zhì)的氧化分解能力。由圖2可知一齡貝和二齡貝體內(nèi)GPT活性隨著處理時間的變化呈現(xiàn)完全相反的變化過程。這一相反過程說明, 一齡貝在受到高溫刺激的時候能夠通過提高GPT的活性加速新陳代謝能力來提高對高溫的適應能力, 而二齡貝受到高溫刺激后, GPT活性會受到損害, 導致扇貝對高溫的適應能力降低, 導致其死亡率偏高。對于GPT活性在恢復處理中的活性恢復速度而言, 一齡貝的GPT活性在恢復3～24 h時迅速恢復到未刺激之時的水平,而二齡貝的GPT活性則需要在刺激結(jié)束到恢復30 h之間緩慢恢復到未刺激之時的水平。從而也說明一齡貝GPT活性變化更迅速, 有更強的對逆境的適應能力和自我修復能力。連珊珊研究證實, 二齡櫛孔扇貝(Chlamys farreri)外套膜、性腺、閉殼肌以及鰓中GPT活性顯著高于一齡貝[20], 這與本文章的結(jié)論相吻合, 據(jù)此可以推斷正常狀態(tài)下(未刺激)二齡蝦夷扇貝具有更強的蛋白質(zhì)代謝活性, 處于快速生長階段。

圖7 一齡貝與二齡貝的1000/K-lnBPM 圖Fig. 7 One- and two-year old yesso scallop heart rates in 1000/K-lnBPM

p53又被稱作腫瘤抑制因子, 它在細胞凋亡中起著重要作用。DNA損傷以及不正常的細胞增殖信號都會引起p53蛋白的激活, 若DNA損傷程度達到一定閾值, p53蛋白會激活caspase蛋白, 促使細胞凋亡[24-25]。如果DNA損傷在閾值之內(nèi), 那么p53會激活p21等蛋白, 使細胞周期停滯進而對損傷的DNA進行修復[26]。如圖3所示, 一齡貝和二齡貝體內(nèi), p53蛋白含量均在恢復3h時達到最高。這說明高溫刺激后3 h是扇貝進行自我修復或者凋亡的高峰期。此外, 一齡貝體內(nèi)p53含量顯著高于或者等于二齡貝, 說明一齡貝對高溫刺激的適應能力更強, 這也為一齡貝的存活率高于二齡貝提供了證據(jù)。在兩種貽貝(Mytilus californianus和M. galloprovincialis)的高溫應激實驗中, 其p53含量均在受到28℃刺激8h后達到最高, 分別為對照組的1.6倍和2.1倍[27]。本研究中一齡貝含量最高時的p53含量是未刺激之時的4.3倍, 二齡貝則為2.7倍,這在一定程度上說明蝦夷扇貝比貽貝具有更強通過控制p53含量來適應高溫刺激的能力, 也更進一步說明了一齡貝具有比二齡貝更強的自我修復能力。

生物體內(nèi)的氧化防御系統(tǒng)分為酶類和非酶類兩種。前者包括過氧化氫酶(Catalase, CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)等, 非酶類包括維生素E、半胱氨酸等。他們在消除生物體內(nèi)活性氧(ROS)的過程中起著重要作用。TAOC是反映生物體內(nèi)抗氧化能力的總體指標, 是酶類和非酶類抗氧化物的總體水平[28]。對于一齡貝, 在高溫刺激以及恢復過程中的TAOC活性同未刺激之時活性相比均沒有顯著變化。在二齡貝體內(nèi), 其TAOC活性并沒有隨著處理時間而出現(xiàn)明顯變化, 但是恢復至24 h以及48 h時的TAOC活性明顯低于未刺激之時的TAOC活性, 這說明一齡貝中TAOC活性對高溫刺激的能力更強。據(jù)報道, 兩種規(guī)格的蝦夷扇貝(P. yessoensis)體腔液中TAOC活性在24℃升至30℃的變化過程中均顯著降低[29], 由此推斷蝦夷扇貝體腔液中TAOC較鰓中TAOC更容易受到高溫刺激的影響而較低活性。這也為底播扇貝在8月份(高溫)TAOC活性低而12月(低溫)TAOC活性高(本實驗室未發(fā)表的實驗數(shù)據(jù))提供了解釋。原因可能是持續(xù)的高溫會使生物體內(nèi)酶類和非酶類的氧化防御物質(zhì)失活, 從而導致TAOC活性降低[30]。

熱激蛋白家族(HSPs)是變溫動物抵御高溫危害的一種重要的蛋白質(zhì)家族。這一家族的蛋白在維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)態(tài)以及防止高溫引起的蛋白質(zhì)的聚集和降解方面起著關鍵作用, 從而提高生物體對高溫的耐受能力[31-32]。此外, HSP家族蛋白還可以維持溶酶體的穩(wěn)定性, 防止細胞死亡[33]。如圖5所示, 一齡蝦夷扇貝的HSP70含量在受到高溫刺激后迅速升高,在刺激結(jié)束時達到最高值。而對于二齡貝, HSP70含量沒有顯著變化, 直到恢復30 h時含量較其他時期顯著提高。所以, 二齡貝通過調(diào)節(jié)HSP70含量來適應高溫刺激的能力不如一齡貝。據(jù)曲凌云報道[34], 受到高溫刺激后櫛孔扇貝鰓組織中HSP70的表達明顯升高, 這與本研究的結(jié)果相同。此外長牡蠣(Crassostrea gigas)在受到27℃高溫刺激1 h之后的2～14 d內(nèi), 鰓中HSP70含量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢[35], 這與本研究中蝦夷扇貝鰓中HSP70含量變化趨勢相一致但是蝦夷扇貝HSP70含量變化受到高溫刺激之后的變化更迅速。

為了分析GPT活性、p53含量、TAOC活性以及HSP70含量變化是否受到貝齡、處理時間以及兩者交互作用的顯著影響, 進行多因素方差分析檢驗。如表1所示分析結(jié)果可知, GPT活性、p53蛋白含量以及HSP70含量均受到貝齡、處理時間以及兩者綜合作用的顯著影響(P＜0.05), 而TAOC活性僅僅受到處理時間的顯著影響。這與作者上面的分析相一致。Cox模型又稱Cox比例風險回歸模型, 是一種能夠定量篩選和綜合分析各種因素的多因素分析方法, 從而克服混雜因素的干擾[36]。本研究利用Cox模型分析了影響蝦夷扇貝存活的因素, 由表2可知, 影響蝦夷扇貝存活的因素中, 貝齡、TAOC活性、GPT活性、HSP70含量以及p53含量均會顯著影響蝦夷扇貝的存活。

心跳曲線體現(xiàn)的是扇貝心臟的收縮和舒張的頻率變化, 進而體現(xiàn)心臟對生物體各組織器官的供血供氧能力。據(jù)Ritto等[37]報道, 美洲牡蠣(Crassostrea virginica)的心跳曲線有三個特征: (1)高度的不穩(wěn)定性; (2)無周期性; (3)心跳曲線不規(guī)則。而在本研究中,蝦夷扇貝的心跳曲線的特點是: (1)同一個體心跳曲線具有周期性、規(guī)律性; (2)不同個體的心跳曲線往往具有不同的波形, 如圖6中A、C的差異。當溫度升高到一定數(shù)值時, 扇貝的心跳逐漸失去節(jié)律性, 心跳出現(xiàn)紊亂直至停止跳動, 如圖6中B、D所示。依據(jù)Giomi的stroke volume proxy(SVP)理論[16], 將心跳曲線同橫軸圍成的面積當做心輸出量進行討論,并結(jié)合圖6可知, 當溫度升高到一定程度時, 扇貝的心輸出量在減少直至為0。從而嚴重影響扇貝心臟的供氧供血能力, 導致扇貝機體的死亡。經(jīng)過計算可知,一齡扇貝的阿倫尼烏斯點顯著低于二齡扇貝的阿倫尼烏斯點。扇貝等軟體動物的無氧呼吸溫度往往出現(xiàn)在阿倫尼烏斯點之后[38], 由此推斷, 一齡扇貝出現(xiàn)無氧呼吸的溫度或許會低于二齡扇貝, 這一觀點還有待于進一步的實驗研究。

總之, 蝦夷扇貝受到高溫刺激后的存活受到貝齡、GPT活性、TAOC活性、p53含量以及HSP70含量的顯著影響。這些酶活性(TAOC活性除外)以及蛋白質(zhì)含量均受到貝齡、處理時間以及兩者綜合作用的顯著影響。這些酶的活性以及蛋白質(zhì)含量在不同貝齡扇貝體內(nèi)的差異, 導致了不同貝齡扇貝對高溫刺激的耐受能力的差異, 進而導致了存活率的差異。此外, 溫度會影響扇貝的心率以及心輸出量, 從而影響心臟對機體的供氧供血能力, 影響扇貝對高溫的適應能力。

[1] 常亞青, 陳曉霞, 丁君, 等. 蝦夷扇貝(Patinopecten yessoensis)5個群體的遺傳多樣性[J]. 生態(tài)學報, 2007, 27(3): 1145-1152. Chang Yaqing , Chen Xiaoxia, Ding Jun, et al. Genetic diversity in five scallop populations of the Japanese scallop (Patinopecten yessoensis)[J]. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27(3): 1145-1152.

[2] 王遠隆, 李美真, 邱兆星, 等. 養(yǎng)殖扇貝大面積死亡的原因及對策[C]//第二屆全國海珍品養(yǎng)殖研討會論文集. 北京: 海洋出版社, 2000: 63-69. Wang Longyuan, Li Meizhen, Qiu Zhaoxing, et al. The reasons and tragedy for the mass mortality of cultured scallops[C]//The 2nd Rare Marine Animals Aquaculture Conference Proceedings.Beijing: Ocean Press, China, 2000: 63-69.

[3] 徐東, 張繼紅, 王文琪, 等. 溫度變化對蝦夷扇貝耗氧率和排氨率的影響[J]. 中國水產(chǎn)科學, 2010, 17(5): 1101-1106. Xu Dong, Zhang Jihong, Wang Wenqi, et al. Effects of temperature elevation on oxygen consumption rate and ammonia excretion rate of Patinopecten yessoensis[J]. Journal of Fishery Sciences of China, 2010, 17(5): 84-93.

[4] Li Q, X Zhao, L Kong, et al. Transcriptomic response to stress in marine bivalves[J]. Isj Invertebrate Survival Journal, 2013, 10(1): 84-93.

[5] 張明明, 趙文. 我國蝦夷扇貝死亡原因的探討及控制對策[J]. 中國水產(chǎn), 2008, 2: 65-66, 74. Zhang Mingming, Zhao Wen. The discussion on yesso scallops’ mortality and the corresponding control strategy[J]. China Fisheries, 2008(02): 65-66, 74.

[6] 藍淑芳. 長山島海區(qū)夏季扇貝大批死亡的水文原因分析[J]. 海洋科學, 1990, 2: 60-61. Lan Shufang. Hydrologic analysis of the death of scallops in sea area of Changshan island in summer[J]. Marine Sciences, 1990, 2: 60-61.

[7] P?rtner, H. Ecosystem effects of ocean acidification in times of ocean warming: a physiologist’s view[J]. Marine Ecology Progress Series, 2008, 373: 203-217.

[8] Matozzo V A, Chinellato M M. First Evidence of Immunomodulation in bivalves under seawater acidification and increased temperature[J]. Plos One, 2012, 7(3): e33820.

[9] Matoo O B, Ivanina A V, Ullstad C, et al. Interactive effects of elevated temperature and CO2levels on metabolism and oxidative stress in two common marine bivalves (Crassostrea virginica and Mercenaria mercenaria)[J]. Comparative Biochemistry and Physiology A: Molecular & Integrative Physiology, 2013, 164(4): 545-553.

[10] Putnam H M, Edmunds P J, Fan T Y. Effect of Temperature on the Settlement Choice and Photophysiology of Larvae From the Reef Coral Stylophora pistillata[J]. Biological Bulletin, 2008, 215(2): 135-142.

[11] Whalan S, Ettinger-Epstein P, Renm de N. The effect of temperature on larval pre-settlement duration and metamorphosis for the sponge, Rhopaloeides odorabile[J]. Coral Reefs, 2008, 27(4): 783-786.

[12] Byrne M, Selvakumaraswamy P, Ho M A, et al. Sea urchin development in a global change hotspot, potential for southerly migration of thermotolerant propagules[J]. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 2011, 58(5): 712-719.

[13] Parker L M, Ross P M, O’Connor W A. Comparing the effect of elevated pCO2and temperature on the fertilization and early development of two species of oysters[J]. Marine Biology, 2010, 157(11): 2435-2452.

[14] Yun-Wei D, Shan-Shan Y, Qing-Lin W., et al. Physiological Responses in a Variable Environment: Relationships between Metabolism, Hsp and Thermotolerance in an Intertidal-Subtidal Species[J]. Plos One, 2011, 6(10): e26446-e26446.

[15] Sokolova I M, Frederich M, Bagwe R, et al. Energy homeostasis as an integrative tool for assessing limits of environmental stress tolerance in aquatic invertebrates[J]. Marine Environmental Research, 2012, 79: 1-15.

[16] Giomi F, Portner H O. A role for haemolymph oxygen capacity in heat tolerance of eurythermal crabs[J]. Frontiers in Physiology, 2013, 4: 110.

[17] Han G D, Zhang D S, Marshall J, et al. Metabolic energy sensors (AMPK and SIRT1), protein carbonylation and cardiac failure as biomarkers of thermal stress in an intertidal limpet: linking energetic allocation with environmental temperature during aerial emersion[J]. Journal of Experimental Biology, 2013, 216(Pt 17): 3273-3282.

[18] Bozinovic F, Calosi P, Spicer J I. Physiological Correlates of Geographic Range in Animals[J]. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 2011, 42(1): 155-179.

[19] Stillman J H, Somero G N. Adaptation to temperature stress and aerial exposure in congeneric species of intertidal porcelain crabs (Genus Petrolisthes): Correlation of physiology, biochemistry and morphology with vertical distribution[J]. Journal of Experimental Biology, 1996, 199(8): 1845-1855.

[20] 連姍姍. 櫛孔扇貝(Chlamys farreri)能量代謝與抗氧化脅迫能力評價指標體系的構(gòu)建[D]. 青島: 中國海洋大學, 2013. Lian Shanshan. Construction of assessment indexes for energy metabolism and antioxidant-stress ability of Zhikong scallop (Chlamys farreri)[D]. qingdao: Ocean university of China, 2013.

[21] Sultana M S, Koshio S, Ishikawa M, et al. Effects on Dietary Supplement of Shochu Distillery By-Product (SDBP) on the Growth of Red Sea Bream[J]. Aquaculture Science, 2013, 61.

[22] Sakamoto S, Yone Y. Effect of Starvation on Hematological Characteristics, and the Contents of Chemical Components and Activities of Enzymes in Blood Serum of Red Sea Bream[J]. Journal of the Faculty of Agriculture Kyushu University, 1978, 23: 63-69.

[23] Casillas E, Sundquist J, Ames W E. Optimization of assay conditions for, and the selected tissue distribution of, alanine aminotransferase and aspartate aminotransferase of English sole, Parophrys vetulus Girard[J]. Journal of Fish Biology, 2006, 21(2): 197-204.

[24] Polyak K, Xia Y, Zweier J L, et al. A model for p53-induced apoptosis[J]. Nature, 1997, 389(6648): 300-305.

[25] Benchimol, S. p53-dependent pathways of apoptosis[J]. Cell Death and Differentiation, 2001, 8(11): 1049-1051.

[26] Jiang L, Sheikh M S, Huang Y. Decision Making by p53: Life versus Death[J]. Molecular and Cellular Pharmacology, 2010, 2(2): 69-77.

[27] Yao C L, Somero G N. Thermal stress and cellular signaling processes in hemocytes of native (Mytilus californianus) and invasive (M. galloprovincialis) mussels: cell cycle regulation and DNA repair[J]. Comparative Biochemistry and Physiology. Part A: Molecular and Integrative Physiology, 2013, 165(2): 159-168.

[28] Daniel J W. Metabolic aspects of antioxidants and preservatives[J]. Xenobiotica, 1986, 16: 1073-1078.

[29] 賁月. 蝦夷扇貝應答高溫變化的相關生理生態(tài)學研究[D]. 大連: 大連海洋大學, 2013. Ben Yue. Study on the physiological ecology of the Mizuhopecten yessoensis response to high temperature change[D]. Dalian: Ocean university of Dalian, 2013.

[30] 郝振林, 劉京哲, 唐雪嬌, 等. 高溫下3種殼色蝦夷扇貝存活率、代謝率、免疫酶活力及HSP70表達的比較研究[J]. 海洋科學, 2015, 39(11): 108-115. Hao Zhenlin, Liu Jingzhe, Tang Xuejiao, et al. A comparative study of survival, metabolism, immune indi-cators and HSP70 expression in three kinds of shell colors Japanese scallop Mizuhopecten yessoensis under high temperature stress[J]. Marine Sciences, 2015, 39(11): 108-115.

[31] Gonzalez M. Effect of thermal stress on protein expression in the mussel Mytilus galloprovincialis Lmk[J]. Comparative Biochemistry and Physiology. Part B: Biochemistry and Molecular Biology, 2007, 147(3): 531-540.

[32] Ivanina A V, Taylor C, Sokolova I M. Effects of elevated temperature and cadmium exposure on stress protein response in eastern oysters Crassostrea virginica (Gmelin)[J]. Aquatic Toxicology, 2009, 91(3): 245-254.

[33] Thomas K, Roth A G, Petersen N H T, et al. Hsp70 stabilizes lysosomes and reverts Niemann-Pick disease-associated lysosomal pathology[J]. Nature, 2010, 463(7280): 549-53.

[34] 曲凌云, 相建海, 孫修勤, 等. 溫度刺激下櫛孔扇貝不同組織熱休克蛋白HSP70的表達研究[J]. 高技術通訊, 2005, 15(5): 96-100. Qu Lingyun, Xiang Jianhai, Sun Xiuqin, et al. Expression analysis of HSP70 in various tissues of Chlamys farreri under thermal stress[J]. Chinese High Technology Letters, 2015, 15(5): 96-100.

[35] Uhlinger K R, Jackson S A, Cherr G N. Induced thermotolerance and the heat shock protein-70 family in the Pacific oyster Crassostrea gigas[J]. Molecular Marine Biology and Biotechnology, 1998, 7(1): 21-30.

[36] 李有元, 胡志全, 葉章群. 腎細胞癌數(shù)據(jù)庫三年臨床資料Cox模型分析[J]. 現(xiàn)代泌尿外科雜志, 2008, 13(4): 294-296. Li Youquan, Hu Zhiquan, Ye Zhangqun. Analysis of 3 years’ clinical data of the renal cell carcinoma database by Cox model[J]. Journal of Modern Urology, 2008, 13(4): 294-296.

[37] Ritto P A, Alvarado-Gil J J, Contreras J G. Scaling and wavelet-based analyses of the long-term heart rate variability of the Eastern Oyster[J]. Physica A Statistical Mechanics & Its Applications, 2004, 349(1): 291-301.

[38] Green J A. The heart rate method for estimating metabolic rate: review and recommendations[J]. Comparative Biochemistry & Physiology Part A Molecular & Integrative Physiology, 2011, 158(3): 287-304.

Received: Oct. 8, 2015

Pilot study on reasons for yesso scallop’s (Patinopecten yessoensis) survival after heat shock

LIU Chao1,2,3,4, WU Fu-cun1,3,4, LIN Si-heng1,2,3,4, QUE Hua-yong1,3,4, ZHANG Guo-fan1,3,4
(1. Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Laboratory for Marine Biology and Biotechnology, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China; 4. National & Local Joint Engineering Laboratory of Ecological Mariculture, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Yesso scallop (Patinopecten yessoensis); Survival curve; GPT; TAOC; HSP70; p53; Heart beat rate

In this study, one- and two-year old yesso scallops were used to explore the influence of heat shock on scallop survival, physiological activity involved in immunity and metabolism, and heart rate. The differences in the above factors between the two types of scallop were also determined. During heat shock and recovery, the one-year old scallops’ survival rate was significantly higher than that of the two-year scallops. In addition, the GPT activity, p53, and HSP70 were significantly different between the two types of scallops. The multiple factor variance analysis demonstrated that the enzyme activity (TAOC) and protein concentration (p53 and HSP70) were influenced by age, processing time, and the interaction between them significantly. The Cox model showed the significant contribution of age, GPT, TAOC, p53, and HSP70 to scallops’ survival. In addition, heat shock can affect heart rate.

S917.4

A

1000-3096(2016)11-0091-08

10.11759/hykx20151008001

(本文編輯: 梁德海)

2015-10-08;

2016-06-17

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項 (CARS-48); 山東省泰山學者攀登計劃項目; 中國科學院科技服務網(wǎng)絡計劃項目(KFJ-EWSTS-060)

[Foundation: the Earmarked Fund for Modern Agro-industry Technology Research System, No.CARS-48; Taishan Scholars Climbing Program of Shandong; Science and Technology Service Network Initiative of the Chinese Academy of Sciences, No.KFJ-EW-STS-060]

劉超(1984-), 男, 山東濰坊人, 博士研究生, 主要從事海水養(yǎng)殖方面的研究, 電話: 0532-82898726, E-mail: liuchaofighting@ 163.com; 張國范, 通訊作者, 研究員, 電話: 0532-82898701, E-mail: gfzhang@qdio.ac.cn