多型齿蚌（Dreissena polymorpha）中尺寸依赖的生物标志物特征谱：对淡水生物监测的启示

《Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology》：Size-dependent biomarker profiles in the zebra mussel Dreissena polymorpha: implications for freshwater biomonitoring

　　

•生物标志物图谱在不同大小类别和采样期间存在差异。•生物标志物的变化与生命周期相关的变化相一致。•使用多种大小类别可以改善生物监测方案的设计。•在生物监测的背景下，考虑年龄和生命周期将有所帮助。

引言

水是一种至关重要但又脆弱的资源，面临着日益增长的 anthropogenic（人为）压力，这些压力威胁着生物多样性及其所维持的生态系统服务。在此背景下，确定水体的健康状况是一个重大的科学和监管挑战。为此，欧洲通过了《水框架指令》（WFD 2000/60/EC），以实现内陆、过渡性和沿海水体的"良好"生态和化学状态。该指令的实施由将化学分析与生物指数相结合的监测方案支持，以评估水生群落的结构和健康状况。然而，虽然这些生物指数提供了群落状态的整合性图景，但它们通常反映的是压力因子发生后的后果，而非在暴露与潜在生物学效应之间建立直接联系。同样，评估非生物基质（水和沉积物）中目标化学物质浓度的方法，并非旨在了解污染物对生物体健康的影响（Beyer 等，2014）。为了增强化学终点的生物学相关性，开发了生物基质中的测量指标并将其整合到调查中。虽然这解决了污染物的生物有效性问题，但并未解决其影响问题，因为仍难以将暴露与生物学效应联系起来，尤其是考虑到大量分子的鸡尾酒效应，其中并非所有分子都被测量（Gourlay-Francé 等，2010；Pain-Devin 等，2014；Evariste 等，2018；Xuereb 等，2023）。为了克服这些局限性，生物监测应超越传统的化学暴露评估，生物标志物的使用——即不同生物组织水平上可观察和/或可测量的变化——可以补充传统的化学评估（Lagadic 等，1997）。这种方法提供了生物体健康状况的整合性视图，并通过揭示个体过去或当前对一个或多个污染物的暴露，为污染物的生态毒理学影响提供了洞察。水生无脊椎动物，尤其是双壳类等滤食者，是生物监测中最常用的物种，这得益于它们的滤食活动和生物积累能力。在双壳类中，贻贝科（Mytilids）广泛用于海洋生物监测，而河蚬科（Dreissenids）是其在淡水中的对应物种（Binelli 等，2015）。具体而言，多型河蚬（Dreissena polymorpha）被认为是一种相关的生物监测对象，因为它积累的污染物水平反映了污染梯度，从而实现淡水质量的空间和时间监测（Wiesner 等，2001；Bervoets 等，2004；Potet 等，2016；Benito 等，2017；Schaller 和 Planer-Friedrich，2017）。

生物监测方法可以通过两种方法实施：被动式或主动式。被动式生物监测依赖于直接从研究环境中采样本地生物体（Mersch，1993；Pain-Devin 等，2014）。相反，主动式生物监测包括将生物体从单一已知种群转移到不同地点，并在确定的暴露期内进行（Catteau 等，2022；Leprêtre 等，2022）。在两种情况下，种群内生物体的标准化通常被用来限制个体间差异（Palais，2011；Potet，2017；Catteau 等，2022）。标准化包含大量实践：选择性别、繁殖状态，以及最常见和方便的标准化的方式——选择大小范围作为年龄的替代指标。在大多数情况下，建议选择成体。然而，在多型河蚬中，对应于成体的大小定义在不同研究之间差异很大：从15毫米到25毫米（Kerambrun 等，2015；Palais 等，2011；Louis 等，2020b），从20毫米到25毫米（Xuereb 等，2023），大于20毫米（Evariste 等，2018）或大于25毫米（De Lafontaine 等，2000）。

使用如此宽泛且变量的大小范围引发了疑问。河蚬属贻贝中大小在生物体与污染物相互作用中的生物学意义已有记录，许多研究报道了与大小相关的化学压力因子生物积累、摄取、消除和浸出的差异（Bruner 等，1994；Rutzke 等，2000；Richman 和 Somers，2005）。这个问题已在斑马贝的姊妹物种中由 ács 等（2016）进行研究，他们证明壳长与生物标志物之间的相关性既取决于季节又复杂，反映了繁殖周期和污染物暴露的综合影响。这种复杂性部分可归因于壳长与生物年龄之间的关系在不同种群和季节之间变化不一，而这一因素在生物监测研究中并不总是被考虑。确实，多型河蚬在性成熟时年龄与大小的关系在不同种群之间根据环境背景差异很大。在封闭系统中，如湖泊和水库，温度变化比河流更为显著，导致更快的升温（Delmott 和 Edds，2014；Locklin 等，2020），并诱导更早的繁殖和更高的产卵频率。高温不仅促进生长速率的增加，还缩短达到性成熟所需的时间，因此可能以通常观察到的小于典型的大小发生（Bacchetta 等，2001；Churchill 等，2017）。种群间生长速率的差异导致不同渐近大小，取决于当地环境约束（Arterburn 和 McMahon，2022）。因此，在物种水平报告的成体大小范围（15至30毫米）过于宽泛，无法准确表征特定种群。这一说法不仅限于种群间的差异，因为在特定种群内，生长速率也可能在个体之间不同，导致大小随年龄变化，年龄随大小变化。

这些种群内和种群间差异使得在生物监测方案中应用统一的形态学标准变得困难，特别是在无法在野外收集足够数量的适当大小的个体时。这引发了标准化应优先选择大小还是年龄同质性的问题，并突出了适应采样方案和方法以适应当地生态和人口现实的必要性，以确保监测的可比性和稳健性。虽然大小对生物标志物反应的影响已在多型河蚬和相关河蚬科物种中有了记录（ács 等，2016；Kerambrun 等，2016），但迄今为止的数据仅限于特定的成体队列。因此，生化生物标志物反应在种群内如何随生命阶段变化，特别是在成体大小范围内，仍不清楚。需要进一步研究来阐明年龄相关异质性是否以及应在多大程度上纳入基于大小的标准化方案。

本研究实施的生化标志物组从三个主要生物功能中选取。能量代谢通过细胞能量储备指标（甘油三酯含量；TRI）、有氧代谢能力度量（细胞色素c氧化酶（COX）活性）和线粒体呼吸功能评估（电子传递系统（ETS）活性），以及无氧代谢状态评估（乳酸脱氢酶（LDH）活性）来进行评估（Louis 等，2020a；Leprêtre 等，2022）。抗氧化和解毒防御通过超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）活性进行评估，它们中和活性氧；谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性，涉及外源化合物的II期解毒；以及总抗氧化能力（TAC），一个整合性度量总体抗氧化状态的指标（Contardo-Jara 等，2009；Binelli 等，2011）。最后，细胞损伤通过脂质氢过氧化物（LOOH）含量进行评估，这是膜脂质氧化损伤的标志物，以及caspase-3（CSP）活性，指示凋亡细胞死亡（Bain 等，2025；Matskiv 等，2025）。这些生物标志物共同提供了细胞功能的层级性和整合性图景，从能量分配和线粒体性能到保护和损伤，使得可以研究与生长、繁殖和压力相关的生理权衡（Garaud 等，2016；Potet 等，2018）。

我们在此描述了水生哨兵生物多型河蚬的单一群体中，生化特征如何随大小和采样期间变化。斑马贝从摩泽尔河（梅斯）在产卵前期和产卵后期采集。个体随后被分为五个大小类别，测量生物标志物组以分析生化反应如何随这些大小类别变化。除了提供更深入地了解多型河蚬的生物学，本研究还通过揭示淡水生物监测中长期存在的方法学局限性来解决更广泛的问题：仅依赖壳长作为双壳类年龄指标的做法，而未考虑其生命周期。

**部分片段**

贻贝采样和场地表征

贻贝在两个采样运动中采集，针对多型河蚬繁殖周期的不同阶段，产卵前期（2025年4月30日）和产卵后期（2025年10月29日），在梅斯（法国；49.1282°N，6.1665°E）的摩泽尔河。所选贻贝种群通过实验室进行的长期监测方案进行监测，包括生化生物标志物分析和人口监测，确保对其生命周期的全面了解，以及

**体质量变化：繁殖和生命周期的指示器**

体质量分析证实了体重在不同大小类别中的逐步增加，从G5和G6幼体（10–14.99毫米）到G7青年成体、G8一年以上成体和最老的G9成体（≥20毫米），两个采样期均如此（图1）。4月，体质量从约40±16毫克（G5）连续增加到约369±69毫克（G9）。10月观察到类似趋势，体质量从约90±14毫克（G5）到约286±89毫克（G9）。分析揭示出

**跨大小类别和采样期间的体质量变化**

4月和10月采样期间体质量的对比模式可能反映了不同大小类别中不同的生命周期阶段。G5和G6被认为是幼体类别（Tourari，1988；Potet，2017），它们在10月表现出比4月更高的体质量，表明其身体状况和能量储存有所改善。由于幼体不需要承担与配子发生和产卵相关的能量成本，它们可以利用

**结论**

多型河蚬是利用生物标志物进行淡水生物监测的优选模式生物。在该物种以及其他双壳类中，限制生物学变异性依赖于基于成体大小选择个体，而这一大小的定义在不同出版物之间差异很大。通过关注分为对应于幼体和成体生命阶段的5个大小类别的贻贝，我们在此表明生化标志物的反应图谱有所不同。该

**CRediT作者贡献声明**

Chloé De Vernisy：撰写–审阅与编辑，撰写–原稿，可视化，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据整理，概念化。Simon Devin：撰写–审阅与编辑，撰写–原稿，可视化，验证，指导，资源，调查，资金获取，形式分析，概念化。Claire Caillard：撰写–审阅与编辑，方法论。Manon Bain：撰写–审阅与编辑，调查。Sandrine

**伦理声明**

本研究按照以下动物福利和/或报告指南进行：不适用：非受管无脊椎动物物种（多型河蚬）；从自然环境进行野外采样，无受管动物实验。不需要伦理委员会批准。非受管无脊椎动物物种；不需要伦理批准。

**伦理**

本研究不需要研究伦理委员会的批准，因为实验工作是在非受管无脊椎动物物种上进行的。

**资金**

本工作得到了莱茵-摩泽尔流域水务局（AERM，法国大东部地区）、OTELe（洛林大地与环境观测站）和ZAM（摩泽尔场站区，法国洛林）的支持。

**未引用参考文献**

Agence de l'eau Rhin-Meuse（AERM），2024；Gulland，1969；Matskiv 等，2024；Van der Meer，2006

**利益冲突声明**

作者声明没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本文所报告的工作。

**致谢**

本工作部分使用环境生物学技能中心、野外仪器技能中心、ANATELo、LIEC实验室、UMR 7360 CNRS–洛林大学以及LiecOscope、LIEC实验室、UMR 7360 CNRS–洛林大学和大梅斯都会区的资源完成。作者感谢Amandine ZAHM在贻贝采样中的宝贵帮助。

Chloé De Vernisy | Simon Devin | Claire Caillard | Manon Bain | Sandrine Pain-Devin