糖原在雙殼貝類中的儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)和利用研究進(jìn)展

梅麗敏，周成旭

( 寧波大學(xué) 食品與藥學(xué)學(xué)院，浙江 寧波 315211 )

糖原是一種水溶性多糖，是由葡萄糖分子通過糖苷鍵聚合而成的高分子化合物[1]。糖原是動(dòng)物肌肉及肝臟能量貯存的主要形式，糖原含量及其變化是動(dòng)物性食品品質(zhì)的重要指標(biāo)。對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的研究顯示，水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖過程、水產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)、育肥方式、加工過程等，均對(duì)糖原的含量、儲(chǔ)存、動(dòng)用以及轉(zhuǎn)運(yùn)等產(chǎn)生影響，糖原含量是貝類水產(chǎn)品口感品質(zhì)的重要指標(biāo)[2-7]。其次，糖原的含量還可用于評(píng)估貝類生理狀況[8-9]。糖原是貝類性腺成熟與配子發(fā)生的重要代謝基礎(chǔ)物質(zhì)，糖原代謝受到內(nèi)部因素(生長(zhǎng)和性成熟)和外部因素(食物的可獲得性和其他環(huán)境因子)的影響[10-15]，其儲(chǔ)備情況直接反映了貝類應(yīng)對(duì)各種環(huán)境脅迫的能力。較低的糖原含量會(huì)導(dǎo)致機(jī)體抗逆性變差，是貝類死亡的主要誘因[16-17]。再次，貝類體內(nèi)糖原的獲得與累積過程主要受貝類的攝食過程所控制。雙殼貝類是典型的濾食性生物，以多種微型生物或有機(jī)碎屑為食[18-19]，貝類生長(zhǎng)環(huán)境中的天然食物來源與組成是影響雙殼貝類養(yǎng)殖產(chǎn)量和品質(zhì)的重要條件。因此，闡明糖原在貝類體內(nèi)的生化過程及其機(jī)制的研究具有重要意義。

雙殼貝類是我國(guó)重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)象，養(yǎng)殖產(chǎn)量和養(yǎng)殖面積均居于世界首位[20-21]。雙殼類主要在自然水域或人工圍塘中養(yǎng)殖，其生長(zhǎng)受溫度、鹽度、水化學(xué)因子等多重環(huán)境條件影響。近幾年，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大和養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境的惡化，貝類開始出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢、死亡率增高、抗逆性下降等問題，嚴(yán)重影響了貝類養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[22]。因此，總結(jié)梳理雙殼貝類體內(nèi)糖原的種類特征、代謝機(jī)理、發(fā)育功能及環(huán)境影響很有必要。筆者就糖原在雙殼貝類中的儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)、利用等方面的研究成果和進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為貝類養(yǎng)殖業(yè)的科學(xué)管理和健康可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 雙殼貝類糖原的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)

雙殼貝類糖原存在于細(xì)胞質(zhì)中，以細(xì)小的顆?；蚰遗莸男问酱嬖?。對(duì)紫貽貝(Mytilusgalloprovincialis)和長(zhǎng)牡蠣(Crassostreagigas)的研究顯示，兩者的糖原貯藏細(xì)胞有兩種類型：脂肪顆粒細(xì)胞和囊狀結(jié)締組織細(xì)胞[23-25]。脂肪顆粒細(xì)胞只位于外套膜內(nèi)，積累脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，并含有少量的糖原；囊狀結(jié)締組織細(xì)胞則恰恰相反，含有大量的糖原，這些細(xì)胞既存在于外套膜中，也存在于唇瓣中。糖原會(huì)以短期的形式存在于脂肪顆粒細(xì)胞中，以長(zhǎng)期的形式儲(chǔ)存在囊狀結(jié)締組織細(xì)胞中，儲(chǔ)存在脂肪顆粒和囊狀結(jié)締組織細(xì)胞中的糖原為生殖提供了大部分能量。

雙殼貝類不同組織糖原的含量不同。糖原可分配到體內(nèi)各組織中，導(dǎo)致不同物種以及同一物種不同品系之間的儲(chǔ)存和動(dòng)用存在差異。自然生長(zhǎng)環(huán)境中，幾種雙殼貝類儲(chǔ)存和動(dòng)用糖原的主要組織器官及其變化特征見表1。Yurimoto[1]研究了Atrinalischkeana、毛蚶(Scapharcakagoshimensis)和菲律賓蛤仔(Ruditapesphilippinarum)中糖原主要的儲(chǔ)存部位，結(jié)果顯示，江珧閉殼肌是糖原主要儲(chǔ)存部位，毛蚶和菲律賓蛤仔的足是糖原主要儲(chǔ)存部位。Lee等[26]對(duì)櫛江珧(A.pectinata)的研究也獲得了一致的結(jié)果，閉殼肌糖原含量顯著高于其他組織，是糖原的主要儲(chǔ)存部位。閉殼肌也是舌骨牡蠣(Hyotissahyotis)的糖原主要儲(chǔ)存部位[27]。De Zwaan等[28]發(fā)現(xiàn)，紫貽貝中不同組織均參與了糖原的儲(chǔ)存，其中外套膜的糖原含量變化最大、鰓的變化最小，顯示紫貽貝外套膜在糖原儲(chǔ)存和動(dòng)用過程中代謝最為活躍。朱怡靜等[22]研究了不同品系的5種殼色長(zhǎng)牡蠣其品系間及不同組織間的糖原分布和差異，發(fā)現(xiàn)各品系的性腺內(nèi)臟團(tuán)中糖原含量最高，表明性腺內(nèi)臟團(tuán)可能是長(zhǎng)牡蠣儲(chǔ)存糖原的主要部位。而各品系在閉殼肌、外套膜、鰓、性腺、內(nèi)臟團(tuán)等組織器官中糖原含量無顯著差異，說明不同品系的糖原分布一致。并非所有貝類都顯示具有特定高糖原含量的組織，衣蚶蜊(Glycymerisvestita)中未發(fā)現(xiàn)專門儲(chǔ)存糖原的組織，所有的肌肉組織(閉殼肌、外套膜、足)都參與了糖原的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)[29]。

表1 不同雙殼貝類糖原的含量、主要儲(chǔ)存組織及變化特征

雙殼貝類各組織糖原的儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)，反映了其營(yíng)養(yǎng)狀況和周圍環(huán)境條件影響下的能量動(dòng)態(tài)，參與了各種生理代謝及生殖活動(dòng)[30]。紫石房蛤(Saxidomuspurpuratus)性腺、足、外套膜、水管和閉殼肌都是糖原的儲(chǔ)存器官，它們可以在性腺發(fā)育的不同階段提供能量。紫石房蛤在配子發(fā)生之前，首先使用性腺、外套膜和足中的糖原，當(dāng)糖原不足以支持配子發(fā)生時(shí)，還可利用儲(chǔ)存在水管和閉殼肌中的糖原[31]。作為典型濾食性生物，雙殼貝類消化腺中糖原的儲(chǔ)存與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可獲得性有關(guān)。秋季時(shí)，長(zhǎng)牡蠣糖原主要儲(chǔ)存在消化腺中，在冬季食物匱乏和氣溫急劇下降的條件下，糖原在產(chǎn)卵后期從消化腺轉(zhuǎn)移到性腺和唇瓣中，導(dǎo)致消化腺糖原含量減少[32]。

2 繁殖過程中糖原的儲(chǔ)存與利用

雙殼貝類糖原的儲(chǔ)存與利用與性腺發(fā)育階段有關(guān)，糖原含量一般與性腺發(fā)育呈負(fù)相關(guān)。雙殼貝類的繁殖周期分為兩個(gè)部分：配子發(fā)生期(性成熟和產(chǎn)卵)和休止期[5,33]。在配子發(fā)生過程中，糖原既作為能量?jī)?chǔ)備儲(chǔ)存于特定組織，也作為生長(zhǎng)的主要能量來源[34-36]。糖原含量在配子成熟和排放過程中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[37-38]，在排放后期，配子會(huì)被周圍的細(xì)胞重新吸收,導(dǎo)致糖原含量上升。而機(jī)體的生長(zhǎng)又需要大量的能量，因此，糖原含量會(huì)再次下降[39]，種金豆等[40]對(duì)長(zhǎng)牡蠣的研究結(jié)果顯示了該特征。研究表明，長(zhǎng)牡蠣體內(nèi)存在糖原的儲(chǔ)藏細(xì)胞，在性成熟期間，儲(chǔ)藏細(xì)胞很少，新陳代謝需要?jiǎng)佑锰窃?，?dǎo)致這一時(shí)期的糖原水平非常低。相反，產(chǎn)卵后，雖然性腺小管的尺寸變小，但儲(chǔ)存糖原的細(xì)胞數(shù)量眾多，其儲(chǔ)存容量變大，從而獲得最佳的糖原儲(chǔ)存功能[17,41]。另外長(zhǎng)牡蠣在產(chǎn)卵期間和產(chǎn)卵后的低糖原含量可能導(dǎo)致其處于應(yīng)激狀態(tài)，導(dǎo)致此期貝類死亡率升高[42]。

糖原的含量變化還與雙殼貝類繁殖期的脂類代謝密切相關(guān)。糖原可以轉(zhuǎn)化為甘油三酯，而甘油三酯是卵母細(xì)胞中卵黃合成的重要結(jié)構(gòu)物質(zhì)，也是配子發(fā)育的主要能量來源[43-44]。牡蠣在配子發(fā)生期糖原含量的下降與卵黃發(fā)生過程中卵母細(xì)胞直徑的增加顯著相關(guān)，兩者之間變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān)。衣蚶蜊肌肉組織中的糖原可能是卵黃發(fā)生和誘導(dǎo)卵黃蛋白及脂質(zhì)合成的能量來源[29]。長(zhǎng)牡蠣卵黃發(fā)生過程中的脂質(zhì)生物合成與糖原分解有關(guān)[45]：性腺內(nèi)臟團(tuán)中的糖原含量與脂質(zhì)濃度成反比，糖原含量最大的時(shí)期出現(xiàn)在12月至翌年2月，這時(shí)脂質(zhì)的含量最低[46]。但是，阮飛騰等[47]研究發(fā)現(xiàn)，魁蚶(Scapharcabroughtoni)在配子發(fā)育過程中糖原和脂質(zhì)含量均呈上升趨勢(shì)，而在配子排放后均迅速下降，顯示了在配子發(fā)生期糖原沒有向脂質(zhì)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，這與Park等[48]對(duì)韓國(guó)沿岸毛蚶的相關(guān)研究結(jié)果一致。研究結(jié)果顯示，不同物種其糖原和脂質(zhì)代謝的相關(guān)關(guān)系具有種類特異性。

糖原磷酸化酶和糖原合成酶是糖原代謝關(guān)鍵酶，其表達(dá)水平與繁殖周期中糖原的儲(chǔ)存和消耗有關(guān)[49]。在配子發(fā)生期，三倍體長(zhǎng)牡蠣性腺發(fā)育受阻，生殖輸出的能量代謝比例較低，其糖原含量顯著高于二倍體牡蠣[50]。在此階段，二倍體長(zhǎng)牡蠣糖原含量的降低伴隨著糖原磷酸化酶活性的下降，由于糖酵解酶附著于糖原顆粒上[51]，糖原水平的降低減少了糖酵解酶的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致其糖原磷酸化酶活性總體上呈現(xiàn)下降。但是二倍體牡蠣產(chǎn)卵后，其活性并未隨著糖原含量的增加而上升，其原因可能是由于此階段糖原合成是主要的過程，糖原合成酶活性增加，糖原磷酸化酶活性受到抑制。配子發(fā)生過程中，二倍體牡蠣糖原合成酶活性無明顯變化，說明此期糖原分解是主要過程，而非糖原合成。三倍體牡蠣在產(chǎn)卵期(7—8月)的糖原合成酶活性顯著高于其他月份，這可能是三倍體牡蠣糖原含量較高的一種“補(bǔ)償”機(jī)制，使其體現(xiàn)出糖原合成酶活性高、糖原含量高的特點(diǎn)[52]。其他糖代謝酶如章魚堿脫氫酶和丙酮酸激酶在繁殖過程中也與糖原水平的變化密切相關(guān)[53]。冰島櫛孔扇貝(Chlamysislandica)在性腺成熟和產(chǎn)卵過程中，糖原水平顯著下降，章魚堿脫氫酶活性和糖原磷酸化酶活性與糖原同時(shí)降低, 而丙酮酸激酶活性無明顯變化，說明不同的糖代謝酶類與糖原水平有不同的相關(guān)性[54]。

3 環(huán)境因子的影響

3.1 溫度

溫度影響機(jī)體新陳代謝速率，高溫加快了雙殼貝類的代謝率，使能量消耗增加；暴露在較低溫度時(shí)，新陳代謝速率降低，能量消耗減少[55-60]。溫度對(duì)雙殼貝類糖原含量的影響研究在雙殼貝類野外生長(zhǎng)和食品品質(zhì)研究時(shí)均有涉獵。耐受低溫脅迫時(shí)，沼蛤(Limnopernafortunei)貝殼關(guān)閉，此時(shí)不再接觸食物和水中氧氣，新陳代謝活力降低，能耗減少，糖原消耗減少，其糖原水平可以在5 ℃低溫時(shí)維持穩(wěn)定[61]。冬季溫度下降，菲律賓蛤仔體內(nèi)的糖原會(huì)停止積累并開始分解，由糖原轉(zhuǎn)換成海藻糖這種抗寒物質(zhì)來防止組織被凍傷，糖原含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[62]。溫度對(duì)糖原含量的影響，還與生殖發(fā)育相關(guān)。當(dāng)菲律賓蛤仔處于高溫環(huán)境中，性腺發(fā)育迅速，糖原被消耗；在低溫情況下，性腺發(fā)育較慢，能量?jī)?chǔ)備以糖原的形式積累[63]。貝類水產(chǎn)品保活保鮮中，糖原含量則呈現(xiàn)受溫度與儲(chǔ)存方式共同影響。海灣扇貝(Argopectenirradians)在低溫?zé)o水保活時(shí)，由于未攝食，會(huì)分解體內(nèi)糖原以滿足能量需求，使糖原含量下降[64]。劉洋等[65]將鮮活的蝦夷扇貝(Patinopectenyessoensis)置于冰箱(4 ℃)中進(jìn)行干露貯藏，0～1 d，蝦夷扇貝中閉殼肌的糖原含量顯著下降，從第2天開始，由于代謝能力減弱，糖原含量變化趨勢(shì)不顯著。秦小明等[66]將文蛤(Meretrixmeretrix)分別置于5、10、15、20 ℃下進(jìn)行無菌海水保活，5 d內(nèi)糖原含量均急劇下降，但較高溫度組(15、20 ℃)中，新陳代謝速率高，糖原含量較5、10 ℃下降速率快，且其存活率大大降低。

不同雙殼貝類糖原含量的季節(jié)性變化存在差異。冬春季與夏秋季相比，雜色蛤(Ruditapesvariegata)、縊蟶(Sinonovaculaconstricta)、褶牡蠣(Ostreaplicatula)的新陳代謝速度降低，糖原消耗降低，其含量下降緩慢[67]。A.lischkeana在春季出現(xiàn)糖原峰值，秋季最低；毛蚶在冬春出現(xiàn)糖原峰值，夏秋最低；菲律賓蛤仔在春夏出現(xiàn)糖原峰值，秋冬最低：顯示糖原代謝的季節(jié)變化具有種特異性[1]。紫貽貝中消化腺、肌肉、鰓、外套膜及其他組織中糖原變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)春季和初夏糖原含量迅速增加，夏末(7—9月)出現(xiàn)小幅波動(dòng)，而秋季和初冬(10月—翌年1月中旬)，糖原含量逐漸下降，于2—3月達(dá)最低水平[29]。

雙殼貝類糖原含量受溫度影響的部分試驗(yàn)研究結(jié)果見表2，總體而言，糖原含量受溫度(或季節(jié))影響，變化響應(yīng)靈敏，是反映雙殼貝類品質(zhì)及代謝特征的一個(gè)重要指標(biāo)。

表2 溫度或季節(jié)影響下雙殼貝類的糖原變化

3.2 鹽度

鹽度與雙殼貝類滲透壓調(diào)節(jié)密切相關(guān)，對(duì)其生長(zhǎng)和能量代謝產(chǎn)生影響，鹽度的變化同樣會(huì)影響糖原含量的變化。佘智彩等[68]以鹽度0、8、16、32、40 為脅迫鹽度,以正常海水(鹽度24)為對(duì)照，分析了鹽度對(duì)香港巨牡蠣(C.hongkongensis)糖原變化的影響。結(jié)果表明，0～8 h，除鹽度為8的試驗(yàn)組外,其余各組與對(duì)照組鹽度值相差越大，其糖原含量下降的幅度越大。究其原因，可能是由于鹽度的劇烈變化引起牡蠣?wèi)?yīng)激反應(yīng)，使其消耗糖原以抵抗外界環(huán)境的干擾，維持自身的滲透平衡。菲律賓蛤仔在不同鹽度(0、7、14、21、28、35)下的滲透調(diào)節(jié)研究結(jié)果表明，滲透調(diào)節(jié)需要消耗大量的能量，蛤仔糖原含量呈現(xiàn)出隨鹽度的降低而降低的特點(diǎn)[69]。

生長(zhǎng)在沿岸潮間帶、河口的雙殼貝類，易受到陸源徑流帶來的鹽度變化沖擊。不同區(qū)域不同年度降雨的多寡，也可能造成貝類養(yǎng)殖水域鹽度差異。因此，研究鹽度變化對(duì)不同雙殼貝類糖原代謝(糖原含量)的影響，揭示其變化規(guī)律，可能對(duì)評(píng)價(jià)不同水域適養(yǎng)貝類類型及其品質(zhì)具有參考價(jià)值。

3.3 污染物

環(huán)境因素的任何變化都會(huì)對(duì)貝類神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致生化過程的改變[70]。污染物會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的物理刺激壓力，導(dǎo)致快速運(yùn)動(dòng)和呼吸速率增加，從而增加了對(duì)儲(chǔ)備糖原的消耗，導(dǎo)致糖原含量減少。隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重，雙殼貝類同樣受到各種污染物的影響。雙殼貝類Lamellidensmarginalis暴露于不同濃度鎘96 h后，貝類大部分組織糖原含量減少?？赡苁怯捎谪愵悜?yīng)激狀態(tài)下迅速動(dòng)用糖原，以葡萄糖的形式提供能量以滿足機(jī)體的能量需求[71]。Kamble等[72]用有機(jī)氯農(nóng)藥硫丹處理不同季節(jié)Lamellidenscorrianus的性腺，結(jié)果表明，糖原含量均有不同程度的下降，且夏季貝類的糖原含量下降更為明顯。

3.4 其他因子

糖原是許多雙殼貝類在厭氧條件下的主要能量來源，雙殼貝類的死亡與糖原含量的降低相關(guān)[73]。Uzaki等[74]檢驗(yàn)了糖原含量作為反映菲律賓蛤仔暴露于低氧水域中生理狀態(tài)指標(biāo)的有效性，結(jié)果表明：在常氧條件下，死亡率沒有明顯上升，糖原含量也無明顯下降；缺氧條件下，糖原含量急劇下降，死亡率明顯上升。另外糖原的儲(chǔ)存與利用和食物供應(yīng)密切相關(guān)[75]，在食物匱乏的情況下，長(zhǎng)牡蠣沒有食物來源的能量收入，其能量代謝機(jī)制發(fā)生變化，動(dòng)用自身儲(chǔ)存的糖原為生命活動(dòng)提供能量，導(dǎo)致在饑餓的情況下糖原含量迅速下降[76]。

4 存在問題及展望

我國(guó)貝類產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向主要集中在優(yōu)化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、提升養(yǎng)殖產(chǎn)品品質(zhì)以及新品種的選育。從這些發(fā)展方向來看糖原的研究，筆者認(rèn)為主要集中在以下3個(gè)方面：

(1)以糖原為品種選育指標(biāo)的分子機(jī)理研究。高糖原的貝類新品種選育不僅要關(guān)注其組織糖原水平，而且應(yīng)關(guān)注糖原的分布及變化幅度。糖原作為一種直接受到攝食與運(yùn)動(dòng)調(diào)控的能量貯存物質(zhì)，其貯存分布的種類特異性與其生理特征直接對(duì)應(yīng)。隨著糖原積累與代謝整體途徑的揭示，闡明其所有代謝通路的基因型與生化表型的關(guān)聯(lián)性是其中的關(guān)鍵問題。

(2)以糖原為產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)的代謝特征研究。糖原在養(yǎng)殖和加工的全過程中，會(huì)出現(xiàn)糖原的異生反應(yīng)，即由糖原降解為單糖及單糖進(jìn)一步進(jìn)入糖酵解、戊糖途徑與脂類代謝路徑，闡明糖原在這些路徑過程中所呈現(xiàn)的主要物質(zhì)結(jié)構(gòu)與定量關(guān)系，將為糖原作為貝類優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品的品質(zhì)指標(biāo)提供更為全面的科學(xué)解釋，并有可能在此基礎(chǔ)上提出更有針對(duì)性的糖原保持技術(shù)。

(3)以糖原為指標(biāo)優(yōu)化貝類養(yǎng)殖水域的種類結(jié)構(gòu)。貝類的糖原代謝及其相關(guān)的能量調(diào)控，不僅取決于生殖需求或溫度、鹽度等非生物環(huán)境因子的影響，而且與食物的供應(yīng)密切相關(guān)。在升溫、海水酸化等全球變化背景下，以及環(huán)境污染等區(qū)域性環(huán)境變化的影響下，養(yǎng)殖水體中微型藻類生物量、組成和結(jié)構(gòu)等都發(fā)生了變化，從而造成了貝類食物可獲得性、食物品質(zhì)(營(yíng)養(yǎng)、能量、有害物質(zhì))等的差異。但目前針對(duì)微藻種類、密度、組成結(jié)構(gòu)等差異對(duì)貝類糖原影響的研究較為缺乏，而這些研究對(duì)綜合解析貝類產(chǎn)量的歷史變遷、品質(zhì)變化的規(guī)律和機(jī)制具有重要指導(dǎo)價(jià)值。

從當(dāng)前的研究狀況來看，在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展或生物監(jiān)測(cè)中，使用糖原作為判別指標(biāo)與診斷工具仍相對(duì)較少。主要原因是僅以糖原含量的相對(duì)差異和變化，尚不足以形成一個(gè)指導(dǎo)性的指標(biāo)。因此，在針對(duì)不同物種進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上，深入挖掘糖原代謝全過程及其生理學(xué)功能的生物學(xué)底層規(guī)律，利用糖原的靈敏響應(yīng)、快速啟用及組織轉(zhuǎn)移等特征，從而有效建立一套高效靈敏的貝類品質(zhì)評(píng)價(jià)體系，推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的科學(xué)健康發(fā)展。