双带库达蛤的生化响应：利用氧化应激管理热带河口

《Marine Environmental Research》：Biochemical Responses in Magallana bilineata: Leveraging Oxidative Stress for Management of Tropical Estuaries

　　

摘要
牡蛎以其对环境的高度敏感性而闻名，是水生生态系统中环境压力的潜在生物指示物。本研究调查了包括盐度、温度和溶解氧在内的环境胁迫因子对拖鞋牡蛎（Magallana bilineata）鳃和消化腺中谷胱甘肽S-转移酶（GST）和过氧化氢酶（CAT）酶活性的影响。研究于季风期间在马来西亚登嘉楼州实兆wetland每月进行一次采样。研究发现，温度和盐度存在显著的月度变化（p < 0.0001，p < 0.05），但溶解氧无显著变化。鳃和消化腺中的蛋白浓度、CAT和GST活性在各月之间存在显著差异（p < 0.05），表明环境变化影响了M. bilineata的生理状态。Spearman秩相关分析显示，鳃中蛋白浓度与GST活性之间呈强正相关（ρ = 0.68），消化腺中CAT活性与盐度之间呈中等正相关（ρ = 0.56）。主成分分析（PCA）解释了总方差的47.6%，其中前两个主成分（PC1和PC2）分别解释了27.8%和19.8%。这些发现表明，M. bilineata中的CAT和GST活性随季节性环境条件而变化，可作为未来生物监测研究中的潜在生物标志物终点。然而，仍需通过参考站点和受控暴露实验进行额外验证，以区分自然生理变异与应激特异性反应。

引言
在过去20年中，可持续海洋资源管理，包括海洋空间规划（MSP）和海洋保护区管理，已成为国际倡议（如联合国《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》）（联合国环境规划署，2022年）的重点领域。与此同时，气候变化通过变暖、酸化、去氧化和极端天气事件推动着海洋生态系统发生重大变化，东南亚等热带地区（包括马来半岛）预计将经历显著的升温趋势（Burrows等，2011；Cooley等，2022；Munawar等，2024；Johnson等，2025；Zhao等，2024）。这些变化对牡蛎养殖等海洋资源具有重要影响，牡蛎养殖是全球软体动物产量中的重要组成部分，并受温度、盐度和溶解氧等环境条件的强烈影响（FAO，2024；Neokye等，2024）。因此，了解牡蛎对环境变化的生理响应对于制定适应性管理策略和改善气候变化条件下的生物监测方法至关重要。

拖鞋形牡蛎Magallana bilineata（R?ding, 1798）广泛分布于东南亚，栖息于潮汐河口、水道、海湾和内湾（Doinsing等，2024；Lebata-Ramos等，2021；Pausi等，2023）。该物种可以定殖各种硬质基底，包括岩石、粗沉积物、红树根、混凝土和人工结构（Devakie & Ali, 2002；Lebata-Ramos等，2021）。在自然生态系统中，牡蛎通过滤食作用可能为栖息地形成和养分循环作出贡献；然而，关于这些生态功能的证据通常来源于更广泛的牡蛎或双壳贝类群，而非针对特定物种的评估（Lebata-Ramos等，2022；zu Ermgassen等，2020）。因此，关于单个牡蛎物种（包括M. bilineata）的生理响应的信息仍然有限，特别是关于能够支持物种特异性环境监测的生物化学指标的信息。尽管牡蛎在极端环境条件下可能会死亡，但它们对非致死性非生物因子变化的敏感性也为在严重影响发生之前评估生理响应提供了机会（Yurimoto等，2024）。其滤食行为和生物富集能力进一步支持了其作为水生生态系统状况指示物的应用（Vargas-González等，2014）。

氧化应激被定义为活性氧（ROS）产生与生物体解毒反应性中间体或修复损伤的能力之间的失衡，是双壳贝类应对环境变化时涉及的重要生理过程（Pizzino等，2017）。ROS，包括超氧阴离子（O2•-）和过氧化氢（H2O2），在细胞代谢过程中自然产生；然而，ROS的过度积累可能损伤脂质、蛋白质和DNA，损害细胞功能，并破坏生理稳态。双壳贝类拥有抗氧化防御机制，通过谷胱甘肽S-转移酶（GST）和过氧化氢酶（CAT）等酶来调节ROS水平。GST通过谷胱甘肽依赖性解毒过程为细胞提供保护，而CAT则将过氧化氢转化为水和氧气，减少氧化损伤（Alesci等，2023；Park等，2016）。这些酶被广泛用作双壳贝类在环境变化下生理响应的生物化学指标（Haque等，2019；Campillo等，2013）。然而，野外种群中抗氧化生物标志物的解释需要慎重考虑，因为酶活性可能因季节性周期、繁殖状态、食物可用性和其他生理过程而自然变化。因此，时间序列生物标志物评估能够提供生理状态变化的信息，但在作为环境压力的确定性指标应用之前，需要使用参考站点或受控实验室暴露进行验证。

温度、盐度和溶解氧等环境因素是双壳贝类生理状态和氧化状况的重要决定因素，且日益受到气候变化的影响。温度波动可增加代谢活性和ROS产生，从而可能升高海洋生物的氧化压力（Liu等，2018）。由潮汐过程和淡水输入引起的盐度变化可能挑战渗透调节，并导致代谢调整，特别是在低盐度条件下（Karthik & Rajakumar, 2022；Benitez-Polo等，2023）。同样，溶解氧可用性的降低可因细胞氧调节受损而增加生理应激并改变抗氧化响应（Kuk-Dzul & Díaz-Casta?eda, 2016；Cao等，2018）。然而，在高动态河口系统中，这些环境因素往往同时波动，使得区分其对生物体响应的单独影响变得困难。因此，将环境测量与生物标志物评估相结合可能提供更全面的生理变异理解。

实兆湿地位于马来半岛东海岸，是一个由红树林、泥滩和咸水组成的动态河口生态系统，为包括牡蛎在内的多样化水生生物提供了支持（Aziz等，2021）。盐度和其他环境条件的季节性波动，加上农业径流和沿海开发等人为压力，使该生态系统适合评估牡蛎在自然环境变异下的生理响应（Aziz等，2021；Aminuddin等，2023）。除了其生态意义外，M. bilineata作为支持东南亚沿海水产养殖活动的牡蛎物种也具有商业重要性。在马来西亚，牡蛎养殖因其对可持续水产养殖发展和粮食安全的潜在贡献而日益受到关注，尽管其国内产量与其他区域生产者相比仍然相对有限（Mok, 2019；Yurimoto等，2024）。鉴于其生态和经济重要性，M. bilineata是研究环境变异生理响应和评估潜在生物监测方法的合适物种。

本研究聚焦于牡蛎的鳃和消化腺，因为这些器官在呼吸、消化和解毒过程中发挥关键作用。鳃直接与周围水体接触，持续暴露于环境波动和潜在污染物中，因此易受氧化挑战（Figueiredo等，2021）。消化腺参与食物处理和异源代谢，在解毒过程中发挥重要作用，并为了解双壳贝类在环境变化下的生理响应提供见解（Saco等，2023；Li等，2022）。本研究调查了M. bilineata鳃和消化腺中GST和CAT活性以及蛋白浓度的时间变化，并进一步考察了这些生物化学响应与与气候变化相关的环境参数（包括盐度、温度和溶解氧）之间的关系。研究假设，环境变化更大的时期（包括温度升高、溶解氧降低和盐度波动明显）将与CAT和GST活性增加相关，因为ROS产生增加和抗氧化防御需求上升。然而，由于环境变量在河口生态系统中自然共变，这些关系被解释为相关性而非直接的因果关系。了解这些响应对解释生物标志物终点和评估其对未来环境监测应用的潜在适用性至关重要，其中区分自然生理变异与应激相关响应是必要的。

章节摘要

样本采集
每月在实兆湿地（登嘉楼州）（图1）采集M. bilineata样本。采样持续六个月，从2022年10月到2023年3月，以捕捉与东北季风相关的季节性变化，这可能影响环境条件和该物种的生理响应。每次采样事件采集20只牡蛎，每只壳长约5厘米，以标准化各事件的个体大小。选择壳长相近的个体以

水参数
图2展示了2022年10月至2023年3月期间实兆湿地的水温、盐度和溶解氧的月度变化，相应的描述性统计数据见补充材料1。水温呈现显著的月度变化（Welch's W = 9805，p < 0.0001），温度范围从12月的最低28.09°C到3月的最高31.74°C。Dunnett's T3多重比较检验显示显著差异

讨论
本研究旨在调查一个常见牡蛎物种在河口栖息地中鳃和消化腺的氧化应激标志物以及蛋白浓度的变异情况，该区域对当地社区的生计至关重要。以往研究发现，与气候变化相关的某些季节性极端因子（如盐度、温度和溶解氧）与酶活性存在联系，表明它们可能确实是宝贵的生物标志物

结论
本研究强调了M. bilineata对实兆湿地生态系统中季节性环境变化的适应响应，特别是那些由东北季风驱动的变化。鳃和消化腺中蛋白浓度的波动以及CAT和GST酶活性的变化，说明了组织特异性代谢策略，使牡蛎能够管理氧化应激。蛋白水平按月变化，可能反映了代谢调整

CRediT作者贡献声明
Niky Indriyani Supandi：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿撰写，可视化，验证，软件，调查研究，形式分析，数据整理。
Che Din Mohd Safuan：写作 – 审阅与编辑，监督。
Mark G. J. Hartl：写作 – 审阅与编辑。
William Guy Sanderson：写作 – 审阅与编辑。
Siti NurTahirah Jaafar：写作 – 审阅与编辑，监督，资源，项目管理，方法论，资金获取，概念设计

未引用参考文献
Bureau of Fisheries and Aquatic Resources, 2020; Jagetia和Lalrinpuii, 2018; Lebata-Ramos等，2021; Zhang等，2020; Zhang等，2020; zu Ermgassen等，2020.

利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本研究中报告的工作。

资金支持
感谢马来西亚登嘉楼大学为本项目提供资金支持：突破合作项目：理解拖鞋牡蛎中氧化应激调控酶和硫醇蛋白作为生物标志物的研究（UMT/IPRG/2023/55523）。

利益冲突声明
? 作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本研究中报告的工作。

致谢
我们感谢马来西亚登嘉楼大学科学与海洋环境学院、海洋与海洋环境研究所以及研究与现场服务中心提供的仪器和材料支持，以及现场和实验室的工作人员支持。

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