【摘要】：自工業(yè)革命以來,化石燃料燃燒等人類活動導(dǎo)致大氣中二氧化碳(CO2)的濃度不斷升高,而這其中約有1/4至1/3的CO2被海洋吸收,造成了海水酸度的增加,即“海洋酸化”現(xiàn)象。在海洋中,大多數(shù)無脊椎動物在繁殖期直接將配子排放到自然海水中,并在海水中完成受精和發(fā)育的全過程。目前,已有大量研究證明海洋酸化會影響多種海洋無脊椎動物的雌雄配子和受精過程。與開闊海域相比,近岸灘涂環(huán)境更易受空氣中CO2濃度影響,棲息于此的物種也因此更容易被海洋酸化所威脅。但迄今為止,海洋酸化對海洋灘涂貝類受精的影響及其作用機理尚不明晰。泥蚶(Tegillarca granosa)是我國重要的經(jīng)濟養(yǎng)殖灘涂貝類,具有重要的經(jīng)濟價值和生態(tài)地位,其廣播式繁殖(Broadcastspawning)在海洋無脊椎動物中也極具代表性。因此,本研究通過模擬未來海水pH條件,探究了未來海洋酸化條件(pH 7.8和7.4)對泥蚶受精的影響。首先,本次研究采取了向海水中添加無機酸和加富CO2兩種方法模擬未來海洋酸化條件并處理泥蚶配子。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩種方法制備出的酸化海水處理泥甜配子均會顯著抑制其受精率,但加富CO2法對泥蚶精子運動能力的影響更大。由于海洋無脊椎動物的受精,按時序主要包括精卵相遇、精卵識別與卵子激活(鈣波形成)三個步驟,為了進一步分析海洋酸化影響泥蚶受精的作用機理,本研究通過加富CO2的方法模擬了未來海洋酸化情景,探究了其對上述三個關(guān)鍵步驟的影響。在精卵相遇方面,研究發(fā)現(xiàn)海洋酸化會明顯削弱精子的運動速度,從而減少精卵碰撞概率。實驗中對泥蚶精子進行酸化處理后,其曲線運動速度(VCL),平均路徑速度(VAP)和直線速度(VSL)都顯著降低。利用受精動力學(xué)模型(Fertilization kinetics model)模擬計算得出,若海水pH由8.1降至7.8或7.4時,僅泥蚶精子運動速度的下降就會使其受精率分別降低7.2%或20.8%。由于精子的三磷酸腺苷(ATP)水平與其活力呈顯著的正相關(guān),本研究也測定了不同海洋酸化條件下精子的ATP含量及其合成過程中關(guān)鍵酶酶活。結(jié)果表明海洋酸化可以通過抑制精子內(nèi)ATP關(guān)鍵合成酶活性來降低ATP含量,這無疑會造成泥蚶精子運動速度的下降。在精卵融合方面,本研究發(fā)現(xiàn)未來海洋酸化會顯著降低精卵識別的效率,造成泥蚶精卵融合比例的降低。根據(jù)實驗所獲的泥蚶精卵和受精相關(guān)參數(shù),通過受精動力學(xué)模型計算得出,泥蚶精卵每次碰撞導(dǎo)致融合的概率(β/β0)在海水pH降至7.8和7.4時會分別下降到正常海水下的69.4%和46.8%。差異蛋白質(zhì)組學(xué)的結(jié)果表明,酸化處理后卵膜上多個蛋白的表達水平發(fā)生了不同程度的改變,這其中也包括了調(diào)控受精相關(guān)細胞功能及介導(dǎo)精卵識別與融合的一系列蛋白。結(jié)合免疫熒光和熒光定量的結(jié)果可以推斷,酸化處理后卵膜表面精卵識別與融合相關(guān)蛋白表達水平下調(diào)是導(dǎo)致泥蚶精卵識別效率降低的重要原因。在卵子激活方面,實驗證實海洋酸化會抑制受精過程中卵細胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)的波動幅度和濃度峰值。由于受精過程中的卵子激活是一個重要的Ca2+依賴性過程,此過程中卵細胞內(nèi)Ca2+波動和濃度對卵子激活至關(guān)重要。因此,海洋酸化所導(dǎo)致的泥蚶受精過程中卵細胞內(nèi)鈣波形成紊亂將造成泥柑卵子激活失敗。此外,熒光定量的結(jié)果顯示,卵子內(nèi)Ca2+轉(zhuǎn)運相關(guān)蛋白表達受到抑制很有可能是造成海洋酸化條件下卵細胞內(nèi)鈣波生成紊亂的關(guān)鍵原因。綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)未來海洋酸化條件會導(dǎo)致泥蚶受精率顯著降低,主要是通過(1)削弱精子運動速度,減少泥蚶精卵碰撞的概率;(2)阻礙精卵識別,降低精卵每次相遇導(dǎo)致受精的概率;(3)造成卵細胞內(nèi)Ca2+紊亂,導(dǎo)致卵子無法正常被精子激活。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S917.4
【圖文】：

２００４邐２００６邐２００８邐２０１０邐２０１２邐２０１４邐２０１６邐２０１８逡逑年份Ｙｅａｒ逡逑圖１－２歷年（２００４年至２０１８年２月）海洋酸化相關(guān)研究發(fā)表的文獻數(shù)量（陳艽，等，２０１８）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ａｎ

邐２０００邐２０１０逡逑圖１－１莫納羅亞地區(qū)大氣Ｃ0２濃度（ｐｐｍ）和阿羅哈氣象站表層海水ｐＨ及ｐＣ0２邋（ｎａｔｍ）逡逑濃度的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)（Ｆｃｅｌｙ邋ｅ丨ａｌ．，２００９）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｉｍｅ邋ｓｅｒｉｅｓ邋ｏｆ邋ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ邋ＣＯ：邋ａｔ邋Ｍａｎｎａ邋Ｌｏａ邋（ｐｐｍ）邋ａｎｄ邋ｓｕｒｆｉｉｃｃ邋ｏｃｅａｎ邋ｐＨ邋ｉｉｎｄ邋／；ＣＯ：逡逑（ｆ．ｉａｔｍ）邋ａｔ邋Ｏｃｅａｎ邋Ｓｔａｔｉｏｎ邋Ａｌｏｈａ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ邋Ｎｏｒｔｈ邋Ｐａｃｉｆｉｃ邋Ｏｃｅａｎ．逡逑１邐５００邐■邐／逡逑＿邐４００邐－逡逑毅邐３００邐－逡逑２００邋－逡逑１００邋－邐0逡逑２００４邐２００６邐２００８邐２０１０邐２０１２邐２０１４邐２０１６邐２０１８逡逑年份Ｙｅａｒ逡逑圖１－２歷年（２００４年至２０１８年２月）海洋酸化相關(guān)研究發(fā)表的文獻數(shù)量（陳艽，等，２０１８）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ａｎｎｕａｌ邋ｎｕｍｂｅｒｓ邋（ｆｒｏｍ邋２００４邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋Ｆｅｂｍａｎ邋ｏｆ邋２０１８）邋ｏｆ邋ｌｉｔｃｎＵｕｒｃｓ邋ａｂｏｕｔ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｉｅｓ邋ｏｆ逡逑ｏｃｅａｎ邋ａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．逡逑３逡逑

１．３．２．１精子結(jié)構(gòu)逡逑大多數(shù)海洋生物，包括大部分貝類、棘皮動物和頭索動物的精子都是帶有一逡逑根細長鞭毛的近圓形細胞。如圖１－３所示，典型的海洋生物精子外周有一層大約逡逑１０ｎｍ厚的質(zhì)膜，質(zhì)膜內(nèi)包被著頂體、精核、中心粒、軸突和線粒體（Ｂｏｚｚｏｅｔａｌ．，逡逑１９９３）。逡逑海洋無脊椎動物精子的頂體大多呈帽狀，頂體位于精子頭部質(zhì)膜和核囊之逡逑間，是精卵結(jié)合的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。精子頂體中存有肌動蛋白（Ａｃｔｉｎ和Ｍｙｏｓｉｎ）逡逑與多種溶解酶。當頂體反應(yīng)發(fā)生時，肌動蛋白聚合為頂體突起，頂體釋放溶解酶，逡逑使精子可以穿過卵黃膜（吳琪，２０１０）。相較于其它卵膜較薄或卵子具有受精孔逡逑的物種，泥蚶的精子具有較尖的頂體前端以適應(yīng)泥蚶卵子復(fù)雜的卵膜結(jié)構(gòu)和體外逡逑受精的方式（石安靜，１９９５；董迎輝，等，２０１０）（表１－１）。逡逑海洋雙殼貝類精子的線粒體位于精子的中部

【參考文獻】

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本文編號：2745271