Defense System of the Manila Clam Ruditapes philippinarum under High-Temperature and Hydrogen Sulfide Conditions  

高溫和硫化氫條件下馬尼拉蛤（Ruditapes philippinarum）的防御系統(tǒng)  

來源：Biology, volume 12, article number 278, 2023.

《生物學(xué)》第12卷，文章編號278，2023年  

 

摘要內(nèi)容

 

研究探究了高溫（24°C、28°C、32°C）和硫化氫（H?S，0–40 μmol/L）雙重脅迫對馬尼拉蛤生存、行為及生理防御策略的影響。結(jié)果表明：  

行為防御：低溫（24°C）或低H?S濃度（≤10 μmol/L）下，蛤類初期通過開殼增強(qiáng)攝氧（行為評分升高）；隨脅迫時間延長轉(zhuǎn)為閉殼被動防御。高溫（≥28°C）與高H?S（≥20 μmol/L）協(xié)同脅迫時，蛤類立即閉殼。  

 

生理防御：  

 

呼吸代謝：初期激活細(xì)胞色素C氧化酶（CCO）以維持有氧代謝；脅迫延長后，CCO活性受抑（H?S抑制酶活性），轉(zhuǎn)而激活延胡索酸還原酶（FRD）啟動無氧代謝。  

 

抗氧化系統(tǒng)：超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）活性隨H?S濃度升高先升后降，高溫加速其活性衰退。  

細(xì)胞損傷：高H?S（≥20 μmol/L）與高溫（≥28°C）導(dǎo)致線粒體嵴溶解、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張及肌絲紊亂（透射電鏡觀察），損傷不可逆。  

 

協(xié)同效應(yīng)：高溫（32°C）使H?S半致死時間（LT??）縮短50%以上，表明溫度升高顯著降低蛤類對H?S的耐受閾值。  

 

研究目的

闡明馬尼拉蛤在H?S脅迫下的行為與生理防御策略。  

 

揭示高溫如何改變蛤類對H?S的響應(yīng)機(jī)制。  

 

評估雙重脅迫對蛤類細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷程度，為水產(chǎn)養(yǎng)殖逆境管理提供依據(jù)。  

 

研究思路

脅迫設(shè)計：設(shè)置3溫度（24°C、28°C、32°C） × 4 H?S濃度（0、10、20、40 μmol/L），持續(xù)96小時。  

 

多維度監(jiān)測：  

 

生存率與行為：記錄死亡率（圖2）、開閉殼行為評分（圖3）。

 

 

 

生理響應(yīng)：檢測CCO（有氧代謝）、FRD（無氧代謝）、SOD、CAT（抗氧化）酶活性（圖4–5）。  

 

 

細(xì)胞損傷：透射電鏡觀察鰓、足、閉殼肌超微結(jié)構(gòu)（圖6）。  

 

數(shù)據(jù)分析：通過多因素方差分析評估溫度、H?S濃度、時間的交互效應(yīng)。  

 

測量數(shù)據(jù)、來源及研究意義

生存率與LT??（圖2）：  

 

數(shù)據(jù)：32°C + 40 μmol/L H?S組96小時死亡率100%，LT??僅33.83小時。  

 

意義：量化高溫與H?S的協(xié)同致死效應(yīng)，為養(yǎng)殖預(yù)警提供閾值（如28°C時H?S安全濃度<10 μmol/L）。  

行為評分（圖3）：  

 

數(shù)據(jù)：高溫（32°C）下蛤類在H?S≥20 μmol/L時立即閉殼（評分驟降至0）。  

 

意義：行為變化是脅迫響應(yīng)的先兆指標(biāo)，閉殼行為可減少H?S攝入但限制攝氧。  

酶活性動態(tài)（圖4–5）：  

 

CCO（圖4a–c）：H?S≥20 μmol/L時活性顯著抑制（高溫加劇抑制），表明有氧代謝受阻。  

 

FRD（圖4d–f）：無氧代謝代償性增強(qiáng)，但高溫下持續(xù)時間縮短。  

 

SOD/CAT（圖5）：高溫（32°C）+高H?S（40 μmol/L）導(dǎo)致抗氧化酶活性早期峰值后快速衰退，反映氧化損傷失控。  

 

意義：揭示代謝途徑轉(zhuǎn)換（有氧→無氧）和抗氧化系統(tǒng)崩潰是死亡的關(guān)鍵生理機(jī)制。  

超微結(jié)構(gòu)損傷（圖6）：  

 

數(shù)據(jù)：線粒體嵴溶解、肌絲排列紊亂、大量空泡形成。  

 

意義：從細(xì)胞層面解釋行為異常（如閉殼肌損傷導(dǎo)致開閉障礙）和代謝衰竭。  

 

丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

 

實(shí)驗(yàn)中采用Unisense微電極系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測H?S濃度，其核心價值在于：  

精準(zhǔn)控制脅迫環(huán)境：  

 

動態(tài)調(diào)節(jié)Na?S母液流速，維持實(shí)驗(yàn)槽H?S濃度誤差<1 μmol/L（實(shí)測值：目標(biāo)濃度±0.1–0.5 μmol/L）。  

 

解決H?S易氧化、濃度不穩(wěn)定的技術(shù)難點(diǎn)，確保脅迫條件的可重復(fù)性。  

關(guān)聯(lián)行為與生理響應(yīng)：  

 

精確的濃度數(shù)據(jù)證實(shí)：H?S≥20 μmol/L是行為防御策略（開殼→閉殼）轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)（圖3），并觸發(fā)代謝途徑轉(zhuǎn)換（CCO抑制→FRD激活，圖4）。  

支撐毒性機(jī)制解析：  

 

明確H?S濃度梯度與細(xì)胞損傷的劑量效應(yīng)：40 μmol/L H?S直接導(dǎo)致線粒體嵴溶解（圖6b），為H?S抑制呼吸鏈酶提供結(jié)構(gòu)證據(jù)。  

 

結(jié)論

雙重脅迫加劇毒性：高溫（≥28°C）使H?S毒性倍增，32°C + 40 μmol/L H?S組LT??較24°C組降低54.5%。  

 

防御策略動態(tài)調(diào)整：  

 

低脅迫下：優(yōu)先行為防御（開殼增氧）→生理防御（有氧代謝）。  

 

高脅迫下：立即行為防御（閉殼）→無氧代謝 + 抗氧化激活 → 系統(tǒng)崩潰。  

不可逆損傷：高H?S + 高溫導(dǎo)致線粒體空泡化、肌絲溶解，損傷蛤類攝食與運(yùn)動能力，產(chǎn)生"后遺癥"。  

 

養(yǎng)殖啟示：夏季高溫期需嚴(yán)格控制底泥H?S濃度（建議<10 μmol/L），避免協(xié)同脅迫引發(fā)大規(guī)模死亡。