微塑料對黑海參(Holothuria atra)免疫和消化生理的影響

陳孟玲, 高 菲, 2, 王新元, 魏一凡, 許 強, 2, 劉春勝, 2

微塑料對黑海參()免疫和消化生理的影響

陳孟玲1, 高 菲1, 2, 王新元1, 魏一凡1, 許 強1, 2, 劉春勝1, 2

(1. 海南大學 海洋學院, 海南 海口 570228; 2. 海南大學 南海海洋資源利用國家重點實驗室, 海南 ?？?570228)

為了研究微塑料對黑海參()免疫及消化生理的影響, 將體重為(47.61±6.97) g的黑海參暴露于添加了不同濃度(0、102、104、106粒/L)聚苯乙烯微塑料的海水中, 分析了黑海參的免疫和消化生理指標的變化情況。結果表明, 海水中的微塑料濃度對黑海參體腔細胞的數量和吞噬活性, 體腔液中酸性磷酸酶(ACP)、溶菌酶(LZM)和超氧化物歧化酶(SOD)活性均有顯著影響(<0.05), 而對堿性磷酸酶(AKP)活性沒有顯著影響。隨著微塑料濃度升高, 黑海參的體腔細胞數量以及體腔液中ACP、LZM和SOD活性呈先持續增加后降低的趨勢, 體腔細胞數量、體腔液中ACP活性均在104粒/L濃度達到峰值, 體腔液中LZM和SOD活性則在102粒/L濃度達到峰值; 而體腔細胞的吞噬活性隨著微塑料濃度的增加而持續增加。黑海參消化道內的淀粉酶受海水中的微塑料濃度的影響顯著(<0.05), 胰蛋白酶活性和脂肪酶活性沒有顯著變化。隨著微塑料濃度升高, 黑海參腸道淀粉酶活性呈先持續增加, 在104粒/L濃度達到峰值, 而后又降低; 胰蛋白酶活性隨著微塑料濃度的增加持續增加; 而三種微塑料濃度下黑海參的脂肪酶活性均低于空白組。由此可見, 海水中添加微塑料后, 黑海參體內產生了免疫防御反應, 并傾向于優先消化淀粉和蛋白質以快速獲取能量從而適應周圍環境的改變; 海水中高濃度的微塑料可能對黑海參的體腔細胞結構產生損傷, 導致其免疫防御能力下降, 影響其正常生理活動。

微塑料; 黑海參; 免疫; 消化

據統計, 有多達51萬億個塑料碎片(重達2.36× 105t)散布在海洋中[1], 常見的種類包括聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)等[2]。粒徑小于5 mm的塑料碎片被定義為微塑料[3]。海洋中的微塑料80%來源于陸地道路運輸中的輪胎磨損和車輛風化、工業生產中的污水排放和塑料制造、日常生活中的洗滌和清潔產品的使用等, 其次是捕撈、運輸、養殖和旅游等海上生產活動[4]。由此產生的微塑料或塑料廢物通過河流輸入、大氣沉降和污水排放等途徑直接進入海洋或通過參與海陸間水循環過程而間接地進入海洋生態系統[5-6]。聚苯乙烯微塑料是海洋環境中常見的一種塑料顆粒[7], 其質較輕, 因此可隨海水或海洋生物廣泛擴散到各個海洋生態系統中。

在海洋中長期停留的微塑料會吸附環境中的重金屬、有機污染物和微生物等, 不僅加劇微塑料對海洋生物的毒性作用, 還會引起微塑料浮力的變化, 促使其發生沉降[8], 對不同生境和攝食習性的生物產生不同程度的影響。由于粒徑較小, 微塑料可以通過多種途徑進入生物的器官、組織[9-10], 對生物的行為[11]、生長[12]、免疫[13]和繁殖[14]產生影響。沉積食性海參通過楯狀觸手黏附沉積物顆粒來攝取食物, 通過呼吸樹完成其體腔液與海水之間的氣體交換, 這些生理活動使其直接受到海水和沉積物中的微塑料影響。盡管微塑料對海洋動物影響的相關報道已有很多, 但微塑料對海參影響的研究還較少。在微塑料暴露后, 黑赤星海參()的腸道、呼吸樹和體腔液中均檢測到熒光微塑料的存在, 微塑料可以通過觸手和呼吸樹進入海參體內, 而篩板可能是納米微塑料從體腔進入組織的通道[15]。Mohsen等在中國渤海、黃海沿岸8個養殖場采集的仿刺參()體內均發現微塑料的存在[16]; 室內研究發現纖維微塑料可以通過呼吸樹進入體腔液中, 對海參體內的免疫相關酶活性產生影響[17]。

黑海參()是熱帶珊瑚礁海域常見的大型底棲沉積食性生物, 多棲息于珊瑚礁淺水區域的海草床和砂質底[18-19], 通過攝食、代謝活動對沉積物產生生物擾動作用, 并改變周圍環境的營養鹽含量, 在珊瑚礁系統中具有重要的生態價值[20]; 因其具有食用和藥用價值, 在亞洲和中西太平洋地區的20多個國家和地區被開發利用[20-22]。本研究以聚苯乙烯微塑料為實驗材料, 以黑海參為受試生物體, 研究了微塑料對黑海參免疫及消化生理的影響, 可為微塑料的潛在環境風險分析評估提供數據, 同時在微塑料對其他底棲海洋生物生態效應的研究方面具有借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗黑海參(47.61 ± 6.97) g采集于海南文昌龍樓鎮沿岸的珊瑚礁水域。將海參置于玻璃缸中暫養15天, 以適應實驗室條件。暫養期間, 養殖用水鹽度為30~32, 連續曝氣3天后使用, 水溫控制在(28 ± 1) ℃左右。每天19: 00投喂飼料(海泥︰馬尾藻粉=6︰4), 投喂量為體重的10%, 于次日08: 00吸出殘餌糞便, 并更換1/3體積的海水。

微塑料(聚苯乙烯, PS)購于天津倍思樂色譜技術開發中心, 粒徑為0.2 μm, 濃度為2.25×1013粒/mL。

1.2 微塑料暴露處理

實驗設置4個聚苯乙烯微塑料濃度梯度: 0、102、104、106粒/L, 將暫養結束后的40頭海參隨機分為4組, 分別暴露于含有四種不同濃度的PS微塑料的海水養殖水槽(175 L)中。實驗為期14天, 期間養殖用水的鹽度為32, 24 h持續充氣, 水溫保持在(28 ± 1) ℃左右。每天定時投喂(19: 00), 飼料和投喂量與暫養期間相同, 于次日08: 00吸出殘餌糞便, 并更換1/3體積的含相同濃度微塑料的海水。

1.3 樣品采集

1.3.1 體腔液

暴露實驗結束后, 將海參稱重并解剖。用血球計數板快速統計體腔細胞濃度后, 再用抗凝劑(0.02 mol·L–1EGTA, 0.48 mol·L–1NaCl, 0.068 mol·L–1Tris-HCl, pH=7.6)將體腔細胞濃度稀釋到106cells/mL, 用于吞噬活性的檢測[23]。剩余的體腔液于–80 ℃保存用于免疫相關酶活性的測定。

1.3.2 消化道

取腸壁, 用預冷的PBS緩沖液清洗干凈后移至凍存管中, 于液氮中冷卻后轉移至–80 ℃冰箱保存, 用于消化酶的檢測。

1.4 樣品測定

1.4.1 體腔細胞數量的測定

在光學顯微鏡下, 采用血球計數板對體腔細胞進行直接計數。

1.4.2 吞噬活性的測定

黑海參體腔細胞吞噬活性的測定參照中性紅方法, 并進行適當修改[24]。準確吸取100 μL體腔液于96孔板中, 25 ℃孵育1 h后棄上清, 加入100 μL 0.033%中性紅溶液, 使貼壁后的細胞在25 ℃吞噬30 min, 用PBS(pH=7.6)溶液清洗3次后, 加入100 μL細胞裂解液(冰醋酸: 無水乙醇=1: 1)處理20 min, 利用酶標儀540 nm下檢測吸光值, 每個樣品做3個重復。以每106個體腔細胞對應的OD值表示吞噬活性。

1.4.3 免疫相關酶活性測定

將體腔液4 ℃解凍, 0 ℃超聲破碎混勻25 s, 4 ℃、4 000 r/min離心10 min, 取上清液。采用南京建成生物工程研究所生產的試劑盒測定上清液中的總蛋白含量及超氧化物歧化酶(SOD)、溶菌酶(LZM)、酸性磷酸酶(ACP)、堿性磷酸酶(AKP)的活性。

1.4.4 消化酶活性測定

準確稱取腸道組織重量, 按重量(g)︰體積(mL)=1︰9的比例加入9倍體積的勻漿介質, 制成10%的勻漿, 2 500 r/min離心10 min取上清。采用南京建成生物工程研究所生產的試劑盒測定總蛋白含量及脂肪酶(LPS)、胰蛋白酶(TRY)、淀粉酶(AMS)的活性。

1.5 統計分析

應用分析軟件SPSS 25.0對數據進行統計分析。數據以平均值±標準誤表示, 海水中微塑料濃度對黑海參各指標的影響采用單因素方差(One-way ANOVA)和LSD多重比較進行統計學分析, 以≤0.05作為差異顯著的標志, 以≤0.001作為差異極顯著的標志。

2 結果

2.1 微塑料對黑海參免疫力的影響

2.1.1 微塑料對黑海參體腔細胞數量的影響

如圖1所示, 微塑料濃度對黑海參體腔細胞的數量具有極顯著影響(<0.001)。隨著海水中添加微塑料濃度的增加, 黑海參體腔細胞的數量呈先增加后降低的趨勢。對照組黑海參體腔細胞的數量為(4.9×106) cells/mL, 水體中添加102粒/L微塑料時, 體腔細胞的數量有所上升但未發生顯著變化[(5.41×106) cells/mL,>0.05], 當微塑料濃度升高為104粒/L時, 體腔細胞數量顯著增加至(11.62×106) cells/mL(<0.05),海水中微塑料濃度為106粒/L時, 體腔細胞數量下降至(8.83×106) cells/mL, 但仍顯著高于對照組和102粒/L組(<0.05)。

圖1 微塑料對黑海參體腔細胞數量的影響

2.1.2 微塑料對黑海參體腔細胞吞噬活性的影響

微塑料濃度對黑海參體腔細胞的吞噬活性有顯著影響(<0.05, 圖2)。海水中微塑料濃度升高使黑海參體腔細胞的吞噬活性總體呈上升趨勢。對照組黑海參體腔細胞的吞噬活性為(0.22±0.061) OD540/106cell,水體中添加102、104粒/L微塑料時, 黑海參體腔細胞的吞噬活性雖高于對照組, 但變化不顯著[(0.23± 0.065)、(0.22±0.064) OD540/106cell,>0.05], 當水體中微塑料濃度升至106粒/L時, 吞噬活性顯著增加至(0.34±0.057) OD540/106cell(<0.05)。

2.1.3 微塑料對黑海參體腔液中酸性磷酸酶(ACP)活性的影響

微塑料濃度對黑海參體腔液中酸性磷酸酶的活性有極顯著影響(=0.001, 圖3)。隨著海水中微塑料添加濃度的增加, 黑海參體腔液中的酸性磷酸酶活性呈先增加后降低的趨勢。未添加微塑料時, 黑海參體腔液中酸性磷酸酶的活性為(43.76±5.21) 金氏單位/gprot, 在微塑料濃度為102粒/L時, 酸性磷酸酶活性顯著增加到(65.82±4.13) 金氏單位/gprot(<0.05), 當海水中添加104粒/L微塑料時, 酸性磷酸酶活性有所增加但變化不顯著[(76.97 ± 18.46) 金氏單位/gprot,>0.05], 106粒/L時酸性磷酸酶活性顯著降低但仍高于對照組[(59.12 ± 8.48) 金氏單位/gprot,<0.05]。

圖2 微塑料對黑海參體腔細胞吞噬活性影響

圖3 黑海參體腔液中酸性磷酸酶活性的變化

2.1.4 微塑料對黑海參體腔液中堿性磷酸酶(AKP)活性的影響

如圖4所示, 微塑料濃度對黑海參體腔液中堿性磷酸酶活性的影響不顯著(>0.05)。黑海參體腔液中堿性磷酸酶的活性隨海水中微塑料濃度的增加呈上升趨勢。對照組黑海參體腔液中堿性磷酸酶活性為(41.17±5.03) 金氏單位/gprot, 水體中添加102、104、106粒/L微塑料時, 堿性磷酸酶活性呈先上升后下降的趨勢, 但未發生顯著變化[(47.45± 11.76)、(35.42±5.94)和(37.10±7.78) 金氏單位/gprot,>0.05]。

圖4 黑海參體腔液中堿性磷酸酶活性的變化

2.1.5 微塑料對黑海參體腔液中溶菌酶(LZM)活性的影響

微塑料濃度對黑海參體腔液中溶菌酶的活性有極顯著影響(<0.001, 圖5)。隨著海水中微塑料濃度的增加, 黑海參體腔液中溶菌酶活性總體呈先上升后下降的趨勢。對照組黑海參體腔液中的溶菌酶活性為(96.97±5.12) U/mgprot, 海水中添加102粒/L微塑料時, 黑海參溶菌酶活性顯著增加至(199.48±22.68) U/mgprot(<0.05), 微塑料濃度為104、106粒/L時, 溶菌酶活性有所降低但變化不顯著[(174.56±16.89)、(176.47±14.02) U/mgprot,>0.05]。

圖5 黑海參體腔液中溶菌酶活性變化

2.1.6 微塑料對黑海參體腔液中超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

水體中微塑料的濃度對黑海參體腔液中超氧化物歧化酶的活性有極顯著影響(<0.001, 圖6)。海水中微塑料濃度升高使超氧化物歧化酶活性呈先增加后降低的趨勢。對照組黑海參體腔液中超氧化物歧化酶活性為(29.05±0.74) U/mgprot, 海水中添加102粒/L微塑料時, 超氧化物歧化酶活性顯著增加為(37.29±1.86) U/mgprot(<0.05), 當微塑料濃度升高為104粒/L時, 超氧化物歧化酶活性顯著下降[(31.08±0.88) U/mgprot,<0.05], 但仍高于對照組, 海水中微塑料濃度為106粒/L時, 超氧化物歧化酶活性顯著降低為(21.80±1.81) U/mgprot(<0.05), 且低于對照組。

圖6 黑海參體腔液中超氧化物歧化酶活性的變化

2.2 微塑料對黑海參消化酶活性的影響

2.2.1 微塑料對黑海參腸道淀粉酶(AMS)活性的影響

微塑料濃度對黑海參腸道淀粉酶活性有顯著影響(<0.05, 圖7)。隨著海水中微塑料濃度的增加, 黑海參腸道淀粉酶活性呈先增加后降低的趨勢。對照組黑海參腸道淀粉酶的活性為(0.29±0.021) U/mgprot, 海水中添加102粒/L微塑料時, 淀粉酶活性未發生顯著變化[(0.29±0.018) U/mgprot,>0.05], 在微塑料濃度為104粒/L時, 淀粉酶活性顯著增加為(0.63±0.05) U/mgprot(<0.05), 當微塑料濃度升高為106粒/L時, 淀粉酶活性卻顯著降低為(0.15±0.49) U/mgprot(<0.05), 且低于對照組。

圖7 黑海參淀粉酶活性的變化

2.2.2 微塑料對黑海參腸道胰蛋白酶(TRY)活性的影響

微塑料濃度對黑海參腸道胰蛋白酶活性影響不顯著(>0.05, 圖8)。海水中微塑料濃度升高使黑海參腸道胰蛋白酶活性總體呈上升趨勢。對照組腸道胰蛋白酶活性為(198.45±89.65) U/mgprot, 當海水中添加102、104粒/L微塑料時, 胰蛋白酶活性雖有所增加但均未發生顯著變化(>0.05), 活性分別為(199.93±35.34)、(204.12±53.71) U/mgprot, 當海水中微塑料濃度增加為106粒/L時, 腸道胰蛋白酶活性顯著升高為(319.23±96.35) U/mgprot(<0.05)。

圖8 黑海參胰蛋白酶活性的變化

2.2.3 微塑料對黑海參腸道脂肪酶(LPS)活性的影響

微塑料濃度對黑海參腸道脂肪酶活性的影響不顯著(=0.228, 圖9)。海水中微塑料濃度的升高使黑海參腸道脂肪酶活性總體呈下降趨勢。對照組腸道脂肪酶活性為(1.76±0.32) U/gprot, 海水中添加102粒/L微塑料時, 脂肪酶活性降低至(1.26±0.31) U/ gprot, 但變化不顯著(>0.05), 當微塑料濃度升高為104粒/L時, 脂肪酶活性為(1.31±0.28) U/gprot, 與102粒/L組脂肪酶活性相當(>0.05), 海水中微塑料濃度為106粒/L時, 脂肪酶活性最低且未發生顯著變化[(1.17±0.46) U/gprot,>0.05]。

3 討論

3.1 微塑料對黑海參免疫的影響

海水或沉積物中的微塑料可通過口或肛門進入海參體內, 并經由呼吸樹進入體腔液中[15, 17]。海參體腔液中懸浮的多種體腔細胞和多種免疫因子構成海參的細胞免疫系統和體液免疫系統, 二者共同施行機體的免疫功能[25-26]。微塑料這種異物進入海參的體腔液后, 會激發海參的非特異性免疫應答, 產生一系列的免疫反應[17]。本研究將黑海參在不同濃度的聚苯乙烯暴露后, 測定了其體腔細胞數量、吞噬活性及體腔液中ACP、AKP、LZM和SOD的酶活性變化。

圖9 黑海參腸道脂肪酶活性變化

體腔細胞懸浮在海參的體腔液中, 其不僅具有吞噬、內陷和包埋入侵外源物質的作用, 而且能夠分泌參與免疫反應的多種免疫因子和免疫酶, 是棘皮動物主要的非特異性防御指標[23, 27], 其數量和吞噬活性受環境因素的影響, 并在一定程度上反映機體的免疫力[28-31]。本研究中黑海參體腔細胞的數量在微塑料濃度升高至104、106粒/L時顯著增加, 吞噬活性在微塑料濃度較高時也顯著增加。該結果與貽貝()在海水中接觸銅之后血細胞吞噬活性增加的結果一致[32]。在虹鱒魚中, 體內和體外的鎘污染都會導致免疫細胞的吞噬活性的升高[33]。本實驗中, 海水中添加的微塑料可通過呼吸和攝食作用進入黑海參體內, 黑海參增加體腔液中體腔細胞的數量, 并啟動體腔細胞的吞噬作用, 產生大量的活性氧離子產物, 用于清除異物。

溶菌酶(LZM)是吞噬細胞殺菌的物質基礎, 具有重要的免疫防御功能, 是衡量機體非特異性免疫的重要指標, 其活性常受到溫度、pH和重金屬離子等多種因素的影響[34-35]。當溫度升高時, 大西洋比目魚的LZM水平隨之升高[36]; 低溫驟變處理下, 凡納濱對蝦()的LZM活性顯著低于對照組水平, 且溫度越低, LSZ活力越低; 缺氧脅迫也會影響仿刺參呼吸樹中LZM的活性[35]。在本研究中, 不同濃度的微塑料暴露均使黑海參體腔液中LZM活性顯著升高, Mohsen等研究表明當纖維微塑料從水體中轉移至仿刺參體內時, 仿刺參體腔液中的LZM活性也高于對照組[17]; 暴露于納米聚苯乙烯微球中的雙殼貽貝()也具有較高的LZM活性[37]。

酸性磷酸酶(ACP)是巨噬細胞內溶酶體的標志酶, 可協助降解外源物質[38], 并可增強細胞對異物的識別, 加快吞噬細胞對異物的吞噬和降解速度[39]。堿性磷酸酶(AKP)可催化磷酸單酯的水解反應及磷酸基團的轉移反應, 且對底物專一性要求較低, 是重要的解毒系統, 與一些營養物質的吸收轉運有關[30, 40]。微塑料濃度的增加對黑海參體腔液的ACP、AKP活性均產生了影響, 而仿刺參體腔液中ACP及AKP的活性在聚酯纖維微塑料(25、40粒/mL)暴露后未發生顯著變化[17]。此外, 已有研究發現七彩神仙魚和中華絨螯蟹的ACP和AKP活性在微塑料暴露后顯著增加[41-42]。因此, 微塑料對生物體內ACP和AKP活性的影響與物種等因素有關。ACP和AKP活性的增加表明黑海參機體內對外源物質的第一道防御增強, 代謝強度提高, 需要更多的能量供應。黑海參在代謝過程中需要消耗更多的ATP來適應外部環境中微塑料對其呼吸系統的干擾, 而ATP合成所需的磷酸可以通過ACP和AKP水解磷酸單酯生成[43]。此外, ACP、AKP活性隨海水中微塑料濃度的增加呈先增強后減弱的趨勢, 這與白斑綜合征病毒(WSSV)感染日本囊對蝦ACP活性變化一致[44]。磷酸酶主要位于膜系統上, 中華絨螯蟹感染白斑綜合征病毒(WSSV)時間延長可導致溶酶體膜結構受損, 從而使ACP、AKP酶活性顯著降低[40]。黑海參體腔液中ACP、AKP活性分別在水體中微塑料增加至104、106粒/L后降低, 可能是微塑料在黑海參體內含量的增加損傷了體腔細胞的細胞結構, 導致溶酶體膜受損, 滲透性改變, 進而使ACP、AKP活性受到限制[44]。

超氧化物歧化酶(SOD)作為一種重要的抗氧化酶, 主要參與清除動物體內過多的活性氧自由基, 保持細胞免受損害, 使細胞能正常合成各種酶類, 對增強吞噬細胞活性和整個機體的免疫功能具有重要的作用[45], 病原微生物和多種環境脅迫因子均會引發機體SOD活性的增加[28, 40, 43-44]。微塑料也會誘導水生生物產生氧化應激反應, 如斑馬魚()在微塑料暴露后, 體內SOD活性顯著增加[46]。在本研究中, 隨著微塑料濃度的增加, 黑海參體腔液中SOD的活性呈現先升高后降低的變化, 這與叢聰研究溶壁微球菌和假交替單胞菌對仿刺參體腔液中SOD活性影響的結果一致[47]。此外, 海馬(Bleeker)、羅非魚()體內的SOD活性隨微塑料暴露時間的增加也呈先升高后降低的趨勢[48-49]。水體中微塑料為102、104粒/L時, SOD活性顯著高于對照組, 說明微塑料引起了黑海參SOD系統的應激反應, SOD活性增強可以在一定程度上清除黑海參體內在微塑料暴露后產生的活性氧自由基, 是海參對外部環境變化產生的適應對策。而SOD活性在微塑料濃度為106粒/L時顯著低于對照組及102、104粒/L實驗組, 這與高濃度微塑料使海參體內吞噬活性、呼吸爆發活性增強而持續產生的大量活性氧自由基得不到及時有效地清除有關, 活性氧自由基對機體造成了氧化損傷, 削弱了黑海參SOD的免疫應答能力[48-49]。

3.2 微塑料對黑海參消化酶活性的影響

消化酶的活性受多種因素的影響, 是衡量動物攝食能力、營養和生理狀態常用的指標之一, 其高低與營養吸收、生長和發育密切相關, 可用來判斷動物對環境的適應情況[50-51]。動物可以通過調節自身的酶活性以提高從周圍環境中獲取營養成分的能力[52]。沉積性食性的海參依靠觸手主動攝食沉積物中的無機物(硅或鈣)、單細胞藻類、動植物有機碎屑、原生動物、細菌和腐殖質等[49]。在天然餌料或人工飼料中, 對海參生長貢獻最大的是蛋白質, 其次是碳水化合物、脂肪等物質, 相關研究也多集中在蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等[53]。

4 結論

本文從免疫、消化等方面探討了水體中添加聚苯乙烯微塑料對黑海參生理的影響, 微塑料濃度對黑海參的體腔細胞數量、吞噬活性、ACP、LZM和SOD活性均有顯著影響, 表明微塑料暴露會引發黑海參的免疫應答; 但隨著微塑料濃度的增加, 黑海參的體腔細胞數量、ACP、LZM和SOD活性均呈現先升高后降低的趨勢, 尤其是當微塑料濃度達到106粒/L時, SOD活性降到了顯著低于對照組的水平, 這表明黑海參的免疫防御反應對微塑料暴露有濃度效應, 且過高的微塑料濃度引發的免疫應答可能對機體造成了氧化損傷。消化生理指標的變化表明, 在微塑料暴露條件下, 黑海參可能會選擇易于消化的營養物質, 例如淀粉和蛋白質, 而不是脂質, 以便快速獲取能量來適應環境中微塑料的存在。

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Effects of microplastics on immunity and digestion of sea cucumber,

CHEN Meng-ling1, GAO Fei1, 2, WANG Xin-yuan1, WEI Yi-fan1, XU Qiang1, 2, LIU Chun-sheng1, 2

(1. College of Marine Science, Hainan University, Haikou 570228, China; 2. State Key Laboratory of Marine Resources Utilization in South China Sea, Hainan University, Haikou 570228, China)

To investigate the effects of microplastics on the immunity and digestion of sea cucumber,was exposed to four different concentrations (0, 102, 104, and 106items/L) of polystyrene microplastics. The results showed that microplastics exerted significant effects on the total coelomocyte count, phagocytic activity of coelomocytes, and activities of lysozyme (LZM), acid phosphatase (ACP), and superoxide dismutase (SOD) in coelomic fluid (<0.05). No significant impact on alkaline phosphatase (AKP) activity was observed. An increase in microplastic exposure led to a sustained increase in the phagocytic activity of coelomocytes. Meanwhile, the total coelomocyte count and the activity of ACP increased as the microplastic concentration increased from 0 items/L to 104items/L, and decreased at 106items/L. In addition, the activities of LZM and SOD increased as the microplastic concentration increased from 0 items/L to 102items/L, and decreased from 104items/L to 106items/L. The amylase (AMS) activity in the intestine ofwas significantly affected by the concentration of microplastics (<0.05). However, no significant effect of microplastic concentration was observed on trypsin and lipase activities (>0.05). The AMS activity increased and reached the maximum level when the microplastic concentration increased to 104items/L and then decreased at 106items/L. The trypsin activity increased continuously as the microplastic concentration increased, while the lipase activity in the three concentration groups of microplastics was lower than that in the control group. Thus, an increase in the microplastic exposure induced an immune defense in, while high concentrations of microplastics exposure may damage the morphological structure of coelomocytes, thereby leading to decreased resistance ofand disrupting its physiological processes. Meanwhile,tended to choose nutrient materials that are easy to be digested, such as amylum and protein, rather than lipids. Such reaction in digestion enablesto quickly gain the energy needed to adapt to environmental changes.

microplastics;; immunity; digestion

Oct. 23, 2020

S917.4

A

1000-3096(2021)04-0126-10

10.11759/hykx20201023002

2020-10-23;

2020-11-26

國家自然科學基金(41766005); 國家重點研發計劃“藍色糧倉科技創新”重點專項(2019YFD0901304); 海南大學科研啟動基金資助項目(KYQD(ZR)1703)

[National Natural Science Foundation of China, No. 41766005; The National Key Research and Development Program of China, No. 2019YFD0901304; Scientific Research Foundation of Hainan University, No. KYQD(ZR)1703]

陳孟玲(1994—), 女, 山東省菏澤人, 碩士研究生, 主要從事海洋動物生理生態學研究, 電話: 17330934375, E-mail: yolozzq@163.com; 高菲(1981—),通信作者, 副教授, 主要從事海洋動物生態學研究, E-mail: gaofeicas@126.com

(本文編輯: 楊 悅)