Ion-transporting capacity and aerobic respiration of larval white seabass (Atractoscion nobilis) may be resilient to ocean acidification conditions  

幼蟲白鱸的離子轉(zhuǎn)運(yùn)能力和有氧呼吸可能對(duì)海洋酸化條件具有韌性  

來源：Science of The Total Environment Volume 791, 2021, 148285

《總體環(huán)境科學(xué)》第791卷2021年 文章編號(hào)148285

 

 

摘要內(nèi)容：  

研究探討了海洋酸化(OA)對(duì)白鱸(Atractoscion nobilis)幼蟲的影響。白鱸卵和幼蟲在對(duì)照條件(542±28 μatm pCO2)和OA模擬條件(1,831±105 μatm pCO2)下培養(yǎng)至受精后五天(dpf)。通過免疫染色檢測(cè)皮膚離子細(xì)胞（基于Na+/K+-ATPase, NKA），發(fā)現(xiàn)OA暴露組幼蟲的離子細(xì)胞數(shù)量和密度顯著增加，但離子細(xì)胞平均面積較小。相對(duì)離子細(xì)胞面積(離子調(diào)節(jié)能力代理)和NKA豐度無差異。耗氧率(rOCR)和體長(zhǎng)在組間無顯著差異，表明OA條件未顯著影響離子調(diào)節(jié)能力、能量消耗或生長(zhǎng)。研究還發(fā)現(xiàn)親本長(zhǎng)期暴露于高pCO2環(huán)境可能影響幼蟲韌性。

 

研究目的：  

驗(yàn)證OA暴露是否會(huì)通過增加酸-堿調(diào)節(jié)需求來上調(diào)離子調(diào)節(jié)能力（表現(xiàn)為離子細(xì)胞面積、NKA豐度增加）及能量消耗（耗氧率升高），并評(píng)估對(duì)幼蟲生長(zhǎng)的潛在影響。

 

研究思路：  

1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在實(shí)驗(yàn)室條件下，將白鱸卵暴露于對(duì)照和OA條件（約2000 μatm pCO2），培養(yǎng)至5 dpf。  

2. 采樣與分析：在5 dpf采集幼蟲樣本，進(jìn)行：  

   ? 免疫染色量化皮膚離子細(xì)胞數(shù)量、大小和相對(duì)離子細(xì)胞面積(RIA)。  

 

   ? Western blotting測(cè)量NKA豐度。  

 

   ? 微呼吸系統(tǒng)測(cè)量耗氧率(rOCR)。  

 

   ? 體長(zhǎng)測(cè)量評(píng)估生長(zhǎng)。  

 

3. 額外時(shí)間點(diǎn)：在2-5 dpf采樣，分析RIA隨時(shí)間變化趨勢(shì)。  

4. 回顧分析：審查親本飼養(yǎng)環(huán)境的水化學(xué)數(shù)據(jù)，以評(píng)估親本暴露于高pCO2的潛在影響。  

5. 統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)：使用t檢驗(yàn)和線性回歸比較組間差異，顯著性水平α=0.05。

 

測(cè)量數(shù)據(jù)、來源及研究意義：  

1. 離子細(xì)胞數(shù)量和密度（來自圖2A、B）：OA暴露組幼蟲離子細(xì)胞數(shù)量顯著增加(p=0.0410)，密度更高(p=0.0008)。意義：直接反映OA對(duì)皮膚離子調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的潛在影響，用于評(píng)估酸-堿調(diào)節(jié)需求上調(diào)。  

 

2. 離子細(xì)胞大小和相對(duì)離子細(xì)胞面積(RIA)（來自圖2C、D）：OA暴露組離子細(xì)胞尺寸減小趨勢(shì)(p=0.0840)，但RIA無差異(p=0.6129)。意義：RIA作為總離子調(diào)節(jié)能力代理，無變化表明OA未顯著改變調(diào)節(jié)能力。  

3. NKA豐度（來自圖2E）：無組間差異(p=0.2156)。意義：評(píng)估離子運(yùn)輸?shù)鞍姿剑С諶IA結(jié)果，表明NKA表達(dá)未受OA影響。  

4. 耗氧率(rOCR)（來自圖4）：無顯著差異(p=0.928)。意義：作為能量消耗指標(biāo)，表明OA未增加基礎(chǔ)代謝需求。  

 

5. 體長(zhǎng)（來自圖1A、B）：在5 dpf無差異(p=0.6473)，且2-5 dpf生長(zhǎng)速率相似(p=0.4292)。意義：評(píng)估發(fā)育影響，無變化提示OA未損害生長(zhǎng)。  

 

6. RIA隨時(shí)間變化（來自圖2F）：2-5 dpf下降速率無組間差異(p=0.6855)。意義：觀察發(fā)育過程中離子調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)，表明OA未加速或減緩變化。

 

結(jié)論：  

1. OA暴露（~2000 μatm pCO2）未顯著改變白鱸幼蟲離子調(diào)節(jié)能力（RIA和NKA豐度無差異）、能量消耗（耗氧率不變）或體長(zhǎng)。  

2. 離子細(xì)胞密度增加但面積減小，提示補(bǔ)償機(jī)制而非功能上調(diào)。  

3. 親本長(zhǎng)期暴露于高pCO2環(huán)境（平均~1200 μatm）可能通過自然選擇或適應(yīng)增強(qiáng)幼蟲韌性，但研究未直接驗(yàn)證此機(jī)制。  

4. 白鱸幼蟲對(duì)OA具有韌性，可能源于物種固有特性或親本暴露背景，強(qiáng)調(diào)需進(jìn)一步研究親本影響和發(fā)育可塑性。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義：  

Unisense電極用于測(cè)量幼蟲耗氧率(rOCR)，系統(tǒng)包括微呼吸室、傳感器和軟件，確保高精度記錄氧氣濃度變化。在本研究中，測(cè)量顯示rOCR無組間差異（圖4），意義包括：  

? 直接能量消耗量化：提供靜息狀態(tài)下氧氣消耗數(shù)據(jù)，作為基礎(chǔ)代謝率代理，證實(shí)OA未增加調(diào)節(jié)性能量需求。  

 

? 方法學(xué)優(yōu)勢(shì)：系統(tǒng)能檢測(cè)細(xì)微呼吸變化，支持結(jié)論的可靠性；幼蟲行為觀察（如游泳活動(dòng)）結(jié)合呼吸數(shù)據(jù)，排除行為干擾。  

 

? 生態(tài)應(yīng)用：結(jié)果提示在OA條件下，幼蟲能量分配未重定向至離子調(diào)節(jié)，可能維持生長(zhǎng)和存活，對(duì)預(yù)測(cè)氣候變化影響具參考價(jià)值。  

 

? 對(duì)比價(jià)值：與先前研究（如海膽或牡蠣幼蟲顯示rOCR增加）形成對(duì)比，凸顯物種間差異，強(qiáng)調(diào)需考慮生理背景和環(huán)境歷史。