【摘要】：自工業(yè)革命以來,化石燃料燃燒等人類活動(dòng)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(dòng)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(huì)影響多種海洋無脊椎動(dòng)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(duì)海洋灘涂貝類受精的影響及其作用機(jī)理尚不明晰。泥蚶(Tegillarca granosa)是我國重要的經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖灘涂貝類,具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)地位,其廣播式繁殖(Broadcastspawning)在海洋無脊椎動(dòng)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(duì)泥蚶受精的影響。首先,本次研究采取了向海水中添加無機(jī)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(shí)驗(yàn)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(huì)顯著抑制其受精率,但加富CO2法對(duì)泥蚶精子運(yùn)動(dòng)能力的影響更大。由于海洋無脊椎動(dòng)物的受精,按時(shí)序主要包括精卵相遇、精卵識(shí)別與卵子激活(鈣波形成)三個(gè)步驟,為了進(jìn)一步分析海洋酸化影響泥蚶受精的作用機(jī)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(duì)上述三個(gè)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(huì)明顯削弱精子的運(yùn)動(dòng)速度,從而減少精卵碰撞概率。實(shí)驗(yàn)中對(duì)泥蚶精子進(jìn)行酸化處理后,其曲線運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)模型(Fertilization kinetics model)模擬計(jì)算得出,若海水pH由8.1降至7.8或7.4時(shí),僅泥蚶精子運(yùn)動(dòng)速度的下降就會(huì)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(cè)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(huì)造成泥蚶精子運(yùn)動(dòng)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(huì)顯著降低精卵識(shí)別的效率,造成泥蚶精卵融合比例的降低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所獲的泥蚶精卵和受精相關(guān)參數(shù),通過受精動(dòng)力學(xué)模型計(jì)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(shí)會(huì)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(gè)蛋白的表達(dá)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(xì)胞功能及介導(dǎo)精卵識(shí)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(shí)別與融合相關(guān)蛋白表達(dá)水平下調(diào)是導(dǎo)致泥蚶精卵識(shí)別效率降低的重要原因。在卵子激活方面,實(shí)驗(yàn)證實(shí)海洋酸化會(huì)抑制受精過程中卵細(xì)胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)的波動(dòng)幅度和濃度峰值。由于受精過程中的卵子激活是一個(gè)重要的Ca2+依賴性過程,此過程中卵細(xì)胞內(nèi)Ca2+波動(dòng)和濃度對(duì)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(xì)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(yùn)相關(guān)蛋白表達(dá)受到抑制很有可能是造成海洋酸化條件下卵細(xì)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(huì)導(dǎo)致泥蚶受精率顯著降低,主要是通過(1)削弱精子運(yùn)動(dòng)速度,減少泥蚶精卵碰撞的概率;(2)阻礙精卵識(shí)別,降低精卵每次相遇導(dǎo)致受精的概率;(3)造成卵細(xì)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(xiàn)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(xiàn)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(dòng)物和頭索動(dòng)物的精子都是帶有一逡逑根細(xì)長(zhǎng)鞭毛的近圓形細(xì)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(dòng)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(dòng)蛋白（Ａｃｔｉｎ和Ｍｙｏｓｉｎ）逡逑與多種溶解酶。當(dāng)頂體反應(yīng)發(fā)生時(shí)，肌動(dòng)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2745271