海洋酸化对金头鲷(Sparus aurata)骨骼结构的影响：体外与体内研究揭示骨矿化调控机制

为探究海洋酸化(OA)对水产养殖关键物种骨骼发育的影响，西班牙巴塞罗那大学团队通过68天体内实验和30天体外骨源细胞培养，首次系统评估了pH 7.3酸化环境对金头鲷幼鱼生长、血浆电解质平衡及骨矿化的影响。研究发现酸化导致特定生长率(SGR)降低25%，椎体长高比增加10%，同时显著上调碱性磷酸酶(alp)和基质金属蛋白酶9(mmp9)表达，揭示OA通过改变骨重塑平衡影响骨骼健康。该研究为气候变化背景下水产养殖物种适应性管理提供重要理论依据。

　　

随着工业革命以来人为CO₂排放持续增加，海洋表层pH已较工业前水平下降0.1-0.15单位，预计到本世纪末将进一步降低0.3-0.4单位。这种被称为海洋酸化(OA)的现象正对海洋生物钙化过程产生深远影响，特别是对依赖碳酸钙(CaCO₃)构建外壳或骨骼的物种。在地中海地区，作为半封闭海域其酸化速度更快，pH已下降0.055-0.156单位，而该区域正是全球最重要的金头鲷(Sparus aurata)养殖区，2023年产量达332,966吨。尽管OA对无脊椎动物钙化的负面影响已被广泛证实，但其对鱼类内骨骼尤其是无细胞骨矿化的影响仍存在认知空白。

巴塞罗那大学的研究团队在《Aquaculture》发表的研究中，通过整合体内外实验模型，系统评估了OA对金头鲷骨骼发育的影响。研究采用68天水体酸化暴露实验（对照组pH 7.9 vs 实验组pH 7.3），监测生长性能、血浆参数和骨骼特征；同时建立30天骨源细胞体外培养体系，设置0%、1.5%、2.5% CO₂（对应pH 7.79、7.49、7.38）三组，评估不同pH对成骨细胞活性和分化的影响。关键技术包括：X射线椎体形态分析、等离子发射光谱法测定矿物质含量、实时定量PCR检测骨代谢相关基因表达、MTT法评估细胞活性及茜素红染色定量矿化结节。

3.1 生长性能参数
酸化组特定生长率(SGR)在实验前期显著降低25%，后期降幅收窄至14%，但终末体重和体长无统计学差异，提示鱼类可能通过补偿生长机制适应环境压力。

3.2 血液参数
酸化组血浆pH显著升高0.75%，钾离子(K⁺)浓度增加24.6%，而总钙(Ca²⁺)呈现4.5%的非显著下降，反映酸碱平衡调节过程中电解质代谢的改变。

3.3 骨矿物质含量与X射线分析
椎体X射线显示酸化组"细长比"增加10%，不透明度降低11.9%，提示矿化程度下降；尽管骨钙、磷含量分别有10%和8%的非显著降低，但Ca:P比值保持稳定。

3.4 耳石测量
酸化组耳石长度(OL)、高度(OH)和周长(OP)分别增加9.8%、8.6%和10.47%，但形状指数无显著变化，表明OA主要促进耳石生长而非改变形态。

3.5 鳃和骨基因表达
骨组织中碱性磷酸酶(alp)和基质金属蛋白酶9(mmp9)表达分别上调53%，提示骨重塑活动增强；而鳃部离子转运通道基因表达未受影响，可能与长期适应有关。

3.6 骨源细胞培养特征
体外实验显示，2.5% CO₂(pH 7.38)条件下细胞活性早期增强但后期矿化降低94.7%；基因表达分析发现低pH抑制骨桥蛋白(op)和基质Gla蛋白(mgp)表达，而碱性环境(pH 7.79)促进成骨相关基因runx2和bmp4表达。

这项研究首次揭示海洋酸化通过双重机制影响金头鲷骨骼发育：短期内直接抑制骨矿化，长期则通过血浆pH补偿机制激活骨重塑。特别值得注意的是，无细胞骨对酸化的响应模式与哺乳动物细胞骨相似但程度较轻，这为理解不同骨类型的适应策略提供了新视角。研究发现耳石生长加速可能消耗血浆钙库，进而影响骨骼矿化，这一发现为水产动物在OA环境下的矿物质分配策略提供了重要线索。从应用角度看，研究建议未来养殖实践中需关注饲料磷补充，以应对酸化导致的矿化障碍。该成果不仅为预测气候变化对地中海养殖业影响提供了科学依据，也为开发抗酸化养殖品种建立了理论框架。