不同生态习性桡足类对两种硅藻生理生化及分子的响应

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在海洋生态系统中,硅藻是重要的初级生产者,桡足类则是初级消费者的主要组成部分。浮游动物通过对浮游植物的摄食作用将物质和能量从食物链底层向更高营养级传递,经典食物链理论认为:“硅藻—桡足类—鱼类”是海洋生态系统物质循环和能量流动的主要途径。但近几十年来的研究结果表明某些硅藻培养的桡足类幼体发育、产卵和卵孵化等生理过程均受到显著抑制,并且这种现象在自然海区和室内实验中普遍存在,引起学者们对经典食物链理论产生争议。由于桡足类对硅藻的利用效率决定了桡足类的种群数量,而后者将直接影响渔业资源总量,因而硅藻对桡足类存活与繁殖的影响的研究具有非常重要的意义。本文选取硅藻类的牟氏角毛藻和小新月菱形藻为饵料,以太平洋纺锤水蚤、安氏伪镖水蚤和日本虎斑猛水蚤3种不同生态习性桡足类为实验对象。比较不同浓度的硅藻培养的桡足类成活率、繁殖、成体抗氧化酶活性以及相关基因表达水平的差异,探究不同种类的桡足类对硅藻响应是否存在物种特异性。此外,实验以两种硅藻为饵料对安氏伪镖水蚤进行4个世代连续培养,研究其对硅藻可能产生的适应机制。主要的研究成果如下:1)不同生态习性的桡足类成活率因硅藻种类和浓度的不同而具有显著差异。牟氏角毛藻培养的太平洋纺锤水蚤无节幼体可以发育至成体,但其成活率明显受高浓度牟氏角毛藻抑制;而小新月菱形藻培养的太平洋纺锤水蚤无节幼体无法发育至成体,从实验第4天开始成活率急剧下降,且下降趋势随硅藻浓度升高越发显著。两种硅藻培养的安氏伪镖水蚤无节幼体可以正常发育至成体,但成活率都显著低于对照组(p0.05)。当浓度上升至1.70μgC·ml-1时,产卵率下降至3.1±3.4Eggs·female-1·d-1,卵孵化率则变为0;小新月菱形藻培养的安氏伪镖水蚤产幼数显著低于牟氏角毛藻和对照组(p<0.05)。在多世代培养实验中,两种硅藻培养的安氏伪镖水蚤在第二、第三及第四个世代成活率均显著高于第一个世代,表明安氏伪镖水蚤在硅藻长期培养过程中,可以对硅藻产生适应。2)研究测定了两种硅藻培养的3种桡足类谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、超氧化物歧化酶(SOD)以及谷胱甘肽转移酶(GST)活性,结果表明:牟氏角毛藻对太平洋纺锤水蚤GPx酶活性影响不显著,但对SOD和GST酶活性有显著的诱导作用(p<0.05),而小新月菱形藻培养的太平洋纺锤水蚤GST酶活性也显著升高;两种硅藻培养的安氏伪镖水蚤SOD和GST酶活性显著高于对照组,GPx酶活性仅在高浓度的硅藻条件下被诱导;与对照组相比,牟氏角毛藻与低浓度的小新月菱形藻对日本虎斑猛水蚤SOD和GST酶活性影响不显著,而高浓度(8.50μgC·ml-1)和极高浓度(17.00μgC·ml-1)的小新月菱形藻诱导SOD活性升高,分别为167.1±14.8和163.4±7.9 U·mgPr-1.两种硅藻培养的安氏伪镖水蚤GPx酶活性在四个世代间没有显著变化,牟氏角毛藻对安氏伪镖水蚤不同世代间SOD和GST酶活性也没有显著影响;当以小新月菱形藻为饵料时,第二、三和第四个世代的安氏伪镖水蚤SOD和GST酶活都显著低于第一个世代相应的酶活性,表明这两种酶在安氏伪镖水蚤对硅藻的适应过程中可能发挥重要的作用。3)实验采用荧光定量PCR(RT-qPCR)技术研究两种硅藻培养的3种桡足类MnSOD、GST和HSP70基因表达水平的变化,发现3种桡足类对同种硅藻影响的分子响应模式存在物种特异性。低浓度的两种硅藻对太平洋纺锤水蚤MnSOD和GST基因表达有显著诱导效应,在高浓度硅藻条件下却表现为抑制效应;牟氏角毛藻对安氏伪镖水蚤MnSOD和HSP70基因表达没有影响,小新月菱形藻对MnSOD和HSP70基因表达都有显著的抑制作用;两种硅藻对日本虎斑猛水蚤基因表达的影响与硅藻种类有关,不受硅藻浓度影响。牟氏角毛藻对日本虎斑猛水蚤MnSOD、GST和HSP70基因表达都没有影响,而小新月菱形藻对其MnSOD和GST基因表达都有显著的诱导作用,但对HSP70基因表达没有影响。推测3种桡足类对硅藻不同的响应模式可能是3种桡足类摄食同种硅藻后出现不同成活率和繁殖的原因。小新月菱形藻连续培养安氏伪镖水蚤四个世代后,安氏伪镖水蚤MnSOD和HSP70基因表达水平显著升高,表明安氏伪镖水蚤对小新月菱形藻耐受性增强。
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