不同珊瑚对酸化、苯并%5Ba%5D芘单一和复合胁迫的生理响应.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 18 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.18,No.3 Jun.2023 基金项目:国家自然科学基金资助项目(4196070185);2020 年海南省普通高等学校研究生创新科研课题(Hys2020-186)第一作者:陈雨梅(1998),女,硕士研究生,研究方向为海洋环境胁迫与生态系统响应,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20221003001陈雨梅,齐钊,尹连政,等.不同珊瑚对酸化、苯并a芘单一和复合胁迫的生理响应J.生态毒理学报,2023,18(3):456-464Chen Y M,Qi Z,Yin L Z,et al.Physiological responses of different corals under single and combined stress of acidification and benzoapyrene J.Asi-an Journal of Ecotoxicology,2023,18(3):456-464(in Chinese)不同珊瑚对酸化、苯并a芘单一和复合胁迫的生理响应陈雨梅1,2,齐钊1,2,尹连政1,2,常逢彤1,2,鞠涵烨3,刁晓平1,*1.南海海洋资源利用国家重点实验室,海口 5702282.海南大学生态与环境学院,海口 5702283.海南师范大学生命科学学院,海口 571158收稿日期:2022-10-03 录用日期:2023-01-11摘要:海洋酸化和持久性有机污染物的排放对珊瑚礁生态系统的健康具有负面影响。为阐明酸化、苯并a芘(benzoapyrene,BaP)单一及复合胁迫对 2 种不同形态珊瑚共生虫黄藻光合生理指标和抗氧化酶活性的影响,本研究以澄黄滨珊瑚(Porites lut-ea)和多孔鹿角珊瑚(Acropora milllepora)为研究对象,分析了不同胁迫处理(酸化、BaP 胁迫、酸化与 BaP 复合胁迫)对 2 种珊瑚?的共生虫黄藻密度、叶绿素a含量以及抗氧化酶活性的毒性效应。研究结果显示,单一酸化胁迫(pH=7.8)下,多孔鹿角珊瑚共?生虫黄藻密度、叶绿素a含量和超氧化物歧化酶(SOD)酶活性呈显著下降(P0.01),过氧化物酶(POD)酶活性显著上升(P?0.01);澄黄滨珊瑚共生虫黄藻密度、叶绿素a含量无显著变化,SOD、POD 酶活性显著下降(P0.01)。单一 BaP(10 g L-1)胁迫下,多孔鹿角珊瑚共生虫黄藻的密度、叶绿素a含量显著下降(P0.01),SOD、POD 酶活性无显著变化;澄黄滨珊瑚共生虫黄藻?密度无显著变化,叶绿素a含量显著下降(P0.01),SOD、POD 酶活性明显升高(P0.01);在海水酸化复合 BaP 胁迫下,多孔鹿?角珊瑚的共生虫黄藻叶绿素a含量、SOD 酶活性显著下降(P0.01),澄黄滨珊瑚共生虫黄藻密度显著升高(P0.05),POD 酶活?性显著下降(P0.01)。研究结果表明,珊瑚对不同环境的胁迫响应存在种间差异,多孔鹿角珊瑚较澄黄滨珊瑚更加敏感;珊瑚?共生虫黄藻叶绿素a含量变化更适合作为海洋酸化、BaP 胁迫的指示因子。关键词:海水酸化;苯并a芘;珊瑚;共生虫黄藻;生理响应文章编号:1673-5897(2023)3-456-09 中图分类号:X171.5 文献标识码:APhysiological Responses of Different Corals under Single and CombinedStress of Acidification and BenzoapyreneChen Yumei1,2,Qi Zhao1,2,Yin Lianzheng1,2,Chang Fengtong1,2,Ju Hanye3,Diao Xiaoping1,*1.State Key Laboratory of Marine Resources Utilization in South China Sea,Haikou 570228,China2.College of Ecology and Environment,Hainan University,Haikou 570228,China3.College of Life Sciences,Hainan Normal University,Haikou 571158,ChinaReceived 3 October 2022 accepted 11 January 2023Abstract:The health of coral reef ecosystem has been negatively impacted by ocean acidification(OA)and the第 3 期陈雨梅等:不同珊瑚对酸化、苯并a芘单一和复合胁迫的生理响应457 discharge of persistent organic pollutants(benzoapyrene,BaP).In order to elucidate the individual and combinedeffects of OA and BaP on the algal photo-physiology and antioxidant system of coral holobionts,we measured theSymbiodiniaceae density and chlorophyllacontent,as well as antioxidant enzyme activities of holobionts in two?reef-building corals,Acropora millleporaandPorites lutea,respectively.The results showed that OA(pH=7.8)?caused a significant decrease in Symbiodiniaceae density,chlorophyllacontent,and superoxide dismutase(SOD)?activity,but a significant increase in peroxide(POD)activity(P0.01)inA.millepora,whereas no significant vari-?ation in two algal photo-physiological indexes and a significant decrease(P0.01)in SOD and POD activities of?P.lutea.An exposure of 10 g L-1induced significant decrease in Symbiodiniaceae density and chlorophyllacon-?tent(P0.01),but there has no significant change in SOD and POD activities ofA.millepora.Additionally,chloro-?phyllacontent significantly decreased(P0.01),but SOD and POD activities were significantly elevated inP.lutea(P0.01).Under combined stressors exposure,the chlorophyllacontent and SOD activity significantly declined(P0.01)inA.millepora,while Symbiodiniaceae density significantly increased(P0.05)inP.luteaaccompanied?with significantly decreased POD activity(P0.01).Our findings suggested thatA.milleporais more sensitive thanP.luteato the environmental stress.The chlorophyllacontent appears suitable as the bio-indicator to monitor oceanacidification and BaP pollution.Keywords:acidification;benzoapyrene;coral;Symbiodiniaceae;physiological index 海洋酸化已经成为珊瑚礁生态系统健康的主要威胁1。据美国国家海洋和大气管理局(National O-ceanic and Atmospheric Administration,NOAA)报告,2021 年全球平均大气 CO2含量为 414.72 mgL-1。如果全球能源需求持续增长,到 21 世纪末,大气中的 CO2含量可能达到 800 mgL-1甚至更高2。近20 年来,海洋表层水 pH 值每 10 年下降 0.017 0.027 个单位3,随着大气中 CO2浓度不断增加,海洋对大气中 CO2的吸收速度继续加快。预计到 21世纪末 pH 将下降 0.2 0.4 个单位4。随着海洋酸化程度的加深,最终会导致珊瑚礁结构的损坏和珊瑚的生长5。Vogel 等6指出,酸化程度的加剧对珊瑚产生了负面影响,且海水酸化和其他环境胁迫可能对珊瑚产生累加的负面影响。因此,不同种类的珊瑚对海洋酸化的响应差异,以及多种环境压力因素之间的相互作用还需要进行更多的研究7。苯并a芘(benzoapyrene,BaP)是持久性有机污染物多环芳烃(PAHs)的典型代表。近年来,持续的人类活动导致更多的 PAHs 通过空气-水交换和沉积进入海洋,威胁到珊瑚礁生物和整个珊瑚礁生态系统8。据报道,PAHs 广泛存在于南海沿岸甚至近海的海水和珊瑚礁区中9。在海南岛近岸的部分珊瑚礁区中,水体的 PAHs 含量为 13.60 407.82 ngL-1,沉积物中 25.3 387.5 ngg-1(以干质量计),而珊瑚体内含量达到 209.41 824.52 ng g-1(以干质量计),显著高于周围环境中的浓度,说明珊瑚对 PAHs具有较强的富集效应10-11。由于全球变化和人类活动的影响,海水酸化和 BaP 均已成为威胁珊瑚生存的重要环境因子,而海洋酸化与有机污染物污染在海洋环境中更多是相伴出现,海水酸化极有可能改变 BaP 等污染物的海洋环境行为,进而影响其毒理效应。目前,海水酸化和 BaP 对造礁珊瑚毒理效应的相关研究大多是针对单一的因素开展,关于酸化和 BaP 联合胁迫影响珊瑚的研究尚鲜有文献报道,与单一环境因子相比,联合因子的协同作用对珊瑚的影响研究更复合实际12。珊瑚共生虫黄藻的叶绿素含量和细胞密度情况以及珊瑚共生体抗氧化酶活性可以反映珊瑚的健康状况11,13-14,因此,本研究选用 2 种不同形态的珊瑚为受试对象,探究酸化、BaP 单一和复合污染对珊瑚共生虫黄藻细胞密度、叶绿素含量和珊瑚共生体抗氧化酶活性的影响,筛选出敏感的生物标志物,以期为阐明海洋酸化-BaP 的联合毒性效应和不同形态珊瑚的环境耐受性提供科学依据和基础数据。1 材料与方法(Materials and methods)1.1 实验试剂苯并a芘(BaP)为色谱纯,购自 Sigma 公司,二甲基亚砜(DMSO)为分析纯,购自西陇科学股份有限公司。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和考马斯亮蓝法蛋白定量(TP)均由南京建成生物工程458 生态毒理学报第 18 卷研究所提供。1.2 实验材料2021 年 6 月在三亚凤凰岛采集澄黄滨珊瑚(Porites lutea)和多孔鹿角珊瑚(Acropora milllepora),?分为 3 5 cm2左右的断枝,继续进行 2 周适应性养殖。养殖珊瑚使用经过沉淀和 0.5 m 滤膜过滤的自然海水,盐度 34 35,pH 为 8.100.20,每天固定 12 h 光照和 12 h 黑暗,光照强度为 300 molphotons m-2s-1,水温保持在 24 25。之后,健康的珊瑚块被用于单一胁迫和海水复合 BaP 胁迫实验。1.3 珊瑚暴露实验及样品采集依据文献报道和实验室前期研究结果11,13-16,实验设置空白对照组(CK)、酸化处理组(pH 7.80)、BaP 处理组(10 g L-1)和酸化 BaP 复合处理组(pH7.80,BaP 10 g L-1)。所有实验处理组均设 3 个平行,每组放置 9 16 个珊瑚断枝。实验期间,其海水温度、盐度、光照时间与驯养期间的保持一致。酸化胁迫 pH 控制:由 CO2加富器(武汉瑞华仪器设备有限公司,CE100D 型)注入 CO2,实现水体pH 调节,并使用 pH 计(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司,Five Easy Plus FP20 pH/mV,仪表级别 0.01级)进行监测。BaP 胁迫浓度控制:BaP 处理组中溶剂 DMSO的终浓度低于海水体积(5 L)的 1,以避免溶剂干扰;每日定时更换全部海水,并分别向各胁迫组添加固定体积的 BaP 母液,以确保每日 BaP 胁迫浓度一致。实验样品采集:收集胁迫实验第 7 天的珊瑚样品,立即转移到-40 冰箱保存。1.4 虫黄藻叶绿素含量和密度的测定珊瑚骨骼表面积测定11:锡箔纸包裹缠绕珊瑚表面,只包裹有虫黄藻部分;去除多余锡箔纸,将包裹珊瑚表面的锡箔纸平铺粘贴于测量纸上并备注好对应样品编号,设置标尺。扫描结果于 Image J 估算表面积(至少测 3 次重复)。所测珊瑚骨骼表面积(cm2)用于虫黄藻叶绿素和细胞密度单位面积含量的计算。虫黄藻收集:人工海水(GB 17378.42007)17事先放置于 4 冰箱保存,洗牙器加入人工海水将珊瑚骨骼冲洗至白化,冲洗液过 300 目细胞筛后装入离心管,4、4 000 r min-1离心 10 min 去上清定容至 10 mL;定容好的藻液分装 5 mL 用于叶绿素测定,其余用于虫黄藻细胞计数。虫黄藻密度测定11:100 L 藻液每次匀浆并吸取 10 L 血球计数板于显微镜下(物镜 10,目镜 10)计数,并重复 9 次。按照式(1)计算。细胞数(cells mL-1)=80 小格细胞数/80400104(1)丙酮萃取叶绿素:分装好的 5 mL 藻液于 4、4 000 rmin-1离心 10 min,去除海水,加入等体积90%丙酮11,锡纸包裹避光;细胞破碎仪 70 Hz 破碎60 s 后放入-20 冰箱萃取 24 h。萃取结束后4 500 r min-1离心 15 min 去除杂质,上清用于紫外分光光度计测量(645 nm、663 nm),测量 3 次重复。按照式(2)计算11,CHLa=12.7A663-2.69A645(2)式中:CHLa 为叶绿素a含量(gL-1);A663为波长?663 的吸光度;A645为波长 645 的吸光度。1.5 珊瑚抗氧化酶活性的测定人工海水事先放置于 4 冰箱保存,洗牙器加入人工海水将珊瑚骨骼冲洗至白化,获得珊瑚组织冲洗液,装入50 mL 离心管里,4、4 000 r min-1离心 10 min 去上清定容至 10 mL;定容好的珊瑚组织液根据以下方法制备组织匀浆。参照试剂盒附送的实验方法学,按照最佳取样量制备对应浓度组织匀浆。总蛋白含量:珊瑚组织液 4、4 000 r min-1离心 10 min 去上清,获得珊瑚待测组织质量,按珊瑚组织沉淀质量(g)体积(mL)=1 49 的比例加入 49倍体积的生理盐水(2%组织匀浆),冰水浴的条件机械匀浆 1 min,4、2 500 r min-1离心 10 min,取上清待测。SOD 酶:珊瑚组织液 4、4 000 rmin-1离心10 min 去上清,获得珊瑚待测组织质量,按珊瑚组织沉淀质量(g)体积(mL)=1 9 的比例加入 9 倍体积的生理盐水(10%组织匀浆),冰水浴的条件机械匀浆 1 min,4、3 500 r min-1离心 10 min,取上清待测。POD 酶:珊瑚组织液 4、4 000 rmin-1离心10 min 去上清,获得珊瑚待测组织质量,按珊瑚组织沉淀质量(g)体积(mL)=1 4 的比例加入 4 倍体积的生理盐水(20%组织匀浆),冰水浴的条件机械匀浆 1 min,4、3 500 r min-1离心 10 min,取上清待测。匀浆制备完成,上清用于测定总蛋白含量和抗氧化酶活性,所测总蛋白含量用以计算,并统一酶活第 3 期陈雨梅等:不同珊瑚对酸化、苯并a芘单一和复合胁迫的生理响应459 单位。1.6 数据分析与统计使用 IBM SPSS Statistics 26.0 统计软件进行单因素方差分析和 Duncan 多重比较,以P0.05、P0.05),复合胁迫组共生虫黄藻密度?则明显升高(P0.05)。多孔鹿角珊瑚的共生虫黄藻?密度在酸化组、BaP 组明显降低,与对照组相比,具有显著差异(P0.05)。多?孔鹿角珊瑚虫黄藻密度的变化对不同胁迫方式更加敏感。图 1 单一及复合胁迫对 2 种珊瑚共生虫黄藻细胞密度的影响注:Control 表示空白对照组,Acid 表示海水酸化组,BaP 表示苯并a芘胁迫组,Acid+BaP 表示复合胁迫组;*表示P0.05,*表示P0.01。Fig.1 Effects of single and combined stresses on cell densityof two coral symbionts SymbiodiniaceaeNote:Control indicates blank control group,Acid indicates seawateracidification group,BaP indicates benzoapyrene stress group,and Acid+BaP indicates compound stress group;*symbol of significantdifferenceP0.05,*symbol of significant differenceP0.05),BaP 胁迫组虫黄藻叶绿素a含量明?显下降,与对照组相比具有显著差异(P0.01)。酸?化组、BaP 胁迫组和复合胁迫组多孔鹿角珊瑚共生虫黄藻叶绿素a含量均明显减低,与对照组相比具?有显著差异(P0.01),说明相较于澄黄滨珊瑚,多孔?鹿角珊瑚虫黄藻叶绿素a含量变化对环境胁迫更加?敏感。图 2 单一及复合胁迫对 2 种珊瑚共生虫黄藻叶绿素a含量的影响注:*表示显著P0.05,*表示显著P0.01。Fig.2 Effects of single and combined stresses on chlorophyllacontent of two coral symbionts SymbiodiniaceaeNote:*symbol of significant differenceP0.05,*symbol of significant differenceP0.01.2.3 单一及复合胁迫对澄黄滨珊瑚抗氧化酶活性的影响3 种不同的胁迫处理对澄黄滨珊瑚 SOD 酶(图3(a)和 POD 酶活性(图 3(b)的影响趋势是一致的,表现为酸化胁迫导致 2 种酶的活性显著下降,BaP胁迫则能够明显诱导 2 种酶的活性,与对照组相比均具有显著差异(P0.05);而 POD 酶活性明显降460 生态毒理学报第 18 卷?低,表现出显著差异(P0.01)。结果表明,单一胁?迫对澄黄滨珊瑚 SOD 酶活性的影响要大于复合胁迫,澄黄滨珊瑚 SOD 和 POD 酶活对不同胁迫的响应一致。2.4 单一及复合胁迫对多孔鹿角珊瑚抗氧化酶活性的影响不同的胁迫方式对多孔鹿角珊瑚 SOD 酶(图 4(a)和 POD 酶活性(图 4(b)的影响不同。由图 4 可知,酸化胁迫后 SOD 酶活性受到明显抑制,而 POD酶活性受到诱导增加,与对照组相比具有显著差异(P0.01);BaP 暴露后,对 SOD 酶和 POD 酶活性没?有明显影响。而复合胁迫能抑制 2 种酶的活性,导致 SOD 酶活性显著下降(P0.01);POD 酶活性与对?照组相比虽有下降趋势,但未存在明显差异。与其他 2 种胁迫方式相比,酸化胁迫对多孔鹿角珊瑚抗氧化酶活性的影响更大。图 3 单一及复合胁迫对澄黄滨珊瑚(P.lutea)抗氧化酶活性的影响注:(a)超氧化物歧化酶(SOD)活性,(b)过氧化物酶(POD)活性;*表示显著P0.05,*表示显著P0.01。Fig.3 Effects of single and combined stresses on the antioxidant enzyme activities ofP.luteaNote:(a)Superoxide dismutase(SOD)activity;(b)Peroxide(POD)activity;*Symbol of significant differenceP0.05,*Symbol of significant differenceP0.01.图 4 单一及复合胁迫对多孔鹿角珊瑚(A.milllepora)抗氧化酶活性的影响注:(a)超氧化物歧化酶(SOD)活性,(b)过氧化物酶(POD)活性;*表示显著P0.05,*表示显著P0.01。Fig.4 Effects of single and combined stresses on the antioxidant enzyme activities ofA.millleporaNote:(a)Superoxide dismutase(SOD)activity;(b)Peroxide(POD)activity;*Symbol of significant differenceP 0.05,*Symbol of significant differenceP0.01.第 3 期陈雨梅等:不同珊瑚对酸化、苯并a芘单一和复合胁迫的生理响应461 3 讨论(Discussion)珊瑚共生虫黄藻的叶绿素含量和细胞密度可以用来区分珊瑚的应激和功能失调的状态18,因此可被作为一种生物测定方法用以评估珊瑚所面临的压力。有研究显示,珊瑚共生虫黄藻正常发育需要偏碱性环境19。我们的研究结果显示,在单独的海水酸化条件下(pH=7.8),胁迫第 7 天时,澄黄滨珊瑚和多孔鹿角珊瑚的共生虫黄藻细胞密度和叶绿素a浓?度下降,其中多孔鹿角珊瑚表现为显著下降(P0.01),表明海水酸化可导致珊瑚单位面积共生虫?黄藻的光合色素和虫黄藻密度明显降低,影响珊瑚与共生虫黄藻的共生关系。珊瑚共生虫黄藻为珊瑚提供了大部分的营养来源20,海洋酸化降低了珊瑚共生虫黄藻的密度,影响了虫黄藻的光合作用,进而阻碍了营养的供应,对珊瑚健康造成威胁。有研究显示,不同种类的珊瑚对海洋酸化具有不同的抵抗力,我们的研究结果显示,多孔鹿角珊瑚对海水酸化的环境变化更加敏感,这与前人的研究结果相一致21-22。多孔鹿角珊瑚是枝状珊瑚,与澄黄滨珊瑚(块状)相比,具有更快的生长速度。研究发现,生长较快的珊瑚更容易受到海水酸化的影响23-24。有研究显示,在海洋酸化的背景下,对酸化敏感的物种会相对减少,抗酸性强的物种则会相对增多,生态系统内的多样性随之降低25,而多样性下降很可能抑制珊瑚的生长和存活并引发负反馈,导致进一步的生态系统衰退26,因此,枝状珊瑚的多样性,还能够间接体现其生活环境的基本情况。BaP 主要通过细胞生物过程对生物产生毒性,Kennedy 等27证实了 BaP 在共生虫黄藻中的累积会随着时间的推移和正常的光周期的增加而增加,而珊瑚失去共生虫黄藻可能是一种有效的解毒方式。有研究表明,BaP 暴露可导致不同鹿角珊瑚共生虫黄藻光合效率和虫黄藻密度的降低,珊瑚与共生虫黄藻的共生关系受到胁迫11,13。在本研究中,BaP(10 g L-1)胁迫 7 d 后,澄黄滨珊瑚和多孔鹿角珊瑚共生虫黄藻的叶绿素a含量显著下降,且多孔鹿?角珊瑚共生虫黄藻的细胞密度显著下降,这与上述文献的研究结果基本一致。此外,BaP 暴露与海水酸化暴露对珊瑚影响的研究结果一致,同样表现为多孔鹿角珊瑚比澄黄滨珊瑚更容易受到影响。Scheufen 等18强调不同珊瑚种类的骨架单元对珊瑚共生虫黄藻光合能力的重要性。因此,可以认为,由于形态和骨骼结构的差异,澄黄滨珊瑚(块状)与多孔鹿角珊瑚(枝状)对 BaP 的响应表现不一,这为识别物种形态在珊瑚表现和竞争能力方面的差异提供了依据。值得注意的是,我们研究的 2 种珊瑚中,耐受性更强的澄黄滨珊瑚在 BaP 胁迫下其共生虫黄藻密度未发生显著改变,但其共生虫黄藻叶绿素a含量却显著下降,表明珊瑚共生虫黄藻密度的反应?滞后于叶绿素a含量变化,这与雷新明等28的研究?结果一致。由此可见,澄黄滨珊瑚的耐受性可能与更为稳定的珊瑚-虫黄藻共生关系相关。我们的研究发现,海水酸化-BaP 复合胁迫下,澄黄滨珊瑚比多孔鹿角珊瑚更具耐受性。复合胁迫下,多孔鹿角珊瑚的共生虫黄藻单位面积密度、叶绿素a含量显著下降;澄黄滨珊瑚的共生虫黄藻单位?面积密度显著上升,但其叶绿素a含量无显著变化,?Tern 等29的研究显示,增加虫黄藻密度能更有效地抵消细胞色素失衡,并且增强珊瑚吸收率。因此,澄黄滨珊瑚比多孔鹿角珊瑚更具耐受性,可能是其在应对复杂的环境胁迫时,能够增加虫黄藻密度,有效地调控机体内稳态。SOD 酶是生物体内常见的抗氧化酶,能够消除机内的活性氧(reactive oxygen species,ROS),在抗氧化防御过程发挥了非常重要的作用30。然而,如果ROS 产生过多,超出了机体自身的防御和去除能力,机体就会受到氧化胁迫31。我们的研究发现,在3 种胁迫处理下,澄黄滨珊瑚和多孔鹿角珊瑚中的SOD 酶活性呈现相同的反应模式,即与对照组相比,单一海水酸化胁迫和酸化-BaP 复合胁迫均导致珊瑚 SOD 酶活性降低。海水酸化暴露 7 d 后,2 种珊瑚的 SOD 酶活性均呈显著下降(P0.01),说明?SOD 酶活性受海水酸化(pH=7.8)的影响较大,可能是因为海水酸化刺激了细胞内芬顿(Fenton)反应产生更多的羟基自由基,导致细胞内酸中毒,从而抑制了珊瑚 SOD 酶的解毒功能32,而韦晓慧33和张天宇等34研究中海水酸化(pH=7.6)导致日本虎斑猛水蚤(Tigriopus japonicus)和大马蹄螺(Trochus niloticus)的?SOD 酶活性上升,与本研究结果相反,可能是由于珊瑚作为共生有机功能体,对海水酸化胁迫更为敏感,pH=7.8 时就表现出了免疫功能抑制。相较于对照组,BaP 暴露 7 d 后,2 种珊瑚的 SOD 酶活性均上升,说明 BaP 胁迫的刺激促使了珊瑚产生抗氧化防御反应,增加体内的 SOD 酶活性来消除多余的ROS13。在海洋无脊椎动物免疫应答过程中,氧化应激462 生态毒理学报第 18 卷产生的抗氧化酶有 SOD、过氧化氢酶(CAT)、POD 和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)等,SOD 酶能以超氧阴离子为作用底物,将其歧化成为 H2O2和 O2,紧接着POD 酶将 H2O2分解或利用,从而避免了氧化伤害35,POD 还参与了黑色素合成途径,具有消除过氧化氢和酚类、胺类、醛类、苯类毒性的双重作用,在大多数情况下为珊瑚提供了抵抗真菌病原体的能力36-37,有研究证明 POD 活性较低的珊瑚容易患病38。黄昇39研究发现,酸化海水促进中华乌塘鳢(Bostrychus sinensis)黏液的分泌,引起体表黏液细胞?的应激反应,使其皮肤表层免疫力减弱,且海水 pH为 7.8 时,有利于致病菌的繁殖和生物膜的形成,最终引起中华乌塘鳢出现皮肤红肿病。在我们的研究中,澄黄滨珊瑚 POD 酶活性应对各胁迫处理的响应与 SOD 酶一致,但 POD 酶活性反应比 SOD 酶活性更为灵敏。海水酸化会抑制澄黄滨珊瑚 POD 酶的活性,而 BaP 胁迫则导致机体产生 O2-、H2O2和羟基自由基,从而启动 POD 酶的上调,引发珊瑚的抗氧化防御反应,在复合胁迫处理下,POD 酶的活性受到抑制显著下降(P0.01)。与澄黄滨珊瑚不同,?多孔鹿角珊瑚在胁迫 7 d 后,海水酸化组的 POD 酶活性显著上升,而 BaP 胁迫组和复合胁迫组则无显著变化,珊瑚应对不同的环境因子的响应过程不同且具有种间差异。崔雯婷40在海水酸化和镉复合胁迫褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)仔鱼的研究中发现,海水酸化?影响了受试生物抗氧化防御系统对重金属镉暴露的响应。我们的研究发现,海水酸化抑制了珊瑚的抗氧化酶活性,BaP 则引发珊瑚的抗氧化防御反应,而海水酸化-BaP 复合胁迫下,澄黄滨珊瑚和多孔鹿角珊瑚抗氧化酶活性受到抑制,表明海水酸化影响了珊瑚抗氧化防御系统对 BaP 暴露的响应,与前人研究相类似。综上所述,这些生理指标都反映珊瑚在海水酸化和 BaP 污染的环境胁迫下处于异常状态,且 2 种珊瑚应对单一及复合胁迫具有不同的生理响应。海水酸化(pH=7.8)胁迫 7 d 后,珊瑚共生虫黄藻的光合色素和虫黄藻密度降低,珊瑚与虫黄藻的共生关系受到威胁。相较澄黄滨珊瑚,多孔鹿角珊瑚对海水酸化更加敏感;BaP(10 gL-1)胁迫 7 d 后,2 种珊瑚单位面积共生虫黄藻的光合色素和虫黄藻密度降低,且多孔鹿角珊瑚共生虫黄藻比澄黄滨珊瑚更容易受到 BaP 的影响;海水酸化-BaP 复合胁迫下,2种珊瑚共生虫黄藻的光合色素含量和密度比单一胁迫组更高。海水酸化和 BaP 污染对珊瑚的抗氧化防疫系统的影响因生理指标类别和珊瑚种类而异,POD、SOD 酶活性在不同胁迫条件下的变化,体现了珊瑚的抗氧化防御酶在活性氧清除过程中的协调作用。珊瑚共生虫黄藻叶绿素a含量变化更适合作?为海洋酸化、BaP 胁迫的指示因子,我们的研究结果显示,多孔鹿角珊瑚对酸化、BaP 单一胁迫和复合胁迫较澄黄滨珊瑚更加敏感。通信作者简介:刁晓平(1963),女,博士,教授,主要研究方向为环境胁迫对海洋生物的生态毒理效应。参考文献(References):1 Jiang J Y,Lu Y D.Metabolite profiling ofBreviolumminutumin response to acidification J.Aquatic Toxicol-?ogy,2019,213:1052152 National Oceanic and Atmospheric Administration.Cli-mate Change:Atmospheric carbon dioxide R.ColoradoBoulder,United States of America:National Oceanic andAtmospheric Administration(NOAA),20223 Intergovernmental Panel on Climate Change 2019:Chan-ging Ocean,Marine Ecosystems,and Dependent Commu-nities.IPCC Special Report on the Ocean and Cryospherein a Changing Climate R.Genve:IntergovernmentalPanel on Climate Change(IPCC),20224 Meron D,Rodolfo-Metalpa R,Cunning R,et al.Changesin coral microbial communities in response to a naturalpH gradient J.The ISME 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