氧化应激与代谢适应在Synurella ambulans中的研究：评估低流速带（hyporheic zone）的污染影响

《Environmental Pollution》：Oxidative stress and metabolic adaptation in Synurella ambulans: Assessing pollution impact in the hyporheic zone

本研究调查了克罗地亚萨瓦河地下流水体（hyporheic zone, HZ）中污水处理厂（WWTP）排放对淡水盲螠（Synurella ambulans）抗氧化防御和能量代谢酶活性的影响。在低流量（2020年9月）和高流量（2021年4月）时期，分别于WWTP上游（Medsave）和下游（Podsused、Jarun）采集样本。结果显示下游种群CAT、GR、GST和LDH活性显著高于上游，表明更强的抗氧化和缺氧代谢能力；PK/PEPCK比值降低提示更依赖无氧代谢。该研究首次揭示了 stygophilous crustacean对WWTP污染的生理响应，为地下流水体生态评估提供依据。

　　本研究聚焦于水生生物在面对污染和环境压力时的生理反应，特别是针对一个生活在萨瓦河地下河区（HZ）的淡水 amphipod（短尾水蚤）——Synurella ambulans。HZ 是地表水和地下水之间的一个过渡区域，其独特的生态条件使其成为污染物和低氧环境高度敏感的区域。由于人类活动，如污水处理厂（WWTP）的排放，HZ 的水质和生态环境正面临越来越多的挑战。因此，了解这些生物如何应对这些压力，不仅有助于评估地下生态系统的健康状况，也为全球淡水生态系统的保护提供了重要参考。

研究的核心在于分析 WWTP 排放对 Synurella ambulans 生理反应的影响，特别是在低流量和高流量的水文条件下。通过在萨瓦河的三个不同采样点进行采样，包括一个上游点（Medsave）和两个下游点（Podsused 和 Jarun），研究人员评估了抗氧化防御系统、异生物质生物转化以及有氧/无氧能量代谢相关酶的活动水平。这些酶包括过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽还原酶（GR）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）、磷酸果糖激酶（PK）、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PEPCK）和乳酸脱氢酶（LDH）。研究结果表明，下游站点的 Synurella ambulans 种群在这些酶的活动水平上普遍高于上游站点，这可能反映了这些生物对污染和低氧环境的适应性变化。

抗氧化防御系统在生物体内起到关键作用，它帮助清除过量的活性氧（ROS），防止其对细胞结构造成损害。ROS 是生物代谢过程中自然产生的副产物，但在某些环境压力下，如低氧或污染物暴露，其生成量会显著增加。这种增加可能导致氧化应激，进而影响生物的健康和生存能力。CAT 和 GR 是两种重要的抗氧化酶，它们的活动水平被用来衡量生物体对氧化应激的响应。研究发现，在低流量和高流量的水文条件下，Synurella ambulans 下游种群的 CAT 和 GR 活动水平均较高，这可能意味着这些生物在面对污染和低氧环境时，增强了其抗氧化防御能力，以应对更高的 ROS 生成压力。

GST 是另一种与异生物质生物转化相关的酶，其活动水平可以反映生物对污染物的代谢能力。在本研究中，下游站点的 GST 活动水平也显著高于上游站点，这可能表明这些生物在处理污染物方面表现出更强的代谢能力。这一发现对于评估 WWTP 排放对地下生态系统的影响具有重要意义，因为 GST 活动水平的提高可能意味着生物正在通过增加代谢活动来应对污染物的积累。

除了抗氧化防御系统，能量代谢相关的酶也对生物的生存至关重要。PK 和 PEPCK 是有氧和无氧代谢过程中的关键酶，它们的活动水平可以反映生物对不同代谢途径的依赖程度。在低流量条件下，下游站点的 Synurella ambulans 种群中 PK/PEPCK 比值显著降低，表明这些生物在面对污染和低氧环境时，更倾向于依赖无氧代谢途径来产生能量。这一变化可能反映了生物在适应环境压力时的代谢策略调整，即减少对有氧代谢的依赖，以应对可能的氧气供应不足。

LDH 是无氧代谢中的另一种重要酶，其活动水平通常与生物体的无氧代谢能力相关。在本研究中，下游站点的 LDH 活动水平也高于上游站点，这进一步支持了生物在面对污染和低氧环境时，增加无氧代谢活动的假设。这种代谢方式的转变可能对生物的生存具有一定的优势，因为它可以在氧气供应不足的情况下继续产生能量，但同时也可能带来其他生理上的挑战，如乳酸的积累。

这些发现不仅揭示了 Synurella ambulans 在面对污染和低氧环境时的生理适应机制，也为评估地下生态系统对人类活动的响应提供了新的视角。HZ 作为地表水和地下水之间的过渡区域，其生态功能受到多种因素的影响，包括污染物的输入、水文条件的变化以及生物自身的适应能力。因此，了解这些生物的生理反应对于保护和管理地下生态系统至关重要。

此外，本研究还强调了生物标志物在环境监测中的重要性。通过分析这些酶的活动水平，研究人员能够评估生物体对环境压力的响应情况，从而为环境管理提供科学依据。生物标志物的应用不仅限于评估污染物的影响，还可以帮助识别环境变化的早期信号，为采取及时的保护措施提供支持。

研究还指出，HZ 中的生物群落，如大型无脊椎动物和 meiofauna（小型无脊椎动物），在生物膜活动方面发挥着重要作用。这些生物通过生物扰动和生物灌溉等活动，增加了沉积物的渗透性，从而促进了污染物的吸附和转化。因此，HZ 中的生物不仅对污染物的去除有直接贡献，还在维持生态平衡方面起到关键作用。

本研究的另一个重要发现是，Synurella ambulans 在面对低氧和污染物时，表现出不同的生理适应策略。例如，在低流量条件下，其 PK/PEPCK 比值降低，表明其更依赖无氧代谢途径。而在高流量条件下，这种比值的变化可能受到其他因素的影响，如水文条件的改变和污染物的输入。这些变化可能反映了生物在不同环境条件下的代谢灵活性，即能够根据外部环境的变化调整其代谢策略，以维持能量和氧化还原平衡。

为了更全面地理解这些生理反应，研究人员选择了多种生物标志物，以涵盖与氧化应激和能量代谢相关的广泛生理响应。这种选择不仅考虑了生物标志物的生态相关性，还确保了方法的可靠性和有效性。通过这种方法，研究人员能够在环境条件变化的背景下，更准确地评估生物体的生理状态和适应能力。

研究结果还表明，WWTP 排放对地下生态系统的影响是复杂且多方面的。除了直接的污染物输入，这些排放还可能通过改变水文条件和环境参数，间接影响生物的生理反应。例如，低流量条件下的水文变化可能导致污染物的浓度增加，从而对生物体产生更大的压力。而高流量条件下的水文变化则可能稀释污染物，减轻其影响。因此，理解这些变化对生物生理反应的影响，对于制定有效的环境管理策略至关重要。

在实际应用中，生物标志物可以作为环境监测的重要工具。通过定期监测这些酶的活动水平，研究人员能够及时发现环境变化对生物体的影响，并采取相应的措施来减轻这些影响。此外，生物标志物的应用还可以帮助评估不同污染源对生态系统的影响，从而为污染治理提供科学依据。

综上所述，本研究通过分析 Synurella ambulans 的生理反应，揭示了 WWTP 排放对地下生态系统的影响。研究结果表明，这些生物在面对污染和低氧环境时，表现出增强的抗氧化防御能力和更高的无氧代谢活动，这可能反映了其对环境压力的适应性变化。这些发现不仅有助于理解生物在面对环境压力时的生理机制，也为评估地下生态系统的健康状况和制定环境保护措施提供了重要参考。通过进一步研究这些生物的生理反应，可以更好地预测和应对人类活动对地下生态系统的影响，从而促进可持续的水资源管理和生态保护。