Defense System of the Manila Clam Ruditapes philippinarum under High-Temperature and Hydrogen Sulfide Conditions  

高溫和硫化氫條件下馬尼拉蛤（Ruditapes philippinarum）的防御系統  

來源：Biology, volume 12, article number 278, 2023.

《生物學》第12卷，文章編號278，2023年  

 

摘要內容

 

研究探究了高溫（24°C、28°C、32°C）和硫化氫（H?S，0–40 μmol/L）雙重脅迫對馬尼拉蛤生存、行為及生理防御策略的影響。結果表明：  

行為防御：低溫（24°C）或低H?S濃度（≤10 μmol/L）下，蛤類初期通過開殼增強攝氧（行為評分升高）；隨脅迫時間延長轉為閉殼被動防御。高溫（≥28°C）與高H?S（≥20 μmol/L）協同脅迫時，蛤類立即閉殼。  

 

生理防御：  

 

呼吸代謝：初期激活細胞色素C氧化酶（CCO）以維持有氧代謝；脅迫延長后，CCO活性受抑（H?S抑制酶活性），轉而激活延胡索酸還原酶（FRD）啟動無氧代謝。  

 

抗氧化系統：超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）活性隨H?S濃度升高先升后降，高溫加速其活性衰退。  

細胞損傷：高H?S（≥20 μmol/L）與高溫（≥28°C）導致線粒體嵴溶解、內質網擴張及肌絲紊亂（透射電鏡觀察），損傷不可逆。  

 

協同效應：高溫（32°C）使H?S半致死時間（LT??）縮短50%以上，表明溫度升高顯著降低蛤類對H?S的耐受閾值。  

 

研究目的

闡明馬尼拉蛤在H?S脅迫下的行為與生理防御策略。  

 

揭示高溫如何改變蛤類對H?S的響應機制。  

 

評估雙重脅迫對蛤類細胞結構的損傷程度，為水產養殖逆境管理提供依據。  

 

研究思路

脅迫設計：設置3溫度（24°C、28°C、32°C） × 4 H?S濃度（0、10、20、40 μmol/L），持續96小時。  

 

多維度監測：  

 

生存率與行為：記錄死亡率（圖2）、開閉殼行為評分（圖3）。

 

 

 

生理響應：檢測CCO（有氧代謝）、FRD（無氧代謝）、SOD、CAT（抗氧化）酶活性（圖4–5）。  

 

 

細胞損傷：透射電鏡觀察鰓、足、閉殼肌超微結構（圖6）。  

 

數據分析：通過多因素方差分析評估溫度、H?S濃度、時間的交互效應。  

 

測量數據、來源及研究意義

生存率與LT??（圖2）：  

 

數據：32°C + 40 μmol/L H?S組96小時死亡率100%，LT??僅33.83小時。  

 

意義：量化高溫與H?S的協同致死效應，為養殖預警提供閾值（如28°C時H?S安全濃度<10 μmol/L）。  

行為評分（圖3）：  

 

數據：高溫（32°C）下蛤類在H?S≥20 μmol/L時立即閉殼（評分驟降至0）。  

 

意義：行為變化是脅迫響應的先兆指標，閉殼行為可減少H?S攝入但限制攝氧。  

酶活性動態（圖4–5）：  

 

CCO（圖4a–c）：H?S≥20 μmol/L時活性顯著抑制（高溫加劇抑制），表明有氧代謝受阻。  

 

FRD（圖4d–f）：無氧代謝代償性增強，但高溫下持續時間縮短。  

 

SOD/CAT（圖5）：高溫（32°C）+高H?S（40 μmol/L）導致抗氧化酶活性早期峰值后快速衰退，反映氧化損傷失控。  

 

意義：揭示代謝途徑轉換（有氧→無氧）和抗氧化系統崩潰是死亡的關鍵生理機制。  

超微結構損傷（圖6）：  

 

數據：線粒體嵴溶解、肌絲排列紊亂、大量空泡形成。  

 

意義：從細胞層面解釋行為異常（如閉殼肌損傷導致開閉障礙）和代謝衰竭。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

 

實驗中采用Unisense微電極系統實時監測H?S濃度，其核心價值在于：  

精準控制脅迫環境：  

 

動態調節Na?S母液流速，維持實驗槽H?S濃度誤差<1 μmol/L（實測值：目標濃度±0.1–0.5 μmol/L）。  

 

解決H?S易氧化、濃度不穩定的技術難點，確保脅迫條件的可重復性。  

關聯行為與生理響應：  

 

精確的濃度數據證實：H?S≥20 μmol/L是行為防御策略（開殼→閉殼）轉變的臨界點（圖3），并觸發代謝途徑轉換（CCO抑制→FRD激活，圖4）。  

支撐毒性機制解析：  

 

明確H?S濃度梯度與細胞損傷的劑量效應：40 μmol/L H?S直接導致線粒體嵴溶解（圖6b），為H?S抑制呼吸鏈酶提供結構證據。  

 

結論

雙重脅迫加劇毒性：高溫（≥28°C）使H?S毒性倍增，32°C + 40 μmol/L H?S組LT??較24°C組降低54.5%。  

 

防御策略動態調整：  

 

低脅迫下：優先行為防御（開殼增氧）→生理防御（有氧代謝）。  

 

高脅迫下：立即行為防御（閉殼）→無氧代謝 + 抗氧化激活 → 系統崩潰。  

不可逆損傷：高H?S + 高溫導致線粒體空泡化、肌絲溶解，損傷蛤類攝食與運動能力，產生"后遺癥"。  

 

養殖啟示：夏季高溫期需嚴格控制底泥H?S濃度（建議<10 μmol/L），避免協同脅迫引發大規模死亡。