海洋酸化对皱纹盘鲍胚壳生成的影响及其机制

Ocean acidification (OA) shows detrimental effect on embryonic development of mollusk. The embryonic shell generation ( beginning of calcification ), which may become the bottleneck of marine mollusks to adapt to OA, is especially susceptible to acidification. But, for now the mechanism of OA affects embryonic shell generation is yet not clear. We will focus on this issue and take the Pacific abalone (Haliotis discus hannai) as a research subject. The effect of OA on carbonate calcium deposition rate, pattern and organic matter generation will be analyzed by adjusting seawater pH and dissolved inorganic carbonate concentration and employing techniques of elemental analysis, scanning electron microscope and calcium carbonate staining. The mechanism of OA affect embryonic shell development will be revealed by studying the effects of OA on embryonic shell calcification and organic matrix generation. The mechanism of metabolism response of larvae to OA will be studied by employing techniques of biochemical composition and enzyme activity determination, energy metabolism, and gene expression pattern analyzation. On this basis, we will compare the OA resistance ability during embryonic shell generation of larvae descended from larvae that survived OA stress with the control larvae, and then the trans-generation transmission of OA resistance ability will be studied.The results of this project will be helpful in evaluating the OA resistance ability and plasticity of the beginning calcification of marine mollusks.

海洋酸化对贝类的早期胚胎发育具有显著的负面影响。胚壳生成（钙化起始）阶段对酸化胁迫的反应极为敏感，可能成为限制海产贝类适应海洋酸化的“瓶颈”。但是，目前海洋酸化影响胚壳生成的机制尚未明确。本项目拟聚焦该问题，以皱纹盘鲍为研究对象，通过调整pH及各无机碳组分的含量，运用元素分析、电镜扫描及碳酸钙染色等技术，研究酸化胁迫对胚壳中碳酸钙沉积速率、形态以及有机基质生成的影响。从钙化和有机基质生成两个方面，揭示海洋酸化影响胚壳生成的机理。综合运用生化组分与酶活力测定、能量代谢及基因表达分析等手段，深入研究幼虫在胚壳生成阶段响应酸化胁迫的生理代谢机制。在此基础上，对比经历酸化胁迫选择的个体的子代与对照在胚壳生成阶段的酸化耐受能力，从耐受性的亲子传递角度，解析胚壳生成过程对酸化环境的适应性。研究结果将为理清海产贝类在钙化起始阶段对未来酸化强度的响应能力及其可塑性提供参考。

海洋酸化对贝类的早期胚胎发育具有显著的负面影响。胚壳生成（钙化起始）阶段对酸化胁迫的反应极为敏感，可能成为限制海产贝类适应海洋酸化的“瓶颈”。但是，目前海洋酸化影响胚壳生成的机制尚未明确。本研究聚焦海水酸化胁迫对皱纹盘鲍（Haliotis discus hannai）胚壳生成阶段的影响及其响应，通过调整海水pH及各无机碳组分的含量，运用元素分析、电镜扫描及碳酸钙染色等技术，结合皱纹盘鲍快速传代技术的研发、组学分析手段的应用，研究并解析了酸化胁迫对胚壳中碳酸钙沉积速率、形态以及有机基质生成的影响。结果表明，1、胚壳生成阶段对海水碳酸盐体系的变化极为敏感，pH以及二氧化碳分压并不是影响胚壳能否钙化的决定因素，而碳酸根（CO32-）的浓度或者碳酸盐饱和度（ΩCal）起着关键的作用，当碳酸盐饱和度低于0.5时，皱纹盘鲍的胚壳无法沉积碳酸钙，导致幼虫100%畸形。2、酸化处理显著改变皱纹盘鲍幼虫的能量代谢对升温胁迫的响应方式，在升温5℃的条件下，酸化处理（pH 7.6）导致鲍幼虫的能量代谢效率下降19%。3、长期酸化胁迫显著降低皱纹盘鲍的能量代谢、物质积累，从而导致生产能力的显著下降，但是酸化胁迫的耐受性存在显著的个体差异。4、三个月期的酸化处理共导致41个基因的显著表达变化，其中酸化处理后26个基因的表达量显著上调，15个基因的表达量显著下调；酸化处理对皱纹盘鲍蛋白质组中的绝大部分组分的表达都不存在显著的影响，发生显著性表达的蛋白占到总蛋白的4.3%。综合以上结果表明，皱纹盘鲍胚壳钙化对碳酸盐体系尤其是碳酸盐饱和度的变化及其敏感，且该发育阶段对响应酸化胁迫的可塑性较差，虽然成体对长期酸化胁迫的耐受性具有一定可塑能力，但是鲍苗种繁育以及养殖过程中应尽力消除海水酸化的负面影响，且需要开展抗酸化选育育种等研究工作。