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发布日期:2015-12-24
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社会实践:基于血淋巴功能研究厚壳贻贝对海水酸化缺氧适应性2

基于血淋巴功能研究厚壳贻贝对海水酸化和缺氧的适应性,针对我们小组这一课题,项目申请以来小组成员一直利用课余时间研究讨论,按照项目申请的要求及计划步骤井然有序的实施开来,其中包括实验前的预分析,针对厚壳贻贝生长环境地,诸如浙江舟山等贻贝适于生长的地区进行考察调研,以及预实验的逐步开展,积极为中期答辩做好准备,给导师和同组同学交上一份满意的答卷。

近年来工业化的不断加剧导致全球气候发生了变化,海水pH由于CO2大量排放显著降低。海洋酸化威胁全球海洋生态系统和生物多样性。同样,从60年代开始,世界上的缺氧海岸地区以指数形式增长,目前已超过400个,面积达245,000 km2。全球性的水域缺氧主要是因为人类的活动,物理因素以及生物因素等导致的,这一现象出现在众多的水生态系统,比如湖泊,河口,海湾,深海及近岸浅水区等。海水酸化和缺氧已经威胁到海洋生物多样性和水产养殖。近年来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缺氧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,从血淋巴细胞的免疫功能、血淋巴的渗透压及抗氧化酶活性等方面系统研究该贝类在海洋酸化和缺氧环境胁迫下的血淋巴生理免疫响应机制,并比较不同纬度的种群在适应性上的差异,以东海和黄海厚壳贻贝为实验对象,以此综合揭示海洋酸化和缺氧对贻贝的生理生态效应及不同种群的生理适应性。为评估海洋酸化和缺氧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。基于这一大背景下,我们的项目成果显得很有裨益,也激发了全组同学浓厚的研究兴趣。

海洋酸化,即大气中CO2体积分数持续升高,导致海洋吸收CO2的量不断增加,海水pH值下降;一项新研究表明:氧气正在从越来越广泛的海域中逐渐消失,这可能又是一个由全球二氧化碳含量升高所造成的环境问题。如果这个趋势继续下去,海洋生态系统将会遭到破坏。厚壳贻贝等无法自由活动的海洋生物将会第一批受到伤害。贝类连接了初级生产者和高级消费者,是能量流动的重要环节,在海岸生态系统功能中起重要作用。众多双壳贝类因具有较好经济价值也是捕捞和水产养殖的对象。此外,较长生活周期,固着生长特性,过滤性摄食,体内毒素积累,及全球性分布使贻贝成为了在海洋环境监测研究中的热门模式动物。由于这两类环境因素的表象皆可由厚壳贻贝彰显出来,因而该生物对这两种环境因子的生理生态应答也就显得尤为重要。

我们的组员作为大三的学生,已具备了基本的独立实验技巧和一定的相关专业知识,在文献检索和科学问题的提出方面也具备一定经验。参加大学生科技创新大赛,是为了让自己在专业知识发面得到更多的拓展加强自身在水生生物学等方面的实验技能,培养自己对海洋生物学和显微科学的科研兴趣。经过相关专业知识的学习与查找,我们已具有了一定的获取知识了和解未知生物的能力,并对其研究有着浓厚的兴趣,在导师的指导下我们已经很好地看开始开展大学生创新项目,并在创新能力培养方面得到长足的进步。

一部分研究报道了不同纬度下贝类的生理适应性指出不同地理种群的贝类在某些生理活动上具有地理差异性。而关于不同纬度下厚壳贝类的缺氧耐受力的研究还几乎没有报道。我们小组第一次进行此类研究,我们从各种资料中发现不同海域中的氧含量有所不同。我们这个实验的主要创新之处在于:1.目前海洋酸化问题的大部分研究与钙化机制和幼体的生长发育相关,但对于贝类的血淋巴细胞的免疫功能反应,渗透压调节,生化组分,抗氧化酶活性变化等还未见报道;2.将海洋酸化因素与缺氧环境条件,两两结合,综合分析厚壳贻贝的生理状况应答;3.不同纬度地域所导致的厚壳贻贝血淋巴细胞的应答差异;4.对厚壳贻贝缺氧耐受力进行研究。我们对于实验的预期效果是项目完成后可以探索厚壳贻贝应对海洋酸化与缺氧胁迫的生理免疫应答机制和利用厚壳贻贝血淋巴筛选海洋酸化的生物标志物,为厚壳贻贝的养殖提供参考信息。此外,还可以评估海洋酸化对海洋贝类的生理抑制效应,并预测海洋酸化对贻贝的生长及种群的影响,并阐释相关物种在环境变异下的变化趋势及可能带来的生态学的影响。我国作为一个多海域的国家,在厚壳贻贝生长旺盛的东海与黄海含氧量也有所差异。在155月,我们在指导老师的带领下外出采样,实地考察了,预计采样点之一的舟山的生态环境和厚壳贻贝的养殖与生长状况。舟山位于东海之间,作为实验采样点有着独特的地理条件,而且舟山作为一个海岛型城市,水产养殖业较为发达。厚壳贻贝作为水产养殖的重要分支,在舟山有着良好的发展。根据人工养殖环境的不同,我们从不同的养贝人手中购入了一批生命力旺盛的厚壳贻贝。生长期的贻贝具有较强的生命力与生存本能,对不同程度的理化条件的变化有着较强的耐受性,适合用于我们实验之中。

实验材料已经购入完成,为了能让贻贝更好的生长,充足的食物必不可少。藻类的养殖成为前期的一项重要工作。厚壳贻贝对于食物的需求,意味着大量黄藻的养殖。黄藻作为一种常见的藻类,有着生长快,繁殖多的优点。通常只要两天的时间1L的黄藻种苗就能生长成50L的族群。但在养殖的过程中也要注意营养物质的调配,一旦黄藻的营养过剩极易出现快速老化的情况,繁殖的黄藻太多,老化的黄藻积杂在养殖桶的底部就无法使用。

在食物的问题解决后,我们就将着手实验的正式开始。我们的实验采用的是标准对照法,在本项目中海水的pH根据海水中的CO2浓度设定3个,第1个为当前海水中的pH(CO2 380 uatm, pH 8.1),作为正常pH,第2个为IPCC特别排放报告(IS92a)中预计本世纪末海水中达到的CO2浓度(1200 uatm)相对应的pH 7.7,作为中度酸化,第3个为预计2300年海洋中CO2浓度(3000 uatm)对应的pH 7.3,作为高度酸化,溶氧水平我们选取2个,第一个为6mg/L,作为正常溶氧,第二个1.5mg/L作为缺氧处理,这样总共6个处理,每个处理组包括3个重复。

在实验器材充足的情况下我们很快就搭建好了实验所需的对照组。

在具体实验过程中,我们主要运用了流式细胞术研究厚壳贻贝暴露于海水酸化和缺氧下的血淋巴细胞免疫功能的变化,包括:总细胞浓度,细胞凋亡率,细胞吞噬活性,非特异性酯酶,活性氧分子产量,溶酶体含量及线粒体电位;同时,还运用了生理生化及原子吸收光谱法法研究厚壳贻贝暴露于海水酸化和和缺氧下的血淋巴液的酸碱调节和渗透压,包括:血淋巴液的总CO2pCO2HCO3-Ca2+Mg2+Na+K+以及血淋巴细胞的内外pH (pHipHe);第三点是采用酶学反应和分光光度技术研究厚壳贻贝暴露于海水酸化和和缺氧下血淋巴和血淋巴细胞的抗氧化酶活性变化,包括:超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT),酸性磷酸酶(ACP),碱性磷酸酶(ALP),谷胱甘肽过氧化物酶(GPx),谷胱甘肽转移酶(GSH),酚氧化酶(PO),脂质过氧化反应(LPO)

我们在实验过程中主要用到的实验仪器有流式细胞仪、气相色谱仪、大型自动灭菌锅、冷冻干燥机、原子吸收光谱仪、酶标仪、紫外分光光度计、凯氏定氮仪、渗透压仪、CO2分析仪、氢弹量热仪、pH微电极仪等。在实验过程中,我们还查阅了各种资料,主要有:导师实验室相关实验设备及资料;图书馆收藏相关学术文献;学校图书馆电子文献检索平台,如中国知网数据库,SciencedirectSpringer全文数据库,Web of Science SCI)数据库等。我们在具体实验操作过程中不断学习,遇到不懂之处向导师和学长学姐请教,在他们的帮助下,我们不仅顺利完成了一大部分实验,同时还对一些仪器的使用,一些血淋巴细胞实验过程有了自己的实验心得,相信这对我们未来的实验生涯必定会有巨大的帮助!

在实验的后期数据处理过程中,我们作为本科生对大多数数据处理方法都不太熟悉,但是我们能及时向导师学长请教,同时我们自己查阅书籍资料等,面对数目,种类杂的各种数据,虽然花了我们很多时间,但是我们最终能够处理完成。

最后感谢所有帮助我们完成实验的导师们和各位学长学姐,以及我们在采样过程中遇到的帮我们解决了样品问题的养殖户,多谢你们的帮助!