趙旺,溫為庚,譚春明,黃星美,楊蕊,陳明強(qiáng),楊其彬,陳旭
1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所/熱帶水產(chǎn)研究開發(fā)中心/三亞熱帶水產(chǎn)研究院,海南三亞 572018
2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)試驗(yàn)室,廣東廣州 510300
蝦蛄Oratosquilla oratoria屬節(jié)肢動(dòng)物門Arthrop?oda 軟甲綱Malacostraca 口足目Stomatopoda 蝦蛄科Squillidae,俗稱“瀨尿蝦”“螳螂蝦”“蝦爬子”和“富貴蝦”等,其生活的底質(zhì)以泥底或沙泥底為主。廣泛分布于印度尼西亞、馬來西亞、日本、中國東南沿海及臺(tái)灣地區(qū)海域等,地中海沿岸和墨西哥灣也有分布[1-6]。猛蝦蛄Harpiosquilla harpax的體形較大、可食部分多,又因其肉質(zhì)鮮美、營養(yǎng)豐富,深受消費(fèi)者喜愛[7]。隨著人們生活水平的提高,猛蝦蛄的市場需求不斷增加,蝦蛄資源的開發(fā)利用變得日益突出。
當(dāng)環(huán)境因子和進(jìn)食量發(fā)生改變后,水生生物發(fā)生應(yīng)激反應(yīng),自身的免疫受到影響,對(duì)病原菌的感染提高,從而導(dǎo)致疾病的爆發(fā)。水生動(dòng)物容易受環(huán)境和饑餓的脅迫,它們通過改變自身各種酶的活性來調(diào)節(jié)代謝水平、能量分配和能源物質(zhì)消耗,應(yīng)對(duì)脅迫,以維持生理活動(dòng)。饑餓是水生動(dòng)物常遇的脅迫因子,也是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。學(xué)者報(bào)道:饑餓影響刀鱭Coilia nasus、卵形鯧鯵Trachinotus ovatus等魚類體成分、器官組織、抗氧化生理生化指標(biāo)[8-11],也影響貝類[12-13]以及刺參Apostichopus japonicus[14]和克氏原螯蝦Procambarus clarkii[15]消化酶和免疫酶活性。長時(shí)間饑餓,虎斑烏賊Sepia pharaonis體質(zhì)量和肝體比顯著下降[16]。周元雪[17]通過不同饑餓時(shí)間對(duì)口蝦蛄免疫活性的影響,研究表明,隨著饑餓時(shí)間的增加,磷酸酶活力一直減小,而過氧化氫酶、溶菌酶、過氧化物歧化酶活力表現(xiàn)為先增后減的趨勢(shì)。猛蝦蛄Harpiosquilla harpax是北部灣的優(yōu)勢(shì)種類,夏季平均資源密度高達(dá)209.83 kg/km2[18],本研究可為猛蝦蛄饑餓脅迫實(shí)驗(yàn)提供研究參考,同時(shí)也為進(jìn)一步優(yōu)化猛蝦蛄的養(yǎng)殖模式提供一定的數(shù)據(jù)支撐。
本文以猛蝦蛄為研究對(duì)象,通過饑餓脅迫實(shí)驗(yàn),分析饑餓對(duì)猛蝦蛄體內(nèi)六種免疫酶活力的影響。為研究猛蝦蛄在逆境脅迫條件下代謝調(diào)節(jié)機(jī)制提供參考。同時(shí),有利于更好地了解猛蝦蛄的逆境調(diào)節(jié)機(jī)制,為提高猛蝦蛄養(yǎng)殖存活率和豐富其養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)理論提供支持。
猛蝦蛄購買自海南省陵水縣新村漁港(海南省陵水黎族自治縣),共166尾,用厚尼龍袋加水、充氧氣并扎口,運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)基地。實(shí)驗(yàn)所用猛蝦蛄的平均體質(zhì)量為(48.39±0.5)g/尾,體長14.5~15.8 cm,體寬2.4~3.1 cm。實(shí)驗(yàn)前,先用沙濾海水暫養(yǎng)7 d,密度10 尾/m2,用體質(zhì)量6~10 g 的鮮活凡納濱對(duì)蝦Litopenaeus vannamei,剪去頭胸甲和尾尖部分,每天過量投喂2 次(6:00,19:00),2 h 后清除殘餌。猛蝦蛄養(yǎng)殖過程中水質(zhì)參數(shù):溫度(26.5±1.0)℃,pH 8.0±0.2,鹽度(33±0.6)‰,溶氧大于6.8 mg/L,氨氮質(zhì)量濃度小于0.01 mg/L,亞硝酸鹽質(zhì)量濃度小于0.03 mg/L,每日換水1 次,每次換水50%。
1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選取暫養(yǎng)后活潑健康、附肢完整的猛蝦蛄120 尾,隨機(jī)投放,每個(gè)池子2 尾,連續(xù)充氣。實(shí)驗(yàn)水池為60 個(gè)室內(nèi)小水泥池(長80 cm、寬80 cm、水深100 cm)。養(yǎng)殖條件與暫養(yǎng)條件相同,暫養(yǎng)結(jié)束后,全部統(tǒng)一停止投喂。分別在饑餓條件下處理1、6、11、21 d 后取樣,每次隨機(jī)取6~10 尾蝦蛄,發(fā)現(xiàn)有蝦蛄死亡的池子作廢。取樣時(shí),先剪掉掠足,濾紙吸干水分。用1 mL 注射器從靠近尾節(jié)處斜插入圍心管抽取血液于離心管中,剪開背部甲殼,從尾部寬闊部位剪取肌肉0.5 g,分離出腸道和肝胰臟,置離心管中,所有操作在冰面進(jìn)行,樣品-20 ℃保存。
1.2.2 樣品處理將各組所取樣品稱量體質(zhì)量后,按1∶2(m∶v)的比例與0.2 mol/L 生理鹽水進(jìn)行混合、研磨,研磨液于4 ℃、4 000 r/min 離心10 min,取上清液,置于-80 ℃冰箱保存待測,總蛋白和各免疫酶活力分別采用相關(guān)試劑盒進(jìn)行測定(購買自:南京建成生物工程研究所)。每組樣品平行測定3次。
1.2.3 數(shù)據(jù)處理本論文中數(shù)據(jù)采用Mean ±SD 表達(dá),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010 初步整理后,用SPSS 21.3 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,先對(duì)數(shù)據(jù)作單因素方差分析(ANOVA),若處理間有顯著差異,再用Duncan 法比較均值間的差異顯著性(P< 0.05)。
饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄過氧化氫酶(CAT)活力的影響見圖1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,除饑餓5 d 時(shí)血液的CAT 活力變化不顯著外,不同饑餓時(shí)間對(duì)猛蝦蛄各組織CAT 活力的影響顯著(P< 0.05)。饑餓脅迫對(duì)腸道和肌肉組織CAT 活力的影響較為一致,均在第10 天酶活力最高;血液內(nèi)CAT 活力隨饑餓時(shí)間的延長呈現(xiàn)“先增后降再增”的變化趨勢(shì),而且波動(dòng)幅度較大,在饑餓脅迫第10 天出現(xiàn)最低值31.82 U/g,并在第20 天時(shí)CAT 活力最大達(dá)118.79 U/g;而饑餓脅迫對(duì)肝胰腺CAT 活力的影響卻隨著饑餓時(shí)間呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì),在饑餓脅迫第20天降至16.69 U/g。
圖1 饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄CAT活力的影響字母(a~d)不同表示二者之間存在顯著性差異,下標(biāo)數(shù)字1~4分別代表血液、腸道、肝胰腺和肌肉組織4組樣品Fig.1 Effect of starvation stress on CAT activities of H. harpax Different letters(a-d)mean that there is a significant difference between the two groups,and the subscript numbers 1-4 repre?sent the samples of blood,intestine,hepatopancreas and muscle tissue,respectively
饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄酸性磷酸酶(ACP)活力的影響見圖2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同饑餓時(shí)間對(duì)猛蝦蛄血液、腸道和肝胰腺ACP 活力的影響存在差異,而對(duì)肌肉組織ACP 活力不存在顯著變化(P>0.05)。其中,饑餓脅迫對(duì)腸道和肝胰腺ACP 活力的影響相一致,表現(xiàn)為“先增后降”的變化趨勢(shì),均在饑餓脅迫第5 天時(shí)ACP 活力最大,分別為333.43 和335.57 U/g;血液內(nèi)ACP 活力隨饑餓時(shí)間的延長同樣呈現(xiàn)“先增后降”的變化趨勢(shì),但是僅在饑餓脅迫第10天出現(xiàn)顯著變化。
圖2 饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄ACP活力的影響字母(a~d)不同表示二者之間存在顯著性差異,下標(biāo)數(shù)字1~4分別代表血液、腸道、肝胰腺和肌肉組織4組樣品Fig.2 Effect of starvation stress on ACP activities of H. harpax Different letters(a-d)mean that there is a significant difference between the two groups,and the subscript numbers 1-4 represent the samples of blood,intestine,hepatopancreas and muscle tissue,respectively
饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄堿性磷酸酶(AKP)活力的影響見圖3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與酸性磷酸酶活力的變化趨勢(shì)相似,猛蝦蛄血液、腸道和肝胰腺AKP 活力隨饑餓時(shí)間不同而變化,部分時(shí)間里達(dá)到顯著性變化(P< 0.05)。饑餓脅迫對(duì)腸道和肝胰腺AKP 活力的影響均表現(xiàn)為“先增后降”的變化趨勢(shì),并在饑餓脅迫第5 天時(shí)AKP 活力最大,分別為614.49 和251.97 U/g;血液內(nèi)AKP 活力隨饑餓時(shí)間的延長同樣呈現(xiàn)“先增后降”的變化趨勢(shì),但酶活力最大值出現(xiàn)在饑餓脅迫第10 天。然而,肌肉組織AKP 活力一直處在較低值且其隨饑餓脅迫的影響變化不明顯。
圖3 饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄AKP活力的影響字母(a~d)不同表示二者之間存在顯著性差異,下標(biāo)數(shù)字1~4分別代表血液、腸道、肝胰腺和肌肉組織4組樣品Fig.3 Effect of starvation stress on AKP activities of H. harpax Different letters(a-d)mean that there is a significant difference between the two groups,and the subscript numbers 1-4 repre?sent the samples of blood,intestine,hepatopancreas and muscle tissue,respectively
饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄總超氧化物歧化酶(T-SOD) 活力的影響見圖4。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,饑餓時(shí)間可影響猛蝦蛄各組織T-SOD 活力,甚至達(dá)到顯著水平(P< 0.05),且各組織T-SOD 酶活力呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律,表現(xiàn)為“先增后降”的變化趨勢(shì);在饑餓脅迫第10天時(shí)猛蝦蛄體內(nèi)血液、腸道、肝胰腺和肌肉組織的T-SOD 活力與未饑餓脅迫(0 d)相比分別從24.16 、46.35 、42.06 、34.04 U/mg 提 高 到41.18 、104.76 、57.03 和67.27 U/mg。但是,隨著饑餓時(shí)間的延長,T-SOD活力在饑餓脅迫第20天均有所下降。
圖4 饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄T-SOD活力的影響字母(a~d)不同表示二者之間存在顯著性差異,下標(biāo)數(shù)字1~4分別代表血液、腸道、肝胰腺和肌肉組織4組樣品Fig.4 Effect of starvation stress on T-SOD activities of H. harpax Different letters(a-d)mean that there is a significant difference between the two groups,and the subscript numbers 1-4 repre?sent the samples of blood,intestine,hepatopancreas and muscle tissue,respectively
饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)活力的影響見圖5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同饑餓時(shí)間猛蝦蛄GSH-PX活力不同,甚至發(fā)生顯著性變化(P< 0.05)。其中,饑餓脅迫對(duì)血液和腸道GSH-PX活力的影響較為一致,均呈現(xiàn)“先增后降”的變化趨勢(shì)并在饑餓第10 天酶活力顯著增高,分別達(dá)374.47 和501.35 U/mg;而肝胰腺內(nèi)GSH-PX 活力隨饑餓時(shí)間的延長卻呈現(xiàn)“先減后增”的變化趨勢(shì),在饑餓脅迫第10 天時(shí)GSH-PX活力出現(xiàn)最低值33.60 U/mg;而饑餓脅迫對(duì)肌肉組織GSH-PX活力的影響較小。
圖5 饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄GSH-PX活力的影響字母(a~d)不同表示二者之間存在顯著性差異,下標(biāo)數(shù)字1~4分別代表血液、腸道、肝胰腺和肌肉組織4組樣品Fig.5 Effect of starvation stress on GSH-PX activities of H. harpax Different letters(a-d)mean that there is a significant difference between the two groups,and the subscript numbers 1-4 repre?sent the samples of blood,intestine,hepatopancreas and muscle tissue,respectively
饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄過氧化物酶(POD)活力的影響見圖6。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同饑餓時(shí)間猛蝦蛄血液和腸道內(nèi)POD 活力存在差異,部分饑餓時(shí)間里達(dá)到顯著差異(P< 0.05),而對(duì)肝胰腺和肌肉組織內(nèi)POD 活力影響卻不顯著(P>0.05)。并且,隨著饑餓時(shí)間的延長,血液內(nèi)POD 活力逐漸升高,在第20 天時(shí)酶活力最高達(dá)64.71 U/mg;腸道內(nèi)POD 活力隨饑餓時(shí)間的延長呈現(xiàn)“先增后降”的變化趨勢(shì),在饑餓脅迫第10 天時(shí)POD 活力最大為25.39 U/mg。
圖6 饑餓脅迫對(duì)猛蝦蛄POD活力的影響字母(a~d)不同表示二者之間存在顯著性差異,下標(biāo)數(shù)字1~4分別代表血液、腸道、肝胰腺和肌肉組織4組樣品Fig.6 Effect of starvation stress on POD activities of H. harpax Different letters(a-d)mean that there is a significant difference between the two groups,and the subscript numbers 1-4 repre?sent the samples of blood,intestine,hepatopancreas and muscle tissue,respectively
水生動(dòng)物在饑餓狀態(tài)時(shí),主要是通過改變身體各種酶的活性來調(diào)節(jié)代謝水平、能量分配和能源物質(zhì)消耗,以適應(yīng)食物缺乏造成的脅迫,維持機(jī)體正常生理活動(dòng)。而機(jī)體非特異性免疫系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)逆環(huán)境應(yīng)激時(shí)起主導(dǎo)作用,其中過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、酸性磷酸酶(ACP)過氧化物酶(POD)、以及谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX) 等在免疫調(diào)節(jié)過程中變化明顯[19-21];當(dāng)在饑餓脅迫狀態(tài)時(shí),先通過消耗自身儲(chǔ)存的營養(yǎng)物質(zhì),同時(shí)降低自身酶活性,調(diào)節(jié)免疫因子活性以此維持生理活動(dòng)[22-23]。
CAT 可以將機(jī)體產(chǎn)生的H2O2分解成無毒、無害的H2O 和O2,而細(xì)胞內(nèi)CAT 的底物H2O2濃度大量增加時(shí)CAT 活性便會(huì)被誘導(dǎo)[24]。本實(shí)驗(yàn)中,腸道和肌肉組織內(nèi)CAT 活性隨饑餓時(shí)間的延長呈現(xiàn)“先增后降”,表明輕度饑餓脅迫對(duì)蝦蛄腸道和肌肉組織內(nèi)CAT 活性有不同程度誘導(dǎo)作用,而重度脅迫下這種誘導(dǎo)作用會(huì)被抑制[25]。饑餓脅迫下肝胰腺內(nèi)CAT 活力隨著時(shí)間的延長逐漸降低,這可能是機(jī)體超氧陰離子自由基在SOD 的作用下被還原為H2O2的含量下降,致使相應(yīng)CAT 活性降低[10,22]。
ACP 是一種重要的水解酶,在體內(nèi)直接參與磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移和代謝,除了在血細(xì)胞內(nèi)起作用外,還可以分布于血清中形成水解酶體系[21]。在本實(shí)驗(yàn)條件下,饑餓脅迫對(duì)腸道和肝胰腺內(nèi)ACP活力的影響均表現(xiàn)為“先增后降”的變化趨勢(shì),并在饑餓脅迫第5 天時(shí)ACP 活力最大,之后顯著下降,故可認(rèn)為短期饑餓脅迫可誘導(dǎo)蝦蛄抗氧化能力,而長期饑餓可導(dǎo)致蝦蛄免疫能力降低。研究指出,饑餓脅迫后由于體內(nèi)能量的消耗,機(jī)體免疫力降低,對(duì)體內(nèi)ACP 活性有重要的影響,機(jī)體內(nèi)ACP活性隨著饑餓時(shí)間延長逐漸下降[12,14]。
AKP 是機(jī)體對(duì)新陳代謝進(jìn)行調(diào)節(jié)以保護(hù)自身的另一重要調(diào)節(jié)酶,通過寡糖磷脂酰肌醇錨定在細(xì)胞膜上的結(jié)合蛋白,在生物體可直接參與磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移和代謝,且參與體內(nèi)鈣、磷代謝[26-27]。水產(chǎn)動(dòng)物處于不利環(huán)境,如金屬或有機(jī)物污染、饑餓等,其堿性磷酸酶活性便發(fā)生變化[26,28]。本研究發(fā)現(xiàn),饑餓脅迫對(duì)血液、腸道和肝胰腺AKP活力的影響均表現(xiàn)為“先增后降”的變化趨勢(shì),并分別在饑餓脅迫第5 天和第10 天時(shí)AKP 活力最大,可見短期饑餓脅迫誘導(dǎo)了其代謝,而隨著饑餓時(shí)間的延長其堿性磷酸酶活性下降使組織細(xì)胞生理活動(dòng)維持在較低的水平以適應(yīng)饑餓脅迫。
SOD 是一種重要的清除體內(nèi)超氧化陰離子自由基的抗氧化酶,減少機(jī)體過氧化損傷,其活性隨自由基濃度的變化而變化[29]。正常情況下,生物機(jī)體內(nèi)SOD 的水平較為穩(wěn)定,但機(jī)體處于饑餓等外部脅迫狀態(tài)下,其抗氧化能力會(huì)隨著外界環(huán)境和機(jī)體免疫能力的變化而變化[10]。本實(shí)驗(yàn)中,各組織酶活力呈現(xiàn)相一致的變化規(guī)律,均表現(xiàn)為“先增后降”的變化趨勢(shì)且在饑餓脅迫第10 天時(shí)T-SOD 活力最高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)有很多研究是相一致的,如饑餓25 d 方斑東方螺機(jī)體SOD 活性增強(qiáng),40 d 卻會(huì)導(dǎo)致SOD 活性下降[30];褐牙鲆在2 d的饑餓脅迫下SOD 活性顯著增加,而饑餓20 d 后其SOD 活性顯著下降[31]。為此,作者推測蝦蛄在食物不足時(shí),超氧陰離子的高低能夠反映出蝦免疫機(jī)能的好壞[32],機(jī)體為應(yīng)對(duì)饑餓脅迫而產(chǎn)生積極的免疫防御,迫使SOD 活性增強(qiáng)以維持體內(nèi)氧化系統(tǒng)的平衡,但長時(shí)間饑餓狀態(tài)下,機(jī)體的能量會(huì)被消耗,致使SOD活性降低。
GSH-PX 是一類廣泛存在于動(dòng)植物和微生物中既能催化還原有機(jī)過氧化物,又能催化還原無機(jī)過氧化物的抗氧化酶,構(gòu)成機(jī)體抵抗氧化應(yīng)激的第一道屏障[33]。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),血液和腸道GSHPX 活力均呈現(xiàn)“先增后降”的變化趨勢(shì)并在饑餓第10 天酶活力顯著增高,說明在饑餓初期機(jī)體產(chǎn)生積極的抗氧化防御,然而隨著能量的嚴(yán)重不足致使體內(nèi)免疫酶活性下降[21];然而,肝胰腺內(nèi)GSH-PX 活力卻隨饑餓時(shí)間的延長卻呈現(xiàn)“先減后增”的變化趨勢(shì),表明肝胰腺GSH-PX活性發(fā)生了與饑餓脅迫相適應(yīng)的變化,并且短期饑餓對(duì)猛蝦蛄造成的氧化應(yīng)激損傷可逆[11]。
POD 以H2O2為電子受體,直接催化酚類或胺類化合物氧化的酶。本文腸道內(nèi)POD 活力隨饑餓時(shí)間延長呈現(xiàn)“先增后降”的變化趨勢(shì),在饑餓脅迫第10天時(shí)POD活力最大,這與譚春明等[34]在研究氨氮對(duì)東風(fēng)螺體內(nèi)POD 活性影響時(shí)的結(jié)果一致。體內(nèi)免疫酶活力的下降可能是長時(shí)間在饑餓脅迫下,機(jī)體抗氧化體系不能及時(shí)清除自由基,其氧化與抗氧化平衡被破壞[35-36]。但隨著饑餓時(shí)間延長,血液內(nèi)POD 活力逐漸升高,這可能是饑餓脅迫對(duì)各組織的影響程度及適應(yīng)能力不同所致。
養(yǎng)殖過程中饑餓脅迫會(huì)對(duì)猛蝦蛄免疫酶活性產(chǎn)生較大的影響。研究表明,饑餓時(shí)間對(duì)猛蝦蛄各免疫酶活力均有顯著的影響(P< 0.05),但各組織的影響程度不同,當(dāng)猛蝦蛄受到輕度饑餓脅迫時(shí),腸道內(nèi)CAT、ACP、AKP、T-SOD、GSHPX 和POD 活性被誘導(dǎo),而受重度饑餓脅迫時(shí)其活性則被抑制;其他組織各免疫酶活性同樣有類似的規(guī)律,但是存在一定差異性。
中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)(中英文)2021年4期