鹽度脅迫對(duì)河蜆攝食率及鰓ATP酶活力變化研究

包 錟，劉一萌，來(lái)琦芳，么宗利，周 凱，高鵬程

（1.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，鹽堿水域漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 200090）

我國(guó)約有4.6×105km2的低洼鹽堿水域和約占全國(guó)湖泊面積55%的咸水湖泊［1］，近年來(lái)利用鹽堿水開(kāi)展水產(chǎn)養(yǎng)殖逐漸增多。貝類(lèi)以攝食水中的藻類(lèi)和有機(jī)碎屑為主［2-5］，在鹽堿水域混養(yǎng)貝類(lèi)對(duì)鹽堿水的利用具有積極意義。鹽度是鹽堿生境中最主要的脅迫因子，也是水生動(dòng)物面臨最常見(jiàn)最主要的環(huán)境因子之一，在鹽堿水環(huán)境生活的貝類(lèi)會(huì)受到鹽度帶來(lái)的脅迫。

雙殼貝類(lèi)在受到脅迫時(shí)會(huì)將殼緊閉以盡量減少機(jī)體與外界環(huán)境中的離子交換，這種保護(hù)機(jī)制在砂海螂（Mya arenaria）、淺溝蛤（Scrobicularia plana）、紫貽貝（Mytilus edulis）、鳥(niǎo)蛤（Cardium edule）、硬殼蛤（Mercenaria mercenaria）、太平洋牡蠣（Crassostrea gigas）、泥蚶（Tegillarca granosa）、魁蚶（Anadara broughtonii）、毛 蚶（Scapharca subcrenata）等雙殼貝類(lèi)中均有發(fā)現(xiàn)［6-9］。由于雙殼貝類(lèi)閉殼可以存活很長(zhǎng)時(shí)間，且很難觀察其生存情況，因此急性毒性實(shí)驗(yàn)無(wú)法快速判定雙殼貝類(lèi)對(duì)脅迫的耐受能力，如何選擇快速有效的實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)評(píng)價(jià)其對(duì)脅迫的耐受性能，需要進(jìn)行相關(guān)探究。

攝食率（ingestion rate）可以反映濾食性貝類(lèi)生理活動(dòng)情況，常作為貝類(lèi)受到脅迫時(shí)生物能量方面的重要參數(shù)［10］；鹽度變化伴隨著Na＋、K＋、Mg2＋和Ca2＋等陽(yáng)離子和Cl-、、和等陰離子的濃度變化，鰓作為主要離子和滲透調(diào)節(jié)器官，鰓ATP酶在受到鹽度脅迫時(shí)發(fā)揮著重要作用。Na＋／K＋-ATP酶，又稱(chēng)鈉鉀泵（sodium-potassium pump），正常狀態(tài)下與質(zhì)膜內(nèi)側(cè)Na＋、Mg2＋結(jié)合后被激活，使ATP分解，每分解1個(gè)ATP分子運(yùn)進(jìn)3個(gè)Na＋和2個(gè)K＋［11-12］。有研究表明，鹽度發(fā)生變化時(shí)巖扇貝（Crassadoma gigantea）、泥蚶、魁蚶、文蛤（Meretrix meretrix）、青蛤（Cyclina sinensis）等雙殼貝類(lèi)鰓Na＋／K＋-ATP酶均有顯著變化［8-9，13-15］。Ca2＋-ATP酶，又稱(chēng)鈣泵（calcium pump），受到鹽度脅迫時(shí)能將Ca2＋從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中逆濃度梯度運(yùn)送到細(xì)胞外或者內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，使細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2＋濃度保持在低水平，這一過(guò)程與肌肉放松有關(guān)［12］。EKA等［16］認(rèn)為，Mg2＋-ATP酶的底物是MgATP，游離ATP和Mg2＋是具有雙重作用的酶修飾劑，Mg2＋-ATP酶每分解1個(gè)ATP轉(zhuǎn)運(yùn)1個(gè)Mg2＋。許多研究證明，鹽度變化與水生動(dòng)物Na＋／K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶以及Mg2＋-ATP酶的活力變化具有相關(guān)性［17-20］。

河蜆（Corbicula fluminea）是一種常見(jiàn)的淡水廣鹽性雙殼貝類(lèi)，隸屬于軟體動(dòng)物門(mén)（Mollusca），瓣 鰓 綱（Lamellibranchia），真 鰓 瓣 目（Eulamellibranchia），蜆科（Corbiculidae），蜆屬，在淡水、湖泊、河口潮間帶等水域有廣泛分布，對(duì)鹽度變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。本文以河蜆為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，模擬不同鹽度脅迫，觀察河蜆攝食率、鰓Na＋／K＋-ATP酶、Ca2＋-ATP酶和Mg2＋-ATP酶的活力變化，評(píng)估河蜆的耐鹽性能，篩選適宜評(píng)價(jià)貝類(lèi)耐鹽性能的指示指標(biāo)，探索雙殼貝類(lèi)脅迫耐受性能評(píng)價(jià)方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及其暫養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)用河蜆采自江蘇東臺(tái)河道（120°33′E、33°26′N(xiāo)），使用500 L聚乙烯塑料桶進(jìn)行暫養(yǎng)1個(gè)月以上，持續(xù)充氣，每天更換經(jīng)曝氣24 h的過(guò)濾自來(lái)水，換水量為三分之一，水溫（20.5±0.2）℃，pH（8.06±0.07），溶氧（6.65±0.34）mg·L-1，每天上午和下午各投喂一次球等鞭金藻（Isochrysis galbana）、叉鞭金藻（Dicrateriasp.）和角毛藻（Chaetocerossp.）按1∶1∶1富集后的混合物。挑選殼長(zhǎng)（3.44±0.35）cm、殼寬（2.75±0.13）cm、殼高（1.80±0.12）cm的個(gè)體用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.2 攝食率實(shí)驗(yàn)

1.2.1 鹽度設(shè)置

實(shí)驗(yàn)設(shè)置8個(gè)鹽度梯度，分別為鹽度3、5、8、10、13、15、20和25，以淡水為對(duì)照組，另外本實(shí)驗(yàn)還設(shè)置了無(wú)貝對(duì)照組，以消除藻類(lèi)繁殖和沉降對(duì)藻類(lèi)計(jì)數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)用淡水為經(jīng)凈水器（開(kāi)能，AC／KDF-150 C型）過(guò)濾的自來(lái)水，鹽度實(shí)驗(yàn)用水由海水素（青島?？仆ㄓ煤Ｋ赜邢薰荆┖瓦^(guò)濾自來(lái)水配制而成。每個(gè)處理組設(shè)置3個(gè)平行。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)管理

實(shí)驗(yàn)在聚乙烯塑料箱（37.5 cm×27.5 cm×14.0 cm）中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)水體為10 L，每個(gè)處理組投放河蜆3個(gè)。河蜆在實(shí)驗(yàn)水體中穩(wěn)定3 h后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。每個(gè)處理組投喂混合藻類(lèi)（球等鞭金藻、叉鞭金藻和角毛藻），水體藻類(lèi)濃度為（3.5±0.3）×104個(gè)·mL-1，實(shí)驗(yàn)持續(xù)24 h，每小時(shí)用吸管隨機(jī)取樣5 mL后用魯戈氏液固定，光鏡下用血球計(jì)數(shù)板對(duì)藻類(lèi)計(jì)數(shù)，重復(fù)3次。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將河蜆軟體部取出并在60℃烘箱中烘干至恒重（精確到0.001 g）（表1）。

表1 攝食率各組河蜆軟體平均干重Tab.1 Average dry weight of Corbicula fluminea in each ingestion rate test group

1.2.3 攝食率計(jì)算

藻類(lèi)濃度變化系數(shù)（S）根據(jù)下式計(jì)算：

式（1）中：t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間（h），Cc0為無(wú)貝組水體中藻類(lèi)的初始濃度（個(gè)·mL-1），Cct為t小時(shí)后無(wú)貝組水體中藻類(lèi)濃度（個(gè)·mL-1）。

河蜆攝食率（R）根據(jù)下式計(jì)算：

式（2）中：R為攝食率（個(gè)·h-1），V為實(shí)驗(yàn)水體量（L），N為實(shí)驗(yàn)貝個(gè)數(shù)，Ce0為實(shí)驗(yàn)水體中藻類(lèi)的初始濃度（個(gè)·mL-1），Cet為t小時(shí)后實(shí)驗(yàn)水體藻類(lèi)濃度（個(gè)·mL-1），S為無(wú)貝組藻類(lèi)濃度變化系數(shù)，由式（1）計(jì)算所得。

為消除河蜆個(gè)體質(zhì)量對(duì)攝食率的影響，將獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)下式轉(zhuǎn)換為1 g標(biāo)準(zhǔn)下的攝食率（Rs）：

式（3）中：Rs為1 g標(biāo)準(zhǔn)下的值［個(gè)·（g·h）-1］；W為軟體干重（g）；b為重量指數(shù)，參照呂昊澤等［21］的研究，取0.62；R為攝食率（個(gè)·h-1），由式（2）計(jì)算所得。

1.3 酶活實(shí)驗(yàn)

1.3.1 鹽度設(shè)置

參照河蜆攝食率結(jié)果，選取3個(gè)鹽度梯度，分別為5（S5）、15（S15）和25（S25）。設(shè)置淡水為對(duì)照組（control），實(shí)驗(yàn)用水同1.2.1。每個(gè)處理組設(shè)置3個(gè)平行。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)管理

實(shí)驗(yàn)在聚乙烯塑料箱中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)水體為10 L，每個(gè)梯度設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每個(gè)處理組投放河蜆10個(gè)。實(shí)驗(yàn)期間每天投喂混合藻類(lèi)2次，水體藻類(lèi)濃度為（3.5±0.3）×104個(gè)·mL-1，并在投喂后3 h進(jìn)行換水，換水量為三分之一，持續(xù)脅迫7 d。每天隨機(jī)選取各鹽度組中3個(gè)河蜆個(gè)體，參照林崗等［22］實(shí)驗(yàn)方法采集新鮮鰓組織樣品制成2%組織勻漿，-80℃保存，待測(cè)。ATP酶活力單位定義：每小時(shí)每毫克蛋白分解ATP產(chǎn)生1μmol無(wú)機(jī)磷的量為一個(gè)ATP酶活力單位，即μmolPi／mgprot／hour（U·mgprot-1）。具體操作參照南京建成生物工程研究所的考馬斯亮藍(lán)試劑盒（A045-2）和ATP酶試劑盒（A016-1）說(shuō)明書(shū)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 20進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用one-way ANOVA進(jìn)行單因素方差分析，若差異顯著，用Tukey檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較，分析顯著性水平為P＜0.05，極顯著性水平為P＜0.01。所得數(shù)據(jù)以3個(gè)平行組數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，并使用Origin9制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽度脅迫對(duì)河蜆攝食率的影響

如圖1所示，河蜆攝食率隨鹽度的升高而下降。多重比較后發(fā)現(xiàn)，鹽度3組攝食率與對(duì)照組相比無(wú)顯著差異（P＞0.05），鹽度5、15和25組河蜆攝食率均有極顯著降低（P＜0.01）。分別為2.11×108個(gè)·（g·h）-1、1.09×108個(gè)·（g·h）-1和7.68×107個(gè)·（g·h）-1。

圖1 鹽度脅迫下河蜆攝食率的變化Fig.1 Changes of ingestion rate of Corbicula fluminea under salinity stress

2.2 鹽度脅迫下河蜆鰓Na＋／K＋-ATP酶活力變化

與對(duì)照組相比，不同鹽度脅迫下鹽度5和15組Na＋／K＋-ATP酶活力變化趨勢(shì)相似，1 d時(shí)酶活力極顯著降低（P＜0.01），之后逐步上升至4 d達(dá)到最高（P＜0.01），分別為8.53 U·mgprot-1和7.30 U·mgprot-1。從5 d開(kāi)始，酶活力恢復(fù)到初始值附近，并保持穩(wěn)定（P＞0.05）；鹽度25組雖然在1 d時(shí)酶活力也極顯著降低（P＜0.01），之后均與各組相比無(wú)顯著差異（P＞0.05），7 d時(shí)出現(xiàn)大量死亡，存活率僅19%（圖2），存活的河蜆酶活力基本穩(wěn)定在初始值附近（圖3），其余各組在各時(shí)間點(diǎn)內(nèi)均沒(méi)有出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。

圖2 鹽度脅迫下河蜆的存活率Fig.2 Survival rate of Corbicula fluminea under salinity stress

圖3 鹽度脅迫下河蜆鰓Na＋／K＋-ATP酶的活力變化Fig.3 Changes of Na＋／K＋-ATPase activity in gill of Corbicula fluminea under salinity stress

2.3 鹽度脅迫下河蜆鰓Ca2＋-ATP酶活力變化

與對(duì)照組相比，不同鹽度脅迫下鹽度5和15組Ca2＋-ATP酶活力變化趨勢(shì)相似，2 d時(shí)酶活力極顯 著 降 低（P＜0.01），分 別 為3.04 U·mgprot-1和3.28 U·mgprot-1，之后逐步上升，4 d時(shí)達(dá)到峰值，分別為6.26 U·mgprot-1和6.66 U·mgprot-1，7 d時(shí)恢復(fù)到初始值附近（P＞0.05）；鹽度25組除1 d、2 d和5 d時(shí)極顯著降低（P＜0.01），其余時(shí)間點(diǎn)酶活力均在初始值附近（P＞0.05）（圖4）。

圖4 鹽度脅迫下河蜆鰓Ca2＋-ATP酶的活力變化Fig.4 Changes of Ca2＋-ATPase activity in gill of Corbicula fluminea under salinity stress

2.4 鹽度脅迫下河蜆鰓Mg2＋-ATP酶活力變化

與對(duì)照組相比，不同鹽度脅迫下鹽度5和15組Mg2＋-ATP酶活力變化趨勢(shì)相似，1 d時(shí)酶活力極顯 著 降 低（P＜0.01），分 別 為5.07 U·mgprot-1和4.55 U·mgprot-1，4 d時(shí)極顯著升高并達(dá)到峰值（P＜0.01），分別為9.91 U·mgprot-1和8.64 U·mgprot-1，從5 d開(kāi)始，酶活力恢復(fù)到初始值附近，并保持穩(wěn)定（P＞0.05）；鹽度25組除1 d和3 d時(shí)極顯著降低（P＜0.01），其余時(shí)間點(diǎn)酶活力均穩(wěn)定在初始值附近（P＞0.05）（圖5）。

圖5 鹽度脅迫下河蜆鰓Mg2＋-ATP酶的活力變化Fig.5 Changes of Mg2＋-ATPase activity in gill of Corbicula fluminea under salinity stress

3 討論

3.1 鹽度脅迫對(duì)河蜆攝食率的影響

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，河蜆攝食率與鹽度呈負(fù)相關(guān)。河蜆在進(jìn)行鹽度脅迫時(shí)，攝食率在鹽度5、15和25出現(xiàn)了相較于上一鹽度極顯著下降的現(xiàn)象。鹽度5組攝食率相較于對(duì)照組下降了18%，推測(cè)鹽度5對(duì)河蜆產(chǎn)生了脅迫；鹽度15組河蜆攝食率相較于對(duì)照組下降了58%，背角無(wú)齒蚌（Anodonta woodiana）［23］在鹽度10脅迫下攝食率下降約50%，并開(kāi)始出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，雖然河蜆鹽度15脅迫7 d未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，但鹽度25脅迫下河蜆攝食率極低，7 d后出現(xiàn)大量死亡現(xiàn)象，推測(cè)鹽度25已超出河蜆耐鹽極限，河蜆耐鹽臨界值在鹽度15附近。鹽度脅迫下由于貝類(lèi)閉殼，導(dǎo)致攝食率下降，當(dāng)攝食率下降超過(guò)50%時(shí)，提示著該鹽度已超出貝類(lèi)鹽度耐受范圍。另外，海水貝類(lèi)文蛤和青蛤［24］在經(jīng)過(guò)鹽度5急性脅迫后攝食率相較于鹽度15和20組也嚴(yán)重下降，因此攝食率是可以作為比較快速地體現(xiàn)雙殼貝類(lèi)耐鹽性能的生理指標(biāo)，攝食率下降比例與耐鹽范圍有一定相關(guān)性。

3.2 鹽度脅迫對(duì)河蜆鰓ATP酶的影響

本實(shí)驗(yàn)中，鰓Na＋／K＋-ATP酶活力升高后恢復(fù)至正常水平，推測(cè)部分水生動(dòng)物在高鹽脅迫后，可以通過(guò)Na＋／K＋-ATP酶活力在4 d左右時(shí)升高，積極進(jìn)行離子調(diào)節(jié)，以此建立一種勢(shì)能儲(chǔ)備，供細(xì)胞其他耗能過(guò)程利用［12］。泥蚶［9］在鹽度4脅迫、魁蚶稚貝［8］在鹽度15脅迫時(shí)同樣出現(xiàn)4 d升高、5 d恢復(fù)的現(xiàn)象；青鳉（Oryzias latipes）和凡納濱對(duì)蝦（Litopenaeus vannamei）［25-26］在鹽度脅迫下鰓Na＋／K＋-ATP酶活力也出現(xiàn)相似的現(xiàn)象。推測(cè)水生生物鹽度脅迫后可能有4 d的適應(yīng)調(diào)節(jié)期，貝類(lèi)鰓Na＋／K＋-ATP酶活力在4 d內(nèi)無(wú)顯著上調(diào)趨勢(shì)時(shí)，預(yù)示著該鹽度已超出貝類(lèi)鹽度耐受范圍。

鰓Ca2＋-ATP酶與Mg2＋-ATP酶活力變化趨勢(shì)與Na＋／K＋-ATP酶活力變化趨勢(shì)類(lèi)似。推測(cè)4 d左右時(shí)其將大量細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2＋轉(zhuǎn)運(yùn)到肌質(zhì)網(wǎng)腔中儲(chǔ)存起來(lái)，抑制肌細(xì)胞收縮［12］，這可能與貝類(lèi)在受脅迫時(shí)的閉殼有關(guān)，Ca2＋-ATP酶活力的上升促進(jìn)開(kāi)殼正常濾水?dāng)z食。由于貝類(lèi)的閉殼行為受肌肉收縮這一耗能過(guò)程控制，且貝類(lèi)行為可能與水中Mg2＋濃度有關(guān)［27-28］，推測(cè)Ca2＋-ATP酶與Mg2＋-ATP酶活力的變化與閉殼之間可能存在相關(guān)性。

受到鹽度脅迫時(shí)，河蜆首先閉殼應(yīng)對(duì)脅迫，導(dǎo)致攝食率隨之下降［29］。在鹽度脅迫耐受范圍內(nèi)，通過(guò)Na＋／K＋-ATP酶活升高進(jìn)行離子調(diào)節(jié)，同時(shí)激活Ca2＋-ATP酶與Mg2＋-ATP酶來(lái)解除閉殼狀態(tài)，促進(jìn)貝類(lèi)的正常生理活動(dòng)；如果超出鹽度耐受范圍，ATP酶活力在4 d內(nèi)不會(huì)上升進(jìn)行適應(yīng)調(diào)節(jié)，河蜆始終處于閉殼狀態(tài)，攝食率處于極低水平，最終導(dǎo)致死亡。因此鰓Na＋／K＋-ATP酶亦可作為雙殼貝類(lèi)耐鹽性能的指示指標(biāo)。