海洋生态与环境科学重点实验室知识库

    海洋酸化不仅直接影响海洋中钙化生物的碳酸钙结构贝壳形成等生理过程，而且影响海洋污染物尤其是重金属的存在形式和生物可利用性，进而影响其生物毒性。因此，在海水酸化背景下海洋生物对重金属生物毒性的效应引起广泛的研究。本研究旨在探究海水酸化（SA）和甲基汞（MeHg）胁迫对文蛤Meretrix petechialis (Lamarck）内脏团和鳃中重要的生理生化过程（抗氧化防御、免疫应答和生物矿化）的影响，并通过综合生物标志物响应指数（IBR）和主成分分析（PCA）等方法来评估共同胁迫对这些生理生化过程的综合影响，以期为筛选海洋酸化和重金属（MeHg）胁迫的生物标志物、评估贝类对此类共同胁迫的响应机制提供科学参考。

    本实验将采集于野外的文蛤置于不同pH水平（二氧化碳分压/对应IPPC海洋酸化预测情景；pH 8.10/背景水平、7.70/中度酸化和7.30/高度酸化）和MeHg浓度（对照、溶剂对照、0.1，1和5 μg/L）的海水中胁迫21天，研究文蛤内脏团和鳃组织内抗氧化防御、免疫应答和生物矿化相关的生物标志物对SA和MeHg共同胁迫的响应。结果表明，SA和MeHg胁迫显著影响文蛤内脏团和鳃抗氧化防御、免疫应答和生物矿化作用，并且它们对两种应激具有组织差异性。具体研究结果如下：

      1、文蛤内脏团通过激活过谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和还原型谷胱甘肽（GSH）抵御单一MeHg胁迫引起的氧化压力，通过诱导GSH抵御海水酸化和高MeHg胁迫引起的氧化损伤。而鳃组织则是通过促进谷胱甘肽还原酶（GR）活性抵御氧化压力，但高度海水酸化抑制了谷胱甘肽-S转移酶（GST）和超氧化物歧化酶（SOD）活性。此外，SA和MeHg共同胁迫导致内脏团和鳃内丙二醛（MDA）含量升高，表明二者共同胁迫加剧了文蛤组织中脂质过氧化损伤。

      2、在免疫功能方面，单一的MeHg、海水酸化胁迫均显著诱导内脏团内碱性磷酸酶（AKP）和溶菌酶（LZM）的产生，共同胁迫加剧内脏团的免疫功能的响应。鳃中酸性磷酸酶（ACP）、AKP和LZM对中度海水酸化更为敏感，酶活性的升高表现出免疫刺激。高度海水酸化下，MeHg暴露诱导内脏团和鳃中热休克蛋白（HSP 70）产生。

      3、海水酸化显著影响了内脏团和鳃内碳酸酐酶（CA）对MeHg的响应。在高海水酸化下，MeHg胁迫抑制CA的表达，并且CA表达与甲基汞浓度显著负相关。海水酸化显著抑制了内脏团和鳃中钠/钾-ATP酶（Na⁺/K⁺-ATP酶）和钙-ATP酶（Ca²⁺-ATP酶）活性。这可能与文蛤缺少完善的酸碱调节系统、无法及时清除海水酸化下生物产生的H⁺和CO₂有关。

      4、利用综合IBR和PCA等统计方法解析文蛤重要生理过程对海水酸化和重金属共同胁迫的响应。文蛤内脏团和鳃内抗氧化防御系统、免疫系统和生物矿化对海水酸化和MeHg共同胁迫的响应比单一胁迫更为敏感，高海水酸化和高MeHg胁迫下的高IBR值表明海水酸化加剧MeHg对文蛤的毒性效应。PCA表明，文蛤内脏团和鳃中各生物标志物对高海水酸化胁迫更为敏感；在高酸化海水条件下，MeHg胁迫的影响更为显著。相较于单一生物标志物评价法，综合生物标志物评价能够更加客观地评估受试生物的整体生理响应。

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 海洋酸化现象 1

1.1.2 甲基汞的毒性特征 1

1.2 海洋酸化对海洋生物的影响 2

1.2.1 抗氧化防御系统 2

1.2.2 免疫应答 4

1.2.3 生物矿化 4

1.3 甲基汞对海洋生物的影响 5

1.3.1 抗氧化防御系统 5

1.3.2 免疫应答 6

1.4 海洋酸化背景下重金属对海洋生物的影响 6

1.5 研究意义、研究内容和技术路线 7

1.5.1 研究目的和意义 7

1.5.2 研究内容 8

1.5.3 研究技术路线 9

第2章 文蛤抗氧化防御系统对海水酸化和甲基汞共同胁迫的响应 11

2.1 材料与方法 11

2.1.1 文蛤的驯化 11

2.1.2 实验设计 11

2.1.3 氧化应激生物标志物生化分析 13

2.1.4 质量控制 13

2.1.5 数据分析 14

2.2 结果 14

2.2.1 实验水体理化参数及死亡率 14

2.2.2 文蛤抗氧化系统对海水酸化和甲基汞共同胁迫响应 16

2.2.3 生物标志物对海水酸化和甲基汞暴露的综合响应 26

2.3 讨论 29

第3章 海水酸化和甲基汞共同胁迫对文蛤免疫应答生物矿化过程的作用 33

3.1 材料与方法 33

3.1.1 实验设计 33

3.1.2 免疫系统和生物矿化生物标志物分析 33

3.1.3 数据分析 33

3.2 结果 33

3.2.1 实验水体的理化参数 33

3.2.2 文蛤对海水酸化和甲基汞共同胁迫的免疫应答 33

3.2.3 文蛤生物矿化对海水酸化和甲基汞共同胁迫的响应 41

3.2.4 生物标志物对海水酸化和甲基汞暴露的综合响应 47

3.3 讨论 50

第4章 总结 53

4.1 结论 53

4.2 创新点 54

4.3 展望 54

参考文献 57

致  谢 69

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果 71