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海月水母早期生活史对海水酸化和升温的生理与分子响应机制研究
孙婷婷
Subtype博士
Thesis Advisor董志军
2023-05-28
Training institution中国科学院烟台海岸带研究所
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院烟台海岸带研究所
Degree Name理学博士
Degree Discipline海洋生物学
Keyword无性生殖 共附生微生物 宏基因组 转录组
Abstract自工业革命以来,海洋吸收了约30%的人类CO2排放量,造成海水酸化和海洋表层温度升高。在海洋酸化和海洋升温等环境胁迫下,海洋动物的氧化应激、能量代谢和免疫应答等生理特征和基因表达模式发生改变,进而影响机体的生长、发育、繁殖和存活等生命过程。而水母作为近岸海域海洋动物的重要生态类群之一,有可能耐受海水酸化和升温环境而获得种群竞争优势。海月水母(Aurelia coerulea)广泛分布于全球温带沿岸海域,是我国大型灾害水母优势种,在生物地球化学循环和海洋生态系统中占有重要地位。早期生活史阶段的螅状幼体和碟状幼体是海月水母种群增殖和生长发育的重要时期,是决定水母暴发的关键。因此,本研究针对海水酸化和海水升温的海洋环境问题,以海月水母早期生活史阶段螅状幼体和碟状幼体为研究对象,分析了海月水母幼体应对未来海洋环境变化时的生理响应策略及分子调控机制,为预测未来水母种群变化提供科学依据。本研究主要分为以下四部分研究内容: (1)以海月水母螅状幼体为研究对象,进行短期代内(F0)和长期多代(F0-F4)两个海水酸化暴露实验(pH 7.8;pH 7.6),通过检测螅状幼体的无性繁殖率、呼吸率以及SOD、CAT、Na+K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶、ACP和AKP等酶活性的生理指标,并结合转录组数据,以探索海月水母螅状幼体应对海水酸化时的生理响应和分子调控机制。研究结果表明:在F0代,与对照组(pH 8.1)相比,暴露于极低pH(pH = 7.6)海水中的螅状幼体,其无性繁殖率显著降低;短期海水酸化严重抑制了SOD、CAT、Na+K+-ATP酶和ACP的活性,影响海月水母螅状幼体酸碱平衡、免疫应答和抗氧化反应等生理过程;此外,转录组分析表明,在响应CO2水平升高时,海月水母螅状幼体中与微管和Ca2+结合相关基因的表达模式发生显著改变。然而,当海月水母螅状幼体在海水酸化环境中暴露5代后,海水酸化暴露的海月水母螅状幼体生理特征和转录表达与对照组无显著差异。因此,依据海月水母螅状幼体对海水酸化的响应特征,推测海月水母螅状幼体对未来海洋酸化具有较强的适应能力。 (2)以海月水母螅状幼体为研究对象,通过Biolog-ECO技术和宏基因组方法,探讨短期海水酸化暴露对螅状幼体共附生微生物群落组成、结构和功能的影响,以及共附生微生物在宿主应对海水酸化时发挥的作用。研究结果表明:在未来海水酸化(pH 7.8;pH 7.6)环境中,海月水母螅状幼体共附生微生物的群落结构和功能具有保守性。Biolog-ECO研究结果显示,海水酸化对海月水母螅状幼体共附生微生物群落的微生物代谢活性、多样性指数和碳源利用影响较小。宏基因组研究结果显示,柔膜菌门(Tenericute)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)等4个门类是螅状幼体共附生微生物群落的优势类群,且不同酸化处理组中其共附生微生物群落结构无显著差异;此外,暴露于不同酸化条件下海月水母螅状幼体共附生微生物的功能无显著差异。因此,海洋酸化可能不会通过改变微生物的群落结构来影响海月水母螅状幼体。 (3)以海月水母碟状幼体为研究对象,通过形态学、行为学、生理学和转录组学等方法,研究其对海水酸化的生理响应和分子机制。研究结果表明:海水酸化显著抑制海月水母碟状幼体的生长发育、收缩行为和摄食率。基于转录组学技术发现,酸化暴露显著改变了碟状幼体的基因表达模式。与毒素产生和神经信号传导等相关的基因表达量显著下调,因此,海水酸化可能会通过抑制毒素产生和减弱神经传导,降低碟状幼体的捕食效率和运动行为。因此,结合生理指标和组学数据,我们推测海月水母碟状幼体会在短期内受到海水酸化的负面影响。 (4)以海月水母螅状幼体为研究对象,通过测定无性繁殖率、摄食率和呼吸率等生理指标,评估了海水季节性升温对海月水母螅状幼体的影响。研究结果表明:42 d的季节性升温暴露后,海月水母螅状幼体的摄食率和无性繁殖率均升高;海月水母螅状幼体无性繁殖率在暴露于夏季升温的海水时最高;海月水母螅状幼体呼吸率在冬季升温后受到显著抑制,表明冬季升温后的能量分配于无性繁殖而不是代谢。因此,海月水母螅状幼体种群将受益于气候变化导致的四季海水温度升高,可能会进一步增加海月水母暴发潜力和规模,尤其是在夏季。 综上所述,海月水母两个早期生活史阶段(螅状幼体和碟状幼体)对海水酸化具有不同的响应策略。海月水母螅状幼体虽受到短期酸化的负面影响,但经过长期暴露后,其生理和转录水平显示适应海水酸化。然而,海月水母碟状幼体在海水酸化胁迫下,其生长发育、运动行为和捕食均受到显著抑制。季节升温暴露后海月水母螅状幼体无性繁殖率升高,表明海月水母可能得益于未来海洋温度升高。在全球气候变化背景下,本研究将为预测未来海月水母种群变化提供科学依据。
Pages135
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.yic.ac.cn/handle/133337/34384
Collection中国科学院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
孙婷婷. 海月水母早期生活史对海水酸化和升温的生理与分子响应机制研究[D]. 中国科学院烟台海岸带研究所. 中国科学院大学,2023.
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