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刺参(Apostichopus japonicus)对几种化学胁迫因子的生理生态学响应及其机制研究

于晓  
【摘要】:刺参(Apostichopus japonicus selenka)主要分布于北太平洋沿岸浅海,在我国辽宁、山东、河北等省浅海沿岸均有分布,是我国名贵的海珍品和最主要的经济种类之一。2009年全国刺参养殖面积达15.5万公顷,产量达到10.22万吨,产值超过200亿元(中国渔业统计年鉴,2010) ,刺参养殖业已成为我国北方海水养殖的重要的特色支柱产业。然而,相对于刺参养殖业迅速发展的养殖规模,与刺参养殖技术相关的生理生态学基础研究还相对滞后,制约了该产业的健康发展,导致刺参养殖相继出现了一系列问题,造成了较大的经济损失。在刺参养殖生产过程中,水体中氨氮、亚硝酸氮和重金属离子等是刺参常见的化学胁迫因子,但目前关于刺参对养殖水环境中上述因子的生理生态学响应及其机制的研究还少见报道。本论文选择氨氮、亚硝酸氮和几种重金属离子作为化学胁迫因子,研究了上述几种化学胁迫因子对刺参生长、存活、呼吸代谢以及不同组织代谢酶活性的影响,确定了养殖水体中几种污染物对刺参的安全浓度,并进一步探讨了刺参对氨氮、亚硝酸氮以及重金属离子胁迫的解毒代谢机制。获得的主要研究结果如下: 1氨氮胁迫对刺参生长、存活、呼吸代谢及代谢酶活性的影响 采用实验生态学方法,研究了急性和慢性氨氮胁迫对刺参生长、存活、呼吸代谢以及呼吸树、体壁、肠中己糖激酶(HK)、丙酮酸激酶(PK)和苹果酸脱氢酶(MDH)活性的影响。结果表明,在氨氮急性胁迫下,3种规格刺参对氨氮的耐受性随刺参规格的增大而增加,随受试时间和氨氮浓度的增加而降低。氨氮对三种规格刺参(平均体质量分别3.47±1.02、50.50±1.67和103.17±3.82 g) 24、48、72和96h的半致死浓度(LC50)分别为420.73、179.89、118.30、77.62 mg/L;509.33、188.80、105.20、83.37 mg/L和549.50、299.23、126.77、90.57mg/L。经计算,氨氮的安全浓度分别为7.76、8.34和9.06 mg/L。经氨氮急性胁迫96h后,3种规格刺参的单位湿体重耗氧率均随氨氮浓度的增大先增加至一峰值再缓慢降低。刺参不同组织代谢酶对氨氮胁迫的响应有所不同,且具有一定的组织特异性。在氨氮急性胁迫下,刺参呼吸树、体壁、肠中己糖激酶(HK)活性均随氨氮浓度的增大呈现先增加再缓慢降低的趋势;而丙酮酸激酶(PK)活性则呈现先降低后增大再降低的趋势;苹果酸脱氢酶(MDH)活性随氨氮浓度的增大先增加再缓慢降低。慢性氨氮胁迫对刺参(体质量50.50±1.67g)生长率具有抑制作用,随着氨氮浓度的增加刺参特定生长率逐渐降低(P0.05)。从耗氧率来看,经氨氮慢性胁迫20d后,刺参单位湿体重耗氧率随氨氮浓度的增大呈现先增加再缓慢降低的趋势,在氨氮浓度为5.09mg/L时,耗氧率达到峰值。 2亚硝酸氮胁迫对刺参存活、呼吸代谢及生长的影响 采用实验生态学的方法,研究了急性和慢性亚硝酸氮胁迫对刺参存活、呼吸代谢及生长的影响。实验于2009年6-8月在中国海洋大学鳌山卫实验基地进行。结果表明,在亚硝酸氮急性胁迫下,3种规格刺参对亚硝酸氮的耐受性随刺参规格的增大而增加,随受试时间和亚硝酸氮浓度的增加而降低。亚硝酸氮对小、中和大3种规格刺参(平均体质量分别为2.91±0.19、48.96±0.88和102.54±3.33g)的24、48、72和96h的半致死浓度分别为377.57、251.19、144.21、100.00mg/L,575.44、371.54、245.50、195.43mg/L和790.69、492.04、309.74、277.33mg/L;经计算其安全浓度分别为10.00、19.54和27.70mg/L。经亚硝酸氮急性胁迫96h后,3种规格刺参的单位湿体重耗氧率均随亚硝酸氮浓度的增大先增加至一峰值再缓慢降低。刺参(体质量48.96±0.88g)经亚硝酸氮慢性胁迫20d后,其单位湿体重耗氧率随亚硝酸氮浓度的增加先增大再缓慢降低,当亚硝酸氮浓度为5.75mg/L时,耗氧率达到峰值;亚硝酸氮胁迫对刺参特定生长率具有抑制作用,随着亚硝酸氮浓度的增加刺参特定生长率逐渐降低。 3重金属离子胁迫对刺参存活、生长、呼吸代谢及不同组织代谢酶活性的影响 研究了急性和慢性Zn~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)胁迫对刺参(平均体质量(15.42±2.07)g)生长、存活、呼吸代谢及代谢酶活性的影响。结果表明,在急性胁迫下,刺参对三种重金属的耐受性均随受试时间和重金属浓度的增加而降低,三种重金属毒性大小依次为Cu~(2+)Cd~(2+)Zn~(2+),其对刺参24、48、72和96h的半致死浓度分别为0.468、0.267、0.153、0.133 mg/L,4.446、3.206、2.250、1.574 mg/L和7.691、5.200、3.467、2.679 mg/L;经计算其安全浓度分别为0.013、0.157和0.268mg/L。经重金属急性胁迫96h后,除Zn~(2+)浓度在1.00mg/L时刺参单位湿体重耗氧率显著升高外(P0.05),其余各处理组中,刺参单位湿体重耗氧率均随着Zn~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)浓度的增加出现逐渐降低的趋势,与对照组差异显著(P0.05)。刺参经三种重金属慢性胁迫20d后,其单位湿体重耗氧率均随重金属浓度的增加先缓慢降低再升高,显著低于对照组(P0.05)。重金属胁迫对刺参特定生长率具有抑制作用(P0.05),随着重金属浓度的增加刺参特定生长率逐渐降低。在Zn~(2+)、Cu~(2+)、Cd~(2+)慢性胁迫下,刺参呼吸树、体壁、肠中丙酮酸激酶(PK)和己糖激酶(HK)活性的变化趋势相似,但具体变化过程因重金属种类和刺参组织的差异而有所不同。总体上看,丙酮酸激酶活性随着重金属离子浓度的增大先出现最低值后,其活性回升,并达到峰值,此后随着重金属离子浓度的继续增加,其活性逐渐降低以至最后失活。组织中己糖激酶(HK)活性变化趋势与丙酮酸激酶相似,也随着重金属离子浓度的继续增加呈现出先增大再降低的趋势。


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