海水酸化和温度对不同地理种群厚壳贻贝复合胁迫效应的比较研究

Global climate change due to industrialization and anthropogenic activities has been a critical problem worldwide since the last century. Global average sea surface temperature is significantly higher than before, and the ocean surface pH is also evidently reduced because of the sequestration of a large number of CO2 by the ocean. Ocean acidification and ocean warming have greatly impacted global marine ecosystems and biodiversity. Most studies on ocean acidification and ocean warming focus on early development of marine organisms, of which most investigated the effects of single factor, i.e., temperature or acidification, and few researchers considered the differences of populations or geographic variation. We will choose the typical economic bivalve, thick shell mussel Mytilus coruscus as a target species, and use factorial experiment design to study the physiological responses to ocean acidification and ocean warming from cellular, tissular and individual levels, respectively. Also the response differences caused by geographic variation will be compared and elucidated. We will studythe early development and calcification of larvae; growth, metabolic physiology, biochemistry and anti-predatory responses of juveniles, immune responses, acid-base balance and osmolality of haemolymph, antioxidant responses of gill and digestive gland of the adult mussels from the East China Sea and Yellow Sea, respectively, and accordingly reveal the biological effects of ocean acidification and ocean warming on mussels. This study will illuminate the interactive effects of pH and temperature on mussels, and provide theoretical basis for evaluating the ecophysiological effects of ocean acidification and ocean warming on mussels. Comparison of ecophysiology between different geographic areas will serve as a useful guideline for aquaculture in this species.

近年全球气候变化使海洋表面温度升高，海水pH也因CO2大量排放显著降低，造成海洋酸化，其与变暖威胁到海洋生物多样性和水产养殖。近年关于二者的研究主要是海洋生物的早期发育和钙化，且大多是研究酸化或温度的单因素生物学效应，并很少考虑物种地理种群差异性。本研究以中国近海典型经济贝类厚壳贻贝为研究对象，运用析因设计从细胞至个体水平系统研究该贝不同生活史阶段对海洋酸化和变暖复合胁迫下的生理生态响应，并比较不同纬度的种群在适应性上的差异。项目将研究东海和黄海厚壳贻贝的早期发育与钙化，稚贝的生长、代谢生理、生化组成及反捕食响应，成贝的血淋巴免疫功能、酸碱平衡、鳃和消化腺抗氧化功能，以此综合揭示海洋酸化和温度对贻贝的生理生态效应及不同种群的生理适应性。本研究将阐明pH和温度对贝类生理反应的交互影响作用，为评估海洋酸化和温度对贝类的生理生态效应提供理论依据，种群间生理应答差异对该贝类的养殖具有实际指导意义。

海洋酸化气候变暖对海洋生物的的影响是当前一个研究热点。阐明典型海洋贝类在全球气候变化下的生态生理适应机制对预测物种的种群变化及贝类养殖具有重要意义。本项目按照既定计划超额完成了全部任务。第一，基于整合生理学方法研究厚壳贻贝稚贝暴露于海水酸化和不同温度下的代谢生理和能量收支的变化。贻贝稚贝暴露在六个实验处理下，包含三个pH值水平(8.1、7.7和7.3)和两个温度(25℃和30℃)。在整个实验中，过滤率、食物吸收效率、呼吸率、氨排泄率，生长净能(SFG)和O:N比率受到温度的显著影响，低pH条件显著影响呼吸率、氨排泄率和O:N比率，而对过滤率、吸收效率和贻贝的生长净能没有影响。然而，二者的交互作用在呼吸率，排泄率和O:N比率中可观察到。第二，采用酶学反应和分光光度法研究厚壳贻贝成贝暴露于海水酸化和不同温度下抗氧化酶的功能变化。这项研究的目的是评估降低海水的pH值和温度升高对抗氧化酶的综合影响，将贻贝暴露与上述的不同实验条件下，对不同处理组的贻贝的超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT），谷胱甘肽过氧化物酶（GPX），谷胱甘肽（GSH），酸性磷酸酶（ACP），碱性磷酸酶（AKP）和谷丙转氨酶（GPT）的活性在第1，3，7，14天进行了调查，结果显示酸化和温度能不同程度的诱导抗氧化酶活性升高，证明了酸化和升温对贻贝具有氧化胁迫效应。第三，运用行为生理学方法调查在贻贝捕食者—岸蟹存在的条件下，酸化和温度对贻贝稚贝的反捕食响应。在本研究中，我们评估了厚壳贻贝足丝性能的差异。螃蟹的存在诱导了厚壳贻贝的反捕食的反应(足丝分泌率增加10%，足丝的脱落频率增加22%，并且足丝长度增加30%)。温度对足丝性能基本没有影响，低pH值有显著的负面影响 (在pH7.3比8.1相比时，足丝分泌率下降17%，足丝的脱落频率下降40%，足丝长度缩短10%)，但没有观察到pH，温度和捕食者之间的交互作用。第四，运用血液生理学方法研究厚壳贻贝成贝暴露于海水酸化和不同温度下的血淋巴的免疫功能。在本研究中，我们运用流式细胞术用来检查厚壳贻贝暴露于上述实验条件下血淋巴细胞的免疫反应。整个实验过程中，温度对的所有免疫指标均有显著的影响。一般来说，总血细胞计数（THC），吞噬作用（PHA），酯酶（EST）和溶酶体含量（Lyso）在高温下显著降低，而血细胞死亡率（HM）和活性氧（ROS）产量在高温下均升高