鹽度脅迫下凡納濱對(duì)蝦體內(nèi)蝦青素在著色與抗氧化的資源權(quán)衡

楊夢(mèng)煊, 王寶杰, 劉 梅, 蔣克勇, 仲 晨, 王 雷, 3

鹽度脅迫下凡納濱對(duì)蝦體內(nèi)蝦青素在著色與抗氧化的資源權(quán)衡

楊夢(mèng)煊1, 3, 王寶杰1, 2, 劉 梅4, 蔣克勇1, 2, 仲 晨4, 王 雷1, 2, 3

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 中國(guó)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院 海洋大科學(xué)中心, 山東 青島 266071; 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 4. 山東省海洋科學(xué)研究院 青島市水產(chǎn)生物品質(zhì)評(píng)價(jià)與利用工程研究中心, 山東 青島 266104)

工廠化養(yǎng)殖中產(chǎn)生的環(huán)境壓力, 會(huì)導(dǎo)致對(duì)蝦應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生以及體色的減弱。為了探究脅迫下對(duì)蝦體內(nèi)蝦青素的消耗規(guī)律以及對(duì)蝦的著色與抗氧化之間的關(guān)聯(lián)性, 本研究通過(guò)蝦青素強(qiáng)化后鹽度脅迫的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明, 與強(qiáng)化前相比, 蝦青素強(qiáng)化后植物源(夏側(cè)金盞花)蝦青素(d-AST)、合成蝦青素(p-AST)處理的對(duì)蝦肝胰腺中蝦青素含量分別增加48.0%和17.5%; 蝦殼中分別增加42.8%和45.2%。富含酯化型蝦青素的d-AST在肝胰腺中具有更高的沉積量; 而由游離蝦青素組成的p-AST在蝦殼中具有更高的沉積量, 不同形式的蝦青素在不同組織中的沉積具有一定的偏好性。兩個(gè)處理組對(duì)蝦的體色明顯增強(qiáng)。與鹽度脅迫前相比, 脅迫后d-AST、p-AST肝胰腺中蝦青素含量分別減少了15.1%和5.7%, 對(duì)照組(Ctrl)含量無(wú)變化; 蝦殼中分別減少了17.8%、52.9%和14.3%, 各組對(duì)蝦的體色均顯著減弱。脅迫24 h檢測(cè)到編碼蝦青素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白β-1, 3-葡聚糖結(jié)合蛋白(βGBP-HDL)基因的顯著上調(diào)表達(dá), 可能與蝦殼中蝦青素的減少有關(guān)。隨著脅迫的進(jìn)行, 與對(duì)照組相比, 兩個(gè)處理組的抗氧化基因均呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)的趨勢(shì); 各組抗氧化能力呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì), 并在48 h時(shí)達(dá)到最大值, d-AST、p-AST分別為對(duì)照組的1.35和1.30倍。據(jù)此, 作者推測(cè)對(duì)蝦體內(nèi)的蝦青素是按照資源權(quán)衡的原則在著色和抗氧化功能中進(jìn)行分配的, 在遭受環(huán)境脅迫時(shí), 對(duì)蝦會(huì)優(yōu)先將用于著色部分的蝦青素(蝦殼中)轉(zhuǎn)運(yùn)至肝胰腺中參與抗氧化, 進(jìn)而表現(xiàn)為體色的減弱和抗氧化能力的上升。

凡納濱對(duì)蝦(); 蝦青素; 體色; 抗氧化

在工廠化的養(yǎng)殖、采捕和運(yùn)輸過(guò)程中, 一些物理壓力如分級(jí)、運(yùn)輸、處理、擁擠和密閉等, 會(huì)導(dǎo)致凡納濱對(duì)蝦()應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生[1]和體色的減弱。這一現(xiàn)象提示, 對(duì)蝦的體色與應(yīng)激過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)或許具有某種聯(lián)系。蝦青素與水生動(dòng)物皮膚和肌肉的色素沉著密切相關(guān)[2-4], 同時(shí)具有強(qiáng)大的抗氧化性能, 在水生動(dòng)物的生長(zhǎng)和存活以及抗應(yīng)激和提高免疫等方面發(fā)揮著重要作用[5-7]。蝦青素表現(xiàn)出與資源權(quán)衡假說(shuō)相吻合的特征, 這表明其在對(duì)蝦的體內(nèi)可能以資源權(quán)衡的方式發(fā)揮作用。

資源權(quán)衡假說(shuō)是動(dòng)物性選擇中維持顏色顯示的信號(hào)誠(chéng)實(shí)的假設(shè)之一[8-9], 該假說(shuō)認(rèn)為只有健康狀況良好的個(gè)體才能“負(fù)擔(dān)得起”形成高質(zhì)量的具有裝飾功能的體貌特征[10]。這種假說(shuō)有兩個(gè)關(guān)鍵假設(shè): (1)著色所需的資源稀缺或難以獲得; (2)著色所需的資源同時(shí)具有重要的生理功能。在鳥類中, 類胡蘿卜素被認(rèn)為以資源權(quán)衡的方式在裝飾功能和生理功能(主要是在抗氧化過(guò)程中)進(jìn)行分配權(quán)衡[11-14],在發(fā)育過(guò)程中, 個(gè)體可以改變用于裝飾的類胡蘿卜素的數(shù)量。FAIVRE等[15]對(duì)歐洲黑鳥()進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)有力地證明了免疫激活過(guò)程中類胡蘿卜素從著色轉(zhuǎn)向免疫和抗氧化功能。而在遭受環(huán)境壓力后對(duì)蝦體色變淡意味著蝦青素含量降低, 那么消失的蝦青素是否與對(duì)蝦的應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)？

因此, 為了探究對(duì)蝦的體色變化與應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)系, 本研究以兩種不同來(lái)源的蝦青素產(chǎn)品作為添加劑進(jìn)行短期強(qiáng)化以獲得不同蝦青素水平的對(duì)蝦, 并通過(guò)急性鹽度脅迫使對(duì)蝦充分應(yīng)激, 從而研究蝦青素在對(duì)蝦體內(nèi)著色和抗氧化之間的分配, 以期對(duì)資源權(quán)衡假說(shuō)進(jìn)行補(bǔ)充, 并為蝦青素在對(duì)蝦養(yǎng)殖中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用蝦與飼料

所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均按照《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理與使用指南》[16]進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)用凡納濱對(duì)蝦由青島瑞滋海珍品發(fā)展有限公司暫養(yǎng), 幼蝦發(fā)育65 d后(初始體質(zhì)量, 6.40±0.25 g)正式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)飼料采用南美白對(duì)蝦配合飼料(山東海博農(nóng)牧科技有限公司), 基礎(chǔ)飼料中蝦青素濃度為2.83±0.19 mg/kg。不同蝦青素產(chǎn)品以90 mg/kg的終濃度添加到飼料中均勻混合后進(jìn)行投喂, 現(xiàn)用現(xiàn)配。實(shí)驗(yàn)所用蝦青素產(chǎn)品均為購(gòu)買所得, 分別為d-AST (夏側(cè)金盞花()提取物, 主要成分為雙酯蝦青素)和 p-AST (合成的游離蝦青素), 不同來(lái)源蝦青素產(chǎn)品信息見表1。

表1 不同來(lái)源蝦青素產(chǎn)品信息

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與日常管理

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見圖1, 分為兩個(gè)階段, 第一個(gè)階段是蝦青素強(qiáng)化階段, 對(duì)蝦被隨機(jī)分配到9個(gè)PVC水槽中(0.5 m3, 每桶250只蝦), 分為兩個(gè)處理組和一個(gè)對(duì)照組, 分別投喂添加90 mg/kg d-AST、90 mg/kg p-AST的飼料和基礎(chǔ)飼料, 每組3個(gè)平行。日投喂量為對(duì)蝦體質(zhì)量的3 %, 持續(xù)14 d。實(shí)驗(yàn)期間水溫維持在27～29 ℃, 溶解氧>5.0 mg/L, pH為7.0～7.8, 氨氮濃度為 0.1～2.0 mg/L, 亞硝酸鹽濃度為0.1～1.8 mg/L, 鹽度為30。第二個(gè)階段是脅迫階段, 經(jīng)過(guò)強(qiáng)化后的對(duì)蝦被隨機(jī)分配到9個(gè)PVC水槽(0.3 m3, 每桶70只蝦), 均投喂基礎(chǔ)飼料, 設(shè)置鹽度3‰進(jìn)行脅迫實(shí)驗(yàn)。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖

注: 實(shí)驗(yàn)由連續(xù)的兩個(gè)階段組成, 分別為強(qiáng)化階段和脅迫階段; Ctrl: 對(duì)照組; d-AST: 植物源(夏側(cè)金盞花)蝦青素; p-AST: 合成蝦青素

1.3 體色檢測(cè)

分別在實(shí)驗(yàn)的第1天、第14天(0 h)和第18天(96 h)在每處理組中取若干只對(duì)蝦, 煮熟后比較體色, 方法參照NOGUEIRA等[19]。使用在白色參考板上校準(zhǔn)的NR200色度計(jì)(三恩時(shí)科技有限公司)進(jìn)行比色分析。根據(jù)國(guó)際照明委員會(huì)的概念[20], 顏色是外觀的三維特征, 由一個(gè)亮度屬性(L*)和兩個(gè)色度屬性(色調(diào)和色度)組成。對(duì)蝦的顏色主要由a*(紅/綠色度)和b*(黃/藍(lán)色度)表示。所有對(duì)蝦煮熟后立即進(jìn)行顏色測(cè)量, 在蝦的腹部區(qū)域分別進(jìn)行3次讀數(shù), 總是在蝦的右側(cè)。主觀評(píng)分是在標(biāo)準(zhǔn)化的熒光燈下使用Lineal Salmofan (帝斯曼(中國(guó))有限公司)進(jìn)行的, 3名研究人員為每種動(dòng)物記錄的分?jǐn)?shù)都是一致的。

1.4 蝦青素含量檢測(cè)

分別在實(shí)驗(yàn)的第1天、第14天(0 h)和第18天(96 h)在每處理組中取若干只對(duì)蝦, 分別取肝胰腺、蝦殼以及去除肌肉后的整蝦進(jìn)行液氮速凍。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)一送至中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所測(cè)定蝦青素含量, 檢測(cè)方法參照CIFUENTES等[21]的方法進(jìn)行, 通過(guò)高效液相色譜法(HPLC)從類胡蘿卜素總提取物中分離并測(cè)定蝦青素。

1.5 抗氧化能力檢測(cè)

脅迫階段開始后, 分別在0、12、24、48、96 h的每處理組取5只對(duì)蝦肝胰腺放入離心管中, 使用0.86%冷生理鹽水進(jìn)行稀釋勻漿, 然后在0～4 ℃下以2 500 r/min的速度離心10 min, 保留上清液, 根據(jù)制造商的說(shuō)明使用試劑盒進(jìn)行總抗氧化能力測(cè)定(南京建成生物工程研究所)。

1.6 基因表達(dá)檢測(cè)

脅迫階段開始后, 分別在0、12、24、48、96 h的每處理組取3只對(duì)蝦肝胰腺保存于RNA guard中, 4 ℃放置24 h后液氮速凍。使用SPARKEasy組織/細(xì)胞RNA提取試劑盒(山東思科捷生物技術(shù)有限公司)從每個(gè)樣本中提取總RNA, 并使用SPARKSCRIPT II RT Plus試劑盒反轉(zhuǎn)錄獲得互補(bǔ)DNA。以β-actin為參照基因, 采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR(RT-qPCR)技術(shù)測(cè)定抗氧化基因錳超氧化物歧化酶基因(), 谷胱甘肽過(guò)氧化物酶基因(), 谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶基因()以及熱休克蛋白70基因()和蝦青素載體蛋白β-1, 3-葡聚糖結(jié)合蛋白()的相對(duì)表達(dá), 引物見表2。使用2–ΔΔCT方法對(duì)相對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行量化。所有樣品都進(jìn)行了1式3份的分析。

表2 RT-qPCR引物序列

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示, 采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素重復(fù)測(cè)量的方差分析和 Duncan法多重比較,<0.05為差異性顯著。

2 結(jié)果

2.1 投喂不同來(lái)源蝦青素對(duì)蝦的生長(zhǎng)性能

由表3可知, 在蝦青素強(qiáng)化階段, 添加蝦青素的處理組增質(zhì)量和特定生長(zhǎng)率以及存活率均高于對(duì)照組, 但是差異并不顯著(>0.05), 表明在為期兩周的強(qiáng)化階段, 日糧中添加外源蝦青素對(duì)于對(duì)蝦的生長(zhǎng)并無(wú)顯著影響。

表3 強(qiáng)化階段不同處理組對(duì)蝦的生長(zhǎng)性能

注: 增質(zhì)量(g)=M–0, 特定生長(zhǎng)率(%/天)=[ (lnM–ln0)/]×100%, 存活率(%)=(N/0)×100%, M為對(duì)蝦終末體質(zhì)量,0為對(duì)蝦初始體質(zhì)量,為實(shí)驗(yàn)天數(shù),N為實(shí)驗(yàn)終末存活對(duì)蝦數(shù)量,0為實(shí)驗(yàn)初始投放對(duì)蝦數(shù)量。數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示(=20), 同一行不同上標(biāo)表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05)。

由圖2可知, 在鹽度脅迫階段, 脅迫開始后, 各組對(duì)蝦均急劇死亡, 在12 h后存活率均下降至50%以下, 在48 h后穩(wěn)定維持在30%～40%。整個(gè)脅迫階段, 各組存活率均無(wú)顯著差別(>0.05), 對(duì)蝦受到了充分的急性鹽度脅迫。

圖2 脅迫階段不同處理對(duì)蝦的存活率

2.2 投喂不同來(lái)源蝦青素對(duì)蝦在鹽度脅迫下體色的變化

由圖3可知, 在經(jīng)過(guò)蝦青素強(qiáng)化后, 可以觀察到體色(熟色)明顯變紅, 根據(jù)Salmofan評(píng)分可知, p-AST處理組具有更好的著色效果。在經(jīng)過(guò)鹽度脅迫后, 可以觀察到體色明顯變淡, 較實(shí)驗(yàn)起始時(shí)紅度(a*)更低, d-AST組保持了相對(duì)較強(qiáng)的紅色。

由表4可見, 在經(jīng)過(guò)蝦青素強(qiáng)化后, 各組對(duì)蝦的尾部體色紅度均增大, 黃度(b*)均減小, d-AST和p-AST處理組對(duì)蝦的紅度均顯著強(qiáng)于對(duì)照組(0.05), 其中p-AST處理組紅度值最大; 對(duì)蝦經(jīng)過(guò)鹽度脅迫后, 各組對(duì)蝦的尾部體色紅度和黃度均減小, d-AST和p-AST處理組對(duì)蝦的紅度仍顯著強(qiáng)于對(duì)照組(<0.05), 其中d-AST處理組維持了相對(duì)較高的紅度, 這與圖3中的結(jié)果一致。

圖3 不同來(lái)源蝦青素處理對(duì)蝦體色的變化

注: 從左到右依次為初始、強(qiáng)化后和脅迫后; 右上角的數(shù)字是Salmofan評(píng)分。

表4 不同來(lái)源蝦青素處理對(duì)蝦的體色參數(shù)

注: a*: 紅/綠色度; b*: 黃/藍(lán)色度; 數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示(=3), 同一列不同上標(biāo)表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05)

2.3 投喂不同來(lái)源蝦青素對(duì)蝦在鹽度脅迫下各組織蝦青素含量變化

由圖4a可知, 在經(jīng)過(guò)蝦青素強(qiáng)化階段后, 對(duì)照組對(duì)蝦整蝦中的蝦青素含量無(wú)明顯變化, d-AST和p-AST處理組中整蝦蝦青素含量均顯著增加(< 0.05), 并顯著高于對(duì)照組(<0.05), 分別達(dá)到對(duì)照組的1.5倍和1.8倍, 表明兩個(gè)處理組中外源蝦青素有效沉積在對(duì)蝦體內(nèi)。經(jīng)過(guò)鹽度脅迫階段后, 對(duì)照組和p-AST處理組整蝦的蝦青素含量均顯著降低(<0.05), 而d-AST處理組中整蝦蝦青素含量無(wú)明顯變化。

由圖4b可知, 在經(jīng)過(guò)蝦青素強(qiáng)化階段后, 對(duì)照組對(duì)蝦肝胰腺中蝦青素含量顯著降低(<0.05); d-AST處理組中對(duì)蝦肝胰腺蝦青素含量顯著升高(<0.05), 與起始相比增長(zhǎng)48.0%; p-AST處理組中對(duì)蝦肝胰腺蝦青素含量升高 (=0.216), 與起始相比增長(zhǎng)17.5%, d-AST處理組的對(duì)蝦肝胰腺擁有最高的蝦青素含量。經(jīng)過(guò)鹽度脅迫階段后, 對(duì)照組對(duì)蝦肝胰腺中蝦青素含量無(wú)明顯變化, d-AST處理組中肝胰腺蝦青素含量降低(=0.093), 與前階段相比降低15.1%; p-AST處理組肝胰腺蝦青素含量降低(= 0.189), 降低5.7%。

圖4 不同處理各組織中蝦青素的含量變化

注: 不同字母表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(<0.05,5)

由圖4c可知, 在經(jīng)過(guò)蝦青素強(qiáng)化階段后, 對(duì)照組對(duì)蝦蝦殼中蝦青素含量無(wú)明顯變化, d-AST處理組和p-AST處理組中對(duì)蝦蝦殼中蝦青素含量均顯著升高(<0.05), 與起始相比分別增長(zhǎng)42.8%和45.2%, p-AST處理組的對(duì)蝦蝦殼中擁有最高的蝦青素含量。經(jīng)過(guò)鹽度脅迫階段后, 3個(gè)處理組對(duì)蝦蝦殼中的蝦青素含量均顯著降低(<0.093), 與前階段相比分別降低14.3%、17.8%和52.9%。

2.4 投喂不同來(lái)源蝦青素對(duì)蝦在鹽度脅迫下肝胰腺抗氧化能力

由圖5可知, 在鹽度脅迫階段, 隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng), 3個(gè)處理組對(duì)蝦的總抗氧化能力均呈先上升后下降的趨勢(shì), 與對(duì)照組相比, d-AST和p-AST處理組擁有相似水平的起點(diǎn)和終點(diǎn), 但兩個(gè)處理組上升趨勢(shì)更急劇且在48 h達(dá)到更高水平的抗氧化能力最大值, 分別較對(duì)照組高35.4%和30.1%。

由圖6可知, 在鹽度脅迫階段, 隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng), 與對(duì)照組相比, d-AST和p-AST處理組的抗氧化基因,,和的表達(dá)均表現(xiàn)出了先降低后升高再降低的趨勢(shì)。與d-AST處理組相比, p-AST處理組抗氧化基因表達(dá)的變化表現(xiàn)出一定的滯后性, d-AST處理組和基因均在24 h達(dá)到最高的表達(dá)水平, 而p-AST處理組在48或48 h之后才達(dá)到最高水平的表達(dá)。

圖5 投喂不同來(lái)源蝦青素對(duì)蝦在鹽度脅迫下的總抗氧化能力變化

注: 不同字母表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(<0.05,=6)

圖6 投喂不同來(lái)源蝦青素對(duì)蝦在鹽度脅迫下肝胰腺抗氧化基因表達(dá)情況

注: a. d-AST; b. p-AST, 不同字母表示不同時(shí)間之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(<0.05,=3) ; “*”. 同一時(shí)間對(duì)照組和處理組之間存在顯著性差異(<0.05)

2.5 β-1, 3-葡聚糖結(jié)合蛋白的表達(dá)

由圖7可知, 在鹽度脅迫階段, 隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng), 與對(duì)照組相比, d-AST和p-AST處理組的肝胰腺β-1, 3-葡聚糖結(jié)合蛋白(βGBP-HDL)基因均在24 h時(shí)達(dá)到了相當(dāng)高的表達(dá)水平, 分別是對(duì)照組的97倍和145倍。在其他時(shí)間, d-AST處理組基因表達(dá)均顯著強(qiáng)于對(duì)照組(<0.05)。

圖7 投喂不同來(lái)源蝦青素對(duì)蝦在鹽度脅迫下βGBP-HDL基因表達(dá)情況

注: “*”. 同一時(shí)間對(duì)照組和處理組之間存在顯著性差異(<0.05)

3 討論

研究表明, 蝦青素可以顯著增強(qiáng)動(dòng)物的免疫力和對(duì)惡劣環(huán)境的抵抗力。在飼料中添加蝦青素可增強(qiáng)對(duì)蝦的抗逆性, 還可以促進(jìn)對(duì)蝦天然體色的產(chǎn)生。然而, 高密度養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的物理壓力, 會(huì)導(dǎo)致對(duì)蝦應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生和體色的減弱。因此探究環(huán)境脅迫下對(duì)蝦體內(nèi)蝦青素的消耗規(guī)律以及對(duì)蝦的著色與抗氧化之間的關(guān)聯(lián)性具有重要意義。

本研究結(jié)果表明投喂添加蝦青素的飼料對(duì)對(duì)蝦的生長(zhǎng)性能和存活率均有一定的改善作用, 但效果并不顯著(>0.05), 在以前的研究中發(fā)現(xiàn)添加外源蝦青素可顯著增強(qiáng)對(duì)蝦的生長(zhǎng)性能[24], 但是也有一些研究報(bào)道添加蝦青素對(duì)于對(duì)蝦的生長(zhǎng)并無(wú)顯著影響[6, 25], 結(jié)合本實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 這可能與蝦青素的處理時(shí)間和添加劑量有關(guān)。本研究選擇了一種短時(shí)間高劑量的蝦青素強(qiáng)化方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 而蝦青素對(duì)于對(duì)蝦生長(zhǎng)的影響可能是長(zhǎng)期的、緩慢的。在脅迫階段, 結(jié)果顯示添加蝦青素的處理組的存活率與對(duì)照組有顯著差別(>0.05), 這與CHIEN等[26]的研究不同, 在他們的研究中發(fā)現(xiàn), 增加對(duì)蝦體內(nèi)蝦青素含量可以明顯增強(qiáng)對(duì)蝦對(duì)熱和滲透脅迫的抵抗力。這可能與脅迫處理的時(shí)間和程度有關(guān), 為了使對(duì)蝦受到充分的脅迫, 本研究采用了3‰鹽度的持續(xù)處理, 這種長(zhǎng)時(shí)間低鹽度的脅迫可能超過(guò)了蝦青素的可調(diào)節(jié)范圍, 使得處理組和對(duì)照組在存活率上沒有明顯的差別。

蝦青素是對(duì)蝦中主要的類胡蘿卜素, 是形成蝦的體色的主要原因; 同時(shí)蝦青素對(duì)對(duì)蝦的抗氧化能力、應(yīng)激緩解、免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)和抗病力均有積極影響, 這些生物學(xué)功能在很大程度上可以歸因于蝦青素強(qiáng)大的抗氧化性能[25-26]。同時(shí), 對(duì)蝦缺乏從頭生物合成蝦青素的能力[27], 這意味著對(duì)蝦體內(nèi)的蝦青素符合資源權(quán)衡假說(shuō)的兩個(gè)關(guān)鍵假設(shè), 即作為著色資源稀缺或難以獲得以及具有其他重要的生理功能[10], 蝦青素在對(duì)蝦體內(nèi)的利用或許也符合資源權(quán)衡假說(shuō), 在著色功能和抗氧化功能之間進(jìn)行權(quán)衡的。

為了驗(yàn)證這一猜測(cè), 本研究在飼料中添加兩種不同來(lái)源的蝦青素對(duì)凡納濱對(duì)蝦進(jìn)行強(qiáng)化, 并成功獲得了不同蝦青素水平的對(duì)蝦, 在兩個(gè)處理組中, 蝦青素有效沉積在肝胰腺或蝦殼中。同時(shí)觀察到了對(duì)蝦體色的顯著增強(qiáng), 而對(duì)蝦的體色主要是由皮下組織與蝦殼中的蝦青素決定[28-29], 因此, 蝦殼中沉積的蝦青素可以被認(rèn)為是分配到著色功能的部分, 各組中蝦殼蝦青素的含量高低(圖4c)與體色強(qiáng)弱(圖3、表4)的對(duì)應(yīng)關(guān)系也證明了這一假設(shè)。通過(guò)d-AST和p-AST處理組進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn), 對(duì)蝦對(duì)于不同構(gòu)型的蝦青素在不同組織中的沉積似乎具有偏好性, 富含酯化型蝦青素的d-AST處理組中, 蝦青素在肝胰腺中具有更高的沉積量; 而由游離蝦青素組成的p-AST處理組中, 蝦青素在蝦殼中具有更高的沉積量, 這也解釋了為何游離型蝦青素具有更好的著色效果。

蝦青素作為外源攝入的抗氧化劑與內(nèi)源性抗氧化酶共同構(gòu)成了甲殼類動(dòng)物的綜合抗氧化防御系統(tǒng)[30], 本研究通過(guò)鹽度脅迫實(shí)驗(yàn)對(duì)蝦青素的抗氧化功能進(jìn)行了檢驗(yàn)。隨著脅迫實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行, 對(duì)蝦受到了充分的脅迫, 對(duì)蝦的總抗氧化能力逐漸增強(qiáng), 并在48 h時(shí)達(dá)到最大值(圖5)。d-AST和p-AST處理組的總抗氧化能力擁有與對(duì)照組相似的起始和終止水平, 但是在48 h表現(xiàn)出顯著強(qiáng)于對(duì)照組的抗氧化能力(<0.05), 分別超出對(duì)照組35.4%和30.1%。這部分超出的抗氧化能力是由兩個(gè)處理組中高水平的蝦青素引起的。d-AST和p-AST處理組中抗氧化基因的表達(dá)同樣呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)(圖6)(0 h時(shí)各基因高水平的表達(dá)可能與脅迫實(shí)驗(yàn)開始時(shí)對(duì)蝦環(huán)境的變化有關(guān), 即從強(qiáng)化階段的水槽中轉(zhuǎn)移到脅迫階段的水槽中), 這些抗氧化基因可以調(diào)節(jié)抗氧化酶和分子伴侶蛋白的表達(dá), 構(gòu)成對(duì)氧化應(yīng)激的防御機(jī)制以維持免疫穩(wěn)態(tài)[31-33]。與總抗氧化能力不同, 抗氧化基因上調(diào)表達(dá)的最高峰出現(xiàn)得較早, 多在24～48 h內(nèi)達(dá)到最高水平的表達(dá), 而總抗氧化能力的增長(zhǎng)則在48 h或更晚, 這符合基因表達(dá)的規(guī)律。脅迫48 h后, 總抗氧化能力和抗氧化基因表達(dá)都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì), 表明對(duì)蝦對(duì)于鹽度脅迫的初步適應(yīng), 而48 h之后對(duì)蝦存活率維持穩(wěn)定也證明了這一點(diǎn)。

在觀察到對(duì)蝦抗氧化能力的增強(qiáng)的同時(shí), 我們也發(fā)現(xiàn)了對(duì)蝦體色的減弱。經(jīng)過(guò)鹽度脅迫后, 3個(gè)處理組中對(duì)蝦的體色均大幅度減弱了, 同時(shí)檢測(cè)到肝胰腺和蝦殼中蝦青素含量的減少(圖4b、4c), 尤其在蝦殼中, 與脅迫前相比, d-AST和p-AST處理組中蝦青素含量均顯著減少(0.05), p-AST處理組中甚至減少了52.9%。相比之下, 肝胰腺中蝦青素含量雖然也減少了, 但均不顯著(>0.05)。因此, 我們推測(cè), 在經(jīng)過(guò)脅迫后對(duì)蝦體內(nèi)免疫激活的過(guò)程中, 對(duì)蝦體內(nèi)發(fā)生了蝦青素的重新分配, 用于著色部分的蝦青素轉(zhuǎn)向了抗氧化功能。這與FAIVRE等[15]在雄性歐洲黑鳥中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)具有相似的結(jié)果, 在色素沉著過(guò)程的任何階段, 個(gè)體可以改變用于著色的色素的數(shù)量進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)化[34]。

對(duì)蝦體內(nèi)蝦青素的轉(zhuǎn)運(yùn)是通過(guò)β-1, 3-葡聚糖結(jié)合蛋白(βGBP-HDL)進(jìn)行的[35-36], 參照李曉華[23]的方法對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行了檢測(cè), 結(jié)果表明d-AST和p-AST處理組中肝胰腺中的基因在24 h時(shí)均表現(xiàn)出了極高水平的表達(dá), 分別達(dá)到對(duì)照組的97倍和145倍, 這表明在脅迫過(guò)程中, 大量βGBP-HDL被合成, 而蝦殼中的蝦青素也通過(guò)βGBP-HDL轉(zhuǎn)運(yùn)到肝胰腺中參與抗氧化。p-AST處理組中極高的基因表達(dá)水平也與之相關(guān), 相比于d-AST處理組, p-AST處理組在強(qiáng)化階段后在蝦殼中擁有更高的蝦青素水平, 然而在脅迫階段后卻含有更少的蝦青素, 大量的蝦殼中的蝦青素被轉(zhuǎn)運(yùn)到肝胰腺中, 由此可見, p-AST處理組更多地依靠蝦殼中的蝦青素, 而d-AST處理組的肝胰腺中蝦青素消耗更多, 這或許與兩種形式蝦青素的沉積的組織偏好性有關(guān)。p-AST處理組的對(duì)蝦主要依靠蝦殼中轉(zhuǎn)運(yùn)的蝦青素發(fā)揮抗氧化作用, 因此需要消耗更多的時(shí)間, 這也能解釋為什么p-AST處理組中抗氧化基因的表達(dá)變化相比于d-AST處理組更滯后。與蝦殼相比, 肝胰腺中的蝦青素的消耗則少得多。據(jù)此, 我們推測(cè)對(duì)蝦體內(nèi)的蝦青素是按照資源權(quán)衡的原則在著色和抗氧化功能中進(jìn)行分配的, 在遭受環(huán)境變化產(chǎn)生的脅迫時(shí), 對(duì)蝦會(huì)優(yōu)先將用于著色部分的蝦青素(蝦殼中)轉(zhuǎn)運(yùn)至肝胰腺中參與抗氧化, 進(jìn)而表現(xiàn)為體色的減弱和抗氧化能力的上升。

4 結(jié)論

不同來(lái)源和構(gòu)型的蝦青素在不同組織中的沉積具有偏好性, 植物源(酯化型)蝦青素在肝胰腺中具有更高的沉積量; 而由合成(游離)蝦青素在蝦殼中具有更高的沉積量。

對(duì)蝦體內(nèi)的蝦青素是按照資源權(quán)衡的原則在著色和抗氧化功能中進(jìn)行分配的, 在遭受環(huán)境脅迫時(shí), 對(duì)蝦會(huì)優(yōu)先將用于著色部分的蝦青素(蝦殼中)轉(zhuǎn)運(yùn)至肝胰腺中參與抗氧化, 進(jìn)而表現(xiàn)為體色的減弱和抗氧化能力的上升。

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Resource tradeoff between coloring and antioxidation of astaxanthin inunder salinity stress

YANG Meng-xuan1, 3, WANG Bao-jie1, 2, LIU Mei4, JIANG Ke-yong1, 2, ZHONG Chen4, WANG Lei1, 2, 3

(1. CAS and Shandong Province Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 4.Aquatic Organisms Quality Evaluation and Utilization Engineering Research Center, Marine Science Research Institute of Shandong Province, Qingdao 266104, China)

The environmental pressure generated by industrial culture causes stress and weakening of the body color of the shrimp. Our results show that astaxanthin (d-AST) and synthetic astaxanthin (p-AST) contents in the hepatopancreas of shrimps treated with astaxanthin increased by 48.0% and 17.5%, respectively, compared with those who were not treated with any form of astaxanthin. Astaxanthin content in shrimp shells increased by 42.8% and 45.2%, respectively. d-AST rich in esterified astaxanthin was deposited in high amounts in the hepatopancreas, whereas p-AST composed of free astaxanthin was deposited in high amounts in the shell. Different tissues had preferences for different forms of astaxanthin. The body color of shrimps in the two treatment groups was significantly enhanced. Astaxanthin content in hepatopancreas of d-AST and p-AST decreased by 15.1% and 5.7% after applying salinity stress, respectively, whereas its content in the control group remained unchanged. Astaxanthin content in shrimp shells of d-AST, p-AST and control group significantly decreased by 17.8%, 52.9%, and 14.3%, respectively. The expression of the gene encoding the astaxanthin transporter β-1, 3-glucan-binding protein (βGBP-HDL) was significantly upregulated after 24 h of stress, which may reduce astaxanthin content in the shrimp shell. A simultaneous upregulation in the expression of antioxidant genes with the progression of stress was observed in the two treatment groups compared with the control group. The antioxidant capacity of the groups increased, subsequently decreased, and finally reached the maximum value at 48 h. At 48 h, d-AST and p-AST were 1.35 and 1.30 times that of the control group, respectively. Therefore, we speculate that astaxanthin content in shrimp affects pigmentation and antioxidant functions according to the resource balance principle. Under environmental stress conditions, astaxanthin used for pigmentation (shrimp shell) is preferentially transported to the hepatopancreas to participate in antioxidation, which weakens body color and increases antioxidant capacity.

; astaxanthin; body color; antioxidation

Apr. 12, 2023

[National Natural Science Foundation of China-Joint 322 Fund of Shandong People’s Government, No. U1706209; Yellow River Delta Industry Leading Talent Project; Research Supplement Fund for Marine Science Research Institute of Shandong Province]

S963.14

A

1000-3096(2023)10-0032-11

10.11759/hykx20230412001

2023-04-12;

2023-04-26

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(NSFC-山東聯(lián)合基金)(U1706209); 黃河三角洲產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才項(xiàng)目; 山東省海洋科學(xué)研究院科研補(bǔ)助經(jīng)費(fèi)

楊夢(mèng)煊(1998—), 男, 湖北黃岡人, 碩士研究生, 主要從事凡納濱對(duì)蝦營(yíng)養(yǎng)與免疫學(xué)研究, E-mail: yangmx998@163.com; 王雷(1966—),通信作者, 男, 研究員, 主要從事水產(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)免疫、環(huán)境調(diào)控、病害防治及水產(chǎn)品安全學(xué)研究, E-mail: wanglei@qdio.ac.cn

(本文編輯: 譚雪靜)