UV-B辐射对中间球海胆行为、生长、发育和感光基因表达的影响

发布时间：2020-09-29 23:19

　　中间球海胆(Strongylocentrotus intermedius)隶属于棘皮动物门、海胆纲、正形目、球海胆科,主要分布在浅海区的岩礁、沙石和砾石海底。中间球海胆是一种在潮间带和浅海底栖群落调控上具有重要生态意义的海洋无脊椎动物。先前研究发现UV-B辐射对中间球海胆行为有较大影响,这说明中间球海胆对UV-B辐射具有一定的敏感性。另外,中间球海胆有大量可检测的适合度相关性状和感光相关基因。因此,中间球海胆是研究UV-B辐射对海洋无脊椎动物影响的理想模型动物。本文主要从三个方面就UV-B辐射对中间球海胆的影响进行研究,摘要如下:1)UV-B辐射对中间球海胆适合度相关性状的影响分别将三组(每组30只)中间球海胆置于0μw.cm~(-2)、10μw.cm~(-2)和20μw.cm~(-2)的UV-B下暴露1小时,将经过紫外线辐射后的中间球海胆在自然光条件下培养8周,比较研究三组中间球海胆的存活、行为、摄食量和生长等适合度相关性状。结果发现,暴露在20μw.cm~(-2)UV-B辐射下的中间球海胆的存活、摄食量和体尺(壳高和壳径)明显小于未受UV-B辐射的中间球海胆,这说明UV-B辐射对中间球海胆的生存和生长有较长时间的负面滞留效应(8周)。UV-B辐射对中间球海胆的翻正行为没有明显的影响,表明翻正行为可以从UV-B辐射8周后恢复。中间球海胆的壳厚和壳压不受UV-B辐射的影响,这一结果扩展了前人关于环境胁迫不容易导致中间球海胆壳变脆弱的观点。虽然摄食量显著减少,但UV-B辐射对中间球海胆的亚里士多德提灯的长度及重量并无显著影响,表明中间球海胆的亚里士多德提灯在UV-B辐射下具有较强的稳定性。UV-B辐射下的中间球海胆性腺重量和性腺粗蛋白含量均显著降低,而肠重和肠粗蛋白含量未受显著影响,结合前人研究表明,暴露于环境压力下的中间球海胆性腺相对更为敏感。2)UV-B辐射对中间球海胆卵径、受精率、孵化率和幼体体尺的跨代影响将暴露于0μw.cm~(-2)和20μw.cm~(-2)下1小时的中间球海胆在自然光条件下人工饲喂10个月后进行繁殖实验。实验设置了3个交配组,分别为:A组(♀0μw.cm~(-2)×♂0μw.cm~(-2));B组(♀20μw.cm~(-2)×♂20μw.cm~(-2))和C组(♀20μw.cm~(-2)×♂0μw.cm~(-2)),每组交配3个家系(N=3)。测定每组的卵径、受精率、孵化率和幼体体尺(体长、体宽、胃长、胃宽、腕长、头长、腕长/头长)。研究结果发现UV-B辐射对中间球海胆受精率无明显影响。这说明尽管它们的亲本曾暴露于有害环境,但并不影响其受精的稳定性。中间球海胆的孵化率在B组和C组中显著提高,孵化率的提高可能是由于辐射时间相对较短(1小时)和长期恢复(10个月)。卵径的变化与孵化率的变化趋势一致。较大的卵中含有更多的能量和有益的生化成分,这可能有助于提高海胆的孵化率,增大的卵径和由此提升的孵化率表明中间球海胆对UV-B辐射的适应。中间球海胆两亲本受UV-B辐射(20μw.cm~(-2))照射的子代幼体体长和体宽均显著较短(P0.05),这一结果表明UV-B辐射对海胆幼体体尺具有不利的跨代效应。有趣的是,母本受到UV-B辐射,而父本没有的C组的海胆幼体体长没有明显缩短。此外,C组海胆幼体体宽最大,这说明父本暴露于UV-B辐射下对子代的危害大于母本。中间球海胆亲本双方都受到UV-B辐射的海胆胃长和胃宽明显缩短,这一结果与本研究中幼体体尺的减少相一致,也表明了UV-B辐射对幼体胃大小具有不利的跨代效应。C组海胆幼体胃宽无明显减少,但胃长受影响,这一结果同时也证实了UV-B辐射对中间球海胆的跨代效应主要依赖父本。UV-B辐射下的中间球海胆幼体腕长/头长显著增加,这说明UV-B辐射对中间球海胆的腕长具有有利的跨代效应,结合之前的研究表明这一结果符合这样一种假说:海胆幼体腕长增长可能是对其亲本摄食较少的一种跨代适应。3)UV-B辐射对中间球海胆感光相关基因表达的影响对经历过UV-B辐射(0 2 h,20μw.cm~(-2))的三组中间球海胆(CB:遮蔽行为组、SB:掩蔽行为组、NA:对照组)的感光相关基因Pax6、Opsin4和Opsin5的表达情况进行研究。分别在四个时间点(0.5 h、1 h、1.5 h、2 h)提取上述三组中间球海胆的管足,通过提取RNA,反转录和实时荧光定量PCR等实验技术来测定感光相关基因的表达情况。在研究中,除在0.5 h这个时间点以外,在1 h、1.5 h和2 h,相比于对照组和掩蔽组,遮蔽组的相对表达量均为最高,这表明遮蔽行为下中间球海胆的感光基因表达比掩蔽行为组海胆对UV-B辐射的反应更灵敏。结合先前的研究表明,遮蔽行为可能比掩蔽行为对中间球海胆防御UV-B辐射有更好的效果。我们猜测,UV-B很可能随着辐射时间的延长破坏海胆光防御系统从而导致其相关基因的表达发生异常。其分子机制尚不清楚,有待进一步的实验研究。
【学位单位】：大连海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S917.4
【部分图文】：

字母表示,UV-B辐射,数据,强度

9图2-1 不同UV-B辐射强度下存活海胆数量，不同字母表示数据间差异显著Fig. 2-1 Number of surviving sea urchins at different intensities of UV-B radiation (N = 3, mean ± SD).Letters above the bars represent significant difference2.3.2 摄食量实验结果表明 UV-B 照射结束的 12 天里 20μw.cm 2组摄食量显著低于 0μw.cm 2组（P=0.043，图 2-2）。但 0μw.cm 2组和 10μw.cm 2组之间差异无显著性（P=0.380，图 2-2）。图2-2 不同强度UV-B照射后，海胆12天的食物消耗量，不同字母表示数据间差异显著Fig. 2-2 Food consumption of sea urchins during the first 12 days after UV-B radiation for 8 weeks at differentintensities (N= 3, mean ± SD). Letters beside the lines represent significant d

字母表示,海胆,数据

2组之间差异无显著性（P=0.380，图 2-2）。图2-2 不同强度UV-B照射后，海胆12天的食物消耗量，不同字母表示数据间差异显著Fig. 2-2 Food consumption of sea urchins during the first 12 days after UV-B radiation for 8 weeks at differentintensities (N= 3, mean ± SD). Letters beside the lines represent significant difference

正反应,后海,壳径,中间球海胆

（119.13 ±42.67 s）三个实验组间翻正时间无显著性差异（P = 0.407，P > 0.05，P > 0.05，图 2-3）。图2-3 不同强度UV-B照射8周后海胆的翻正反应时间Fig. 2-3 Righting response time of sea urchins 8 weeks after exposure to UV-B radiation at different intensities(N = 3, mean ± SD)2.3.4 体尺在 20μw.cm 2照射下的中间球海胆的壳径（图 2-4 左上）、壳高（图 2-4 右上）和壳高壳径比（图 2-4 左下）均显著小于在 0μw.cm 2辐射强度下的测量值（P=0.049，P<0.001，P <0.001）。0μw.cm 2、10μw.cm 2、20μw.cm 2组间体重（图 2-4 右下）无显著性差异（P= 0.153，P > 0.05，P > 0.05）。

【参考文献】