斑节对虾GLUT1基因cDNA的克隆与表达分析

何鹏, 江世贵, 李运东, 杨其彬, 姜松, 杨丽诗, 黄建华, 周发林

何鹏, 江世贵, 李运东, 杨其彬, 姜松, 杨丽诗, 黄建华, 周发林. 斑节对虾GLUT1基因cDNA的克隆与表达分析[J]. 南方水产科学, 2019, 15(2): 72-82. DOI: 10.12131/20180264
引用本文: 何鹏, 江世贵, 李运东, 杨其彬, 姜松, 杨丽诗, 黄建华, 周发林. 斑节对虾GLUT1基因cDNA的克隆与表达分析[J]. 南方水产科学, 2019, 15(2): 72-82. DOI: 10.12131/20180264
HE Peng, JIANG Shigui, LI Yundong, YANG Qibin, JIANG Song, YANG Lishi, HUANG Jianhua, ZHOU Falin. Molecular cloning and expression pattern analysis of GLUT1 in black tiger shrimp (Penaeus monodon)[J]. South China Fisheries Science, 2019, 15(2): 72-82. DOI: 10.12131/20180264
Citation: HE Peng, JIANG Shigui, LI Yundong, YANG Qibin, JIANG Song, YANG Lishi, HUANG Jianhua, ZHOU Falin. Molecular cloning and expression pattern analysis of GLUT1 in black tiger shrimp (Penaeus monodon)[J]. South China Fisheries Science, 2019, 15(2): 72-82. DOI: 10.12131/20180264

斑节对虾GLUT1基因cDNA的克隆与表达分析

基金项目: 现代农业产业技术体系建设专项资金 (CARS-48);深圳市现代农业和海洋生物产业扶持计划 (生物产业类) (20170428152352908);广东省海洋渔业科技与产业发展专项 (A201701A01)
详细信息
    作者简介:

    何 鹏(1993—),男,硕士研究生,从事水产动物遗传育种与分子生物学研究。E-mail: hepeng_bryan@outlook.com

    通讯作者:

    周发林(1975—),男,博士,研究员,从事水产动物遗传育种与分子生物学研究。E-mail: zhoufalin@aliyun.com

  • 中图分类号: S 917.4

Molecular cloning and expression pattern analysis of GLUT1 in black tiger shrimp (Penaeus monodon)

  • 摘要:

    该研究利用RACE技术克隆获得了斑节对虾(Penaeus monodon) GLUT1 (glucose transporter type 1)的cDNA全长序列;采用实时荧光定量的方法研究了PmGLUT1在斑节对虾幼体发育过程中、各个组织中及低盐胁迫下的差异表达情况。该基因cDNA开放阅读框(ORF)全长1 476 bp,可编码491个氨基酸。检测PmGLUT1基因从受精卵至仔虾期发育过程的表达情况,结果显示,PmGLUT1在幼体发育各期的表达量有所波动,但总体呈现上升趋势。组织表达分析发现,PmGLUT1在鳃组织中的表达量最高,肝胰腺次之,在卵巢中的表达量最低。急性低盐胁迫后,PmGLUT1在肝胰腺中的表达水平显著高于对照组(P<0.05),但在鳃中的表达水平显著低于对照组(P<0.05)。研究结果表明,PmGLUT1可能在斑节对虾幼体发育及机体应对低盐胁迫过程中具有重要作用,这为进一步研究葡萄糖转运蛋白基因在斑节对虾幼体发育调控和耐低盐胁迫应答中的分子机制提供了理论依据。

    Abstract:

    We obtained the full-length cDNA sequence of GLUT1 from Penaeus monodon by rapid amplification of cDNA ends (RACE), and investigated the expression of GLUT1 at different larval developmental stages, in different tissues, and under low salinity stress by quantitative real-time PCR. The total cDNA sequence of PmGLUT1 open reading frame (ORF) was 1 476 bp, encoding 491 amino acids. From zygote to postlarva stages, the expression of PmGLUT1 fluctuated but showed an increasing trend. The PmGLUT1 was expressed in all tested tissues with the highest expression in gill tissue, followed by hepatopancreas, and the lowest expression was in ovary. After acute low salinity stress, the expression level of PmGLUT1 mRNA in hepatopancreas was significantly higher than that in the control group, while the expression level in gill was significantly lower than that in the control group (P<0.05). The results show that PmGLUT1 might play an important role at different larval developmental stages and under low salinity stress, which provides a theoretical basis for studying the molecular mechanism of PmGLUT1 in larval development and salinity adaptation of P. monodon.

  • 近岸海域在海洋经济发展中发挥着重要作用,也是直接或间接受人类活动与环境、气候变化交互影响的海域之一[1-2]。近年来,由于赤潮、海洋低氧和海洋酸化等环境问题频现,近岸海域生态环境健康状况受到了广泛关注[3-4]。浮游植物作为海洋生态系统中的初级生产者,其物种多样性、丰度大小和群落结构影响着初级生产力,并通过食物链向海洋生态系统提供基础营养动力,对生态系统的稳定发挥着重要的下行效应。浮游植物的生长繁殖与自然和非自然因素密切相关,其群落结构既受到气候变化、营养盐和人类活动等影响[5-6],同时又反作用于环境[7],因此常被作为水环境变化的指示种。研究浮游植物的群落结构和功能,不仅可以反映出当前水域的环境状况,还可以为分析海洋生态系统状况的长期变化趋势提供参考。

    雷州半岛位于中国大陆最南端,主要海岸线长达1 556 km,包含了吴川、湛江港、雷州湾、流沙湾、乌石、企水、江洪、草潭等港湾水域,是我国红树林和珊瑚礁等生态系统的重要分布区[8],也是我国海洋生态重点监控区域之一[9]。近年来随着雷州半岛地区经济和工业的快速发展,半岛近岸海洋生态环境面临的胁迫亦与日剧增;有研究发现雷州半岛近海海洋生态系统服务功能价值开发程度总体仍较低[9],其污染物自净能力较有限;水质受到富营养化的影响[10],三、四类水质区域呈扩张趋势,特别是在湛江港、雷州湾及半岛东北海域存在高富营养化水平现象。目前,关于雷州半岛东部近岸海域在水质[10-11]和渔业资源[12-14]方面的研究较多,而有关浮游植物的研究较少且时间较为久远。例如,吕颂辉等[15]调查了其种类组成和主要赤潮生物;陈春亮和张才学[16]探究了其群落结构特征及季节的动态变化。深入研究近岸海域浮游植物群落结构特征及其影响因子,是探索海洋生态系统能量流动特征及初级生产力结构的重要内容。

    因此,本研究分析了2023年春季和秋季雷州半岛东部近岸海域浮游植物的种类组成、优势种、多样性等群落结构特征,并采用冗余分析探究了浮游植物群落变化的主要环境驱动因子,以期为该海域水生态环境保护和渔业资源可持续发展管理提供参考资料。

    在雷州半岛东部近岸海域 (110°29'E—110°70'E, 20°33'N—21°00'N) 共布设21个调查站位(图1),于2023年3月 (春季) 和2023年10月 (秋季) 进行采样。

    图  1  雷州半岛东部近岸海域采样站位图
    Fig. 1  Sampling stations in coastal waters of eastern Leizhou Peninsula

    依据《海洋调查规范》(GB/T 12763-2007) 开展浮游植物采样,使用浅水III型浮游生物网 (网口直径为37 cm,网身长140 cm,网目为77 μm) 在采样站位由底层至表层垂直拖网采集1次,样品采集后立即用鲁哥氏碘液固定,储存在500 mL样品瓶中。将样品带至实验室后静置48 h,吸去上清液进行浓缩。取0.1 mL浓缩样品放入浮游植物计数框上,在光学显微镜下完成种类鉴定和计数。

    各调查站位按照《海洋调查规范》所规定的方法同步监测水体理化参数。水深使用测深仪测定,水温 (T)、pH、盐度 (Sal)、溶解氧 (DO) 使用YSI ProPlus测量,透明度使用透明度盘测量。采集500 mL水样,经现场0.45 μm孔径玻璃纤维滤膜过滤后,滤膜用滤纸吸干剩余水分使用锡箔包裹,放置于 −20 ℃冰箱冷冻保存用于测定叶绿素a浓度。滤液则冷冻保存用于测定无机磷 (DIP)、氨氮 (NH3-N)、硝酸盐氮 (NO3-N) 和亚硝酸盐氮 (NO2-N)。

    $$ \begin{array}{c}Y{\mathrm{=}}\dfrac{{n}_{i}}{N}\times{f}_{i}\end{array} $$ (1)

    式中:ni 为第i种的总个体数;N为该海域所有物种的总个体数;fi为第i种在该海域各站位出现的频率;以Y≥0.02为优势种[17]

    选取Shannon-Weiner多样性指数 (H')[18]、Margalef丰富度指数 (D)[19]和Pielou均匀度指数 (J)[20]来表征雷州半岛东部近岸海域浮游植物的多样性,通过生物多样性阈值 (Dv) 评价多样性的等级[21]。各计算公式为:

    $$ \begin{array}{c}{H}{\text{'}}{\mathrm{=}}{\text{−}}\displaystyle\sum _{i{\mathrm{=}}1}^{S}{P}_{i}\times {\mathrm{log}}_{2}{P}_{i}\end{array} $$ (2)
    $$ P_i=\frac{n_i}{N} $$ (3)
    $$ \begin{array}{c}D{\mathrm{=}}(S{\text{−}}1)/{\mathrm{log}}_{2}N \end{array} $$ (4)
    $$ \begin{array}{c}J{\mathrm{=}}{H}{\text{'}}/{\mathrm{log}}_{2}N \end{array} $$ (4)
    $$ \begin{array}{c}{D}_{{\mathrm{v}}}{\mathrm{=}}\dfrac{{H}{\text{'}}}{J} \end{array} $$ (5)

    式中:ni为第i种浮游植物的个体数量;N为样品中所有物种的总个数;S为样品中总种类数;Pi为第i种占该海域样品总个数中的比例。

    Dv划分为5个等级:Dv<0.6时为V级 (差);0.6≤Dv≤1.5时为IV级 (一般);1.6≤Dv≤2.5时为III级 (较好);2.6≤Dv≤3.5时为II级(丰富);Dv>3.5时为I级 (非常丰富)。

    为避免个别种类在生物量上权重过高或过低引起的偶然性误差,对2个季节的原始丰度数据作平方根转换。计算不同季节的Bray-Curtis相似性系数得到相似矩阵;基于Bray-Curtis距离进行聚类分析和非度量多维尺度分析 (Non-metric multi-dimensional scaling, NMDS) 对浮游植物群落结构格局进行分析。应用相似性分析 (Analysis of similarities, ANOSIM) 检验群落之间的差异显著性,同时通过相似性百分比 (Similarity percentage analysis, SIMPER) 识别代表群落的关键物种及其对群落差异的贡献。这些分析均在Primer 7.0软件中完成。

    对各季节浮游植物物种进行筛选,选取出现频率大于20%的物种,并对物种矩阵和环境矩阵 (除pH外) 均进行lg(x+1 ) 转换。首先应用R 4.2.3软件的Vegan程序包对各季筛选出的浮游植物进行去趋势对应分析 (Detrended correspondence analysis, DCA),最大梯度长度小于3时,选择冗余分析模型 (Redundancy analysis, RDA);若介于3~4,选择RDA和典范对应分析 (Canonical correspondence analysis, CCA) 均可;若结果大于4;则选择CCA[22];之后运用蒙特卡罗检验 (Monte Carlo Test) 分析环境因子对浮游植物群落变化影响的显著性,据此判断主要和次要影响因子。此外,对生物与环境参数进行联合分析 (Bioenv),研究环境变量与浮游植物群落丰度之间的关系[23-24]

    采用ArcGIS 10.2软件绘制站点、丰度图;采用Origin 2023软件绘制物种组成和多样性图。

    调查海域共鉴定出浮游植物5门24科44属131种 (包括变种与变型),其中硅藻门34属104种 (占比为79.4%),甲藻门7属24种 (占比为18.3%),金藻门1属1种 (占比为0.8%),裸藻门1属1种 (占比为0.8%),定鞭藻门1属1种 (占比为0.8%)。春季各站位的浮游植物种类为11~42种,平均27种;秋季各站位的浮游植物种类为16~37种,平均27种 (图2)。调查海域春季鉴定出3门35属100种,秋季鉴定出4门37属96种,种类组成均以硅藻最多,以圆筛藻属 (Coscinodiscus) 为主要类群。秋季甲藻门占比有所下降,但种类数多于春季,其中定鞭藻门的球形棕囊藻 (Phaeocystis globosa) 仅在秋季S7站位出现。

    图  2  雷州半岛东部近岸海域浮游植物春、秋季物种组成
    Fig. 2  Phytoplankton species composition in spring and autumn in coastal waters of eastern Leizhou Peninsula

    春、秋季浮游植物的优势种 ( Y≥0.02 )见表1。两季共出现浮游植物优势种4种,均为硅藻门。春季与秋季的优势种在种类和出现频率上有较大不同:春季出现3种优势种而秋季仅1种;在出现频率上,春季3种优势种及其优势度均低于秋季。

    表  1  浮游植物优势种及优势度
    Table  1  Dominant species and degree of dominance of phytoplankton
    季节
    Season
    优势种
    Dominant species
    出现频率
    Occurance frequency/%
    优势度
    Y
    春季
    Spring
    笔尖形根管藻长棘变种
    Rhizosolenia styliformis var.
    longispina
    90 0.65
    丹麦细柱藻
    Leptocylindrus danicus
    62 0.07
    细弱海链藻
    Thalassiosira subtilis
    57 0.02
    秋季
    Autumn
    中肋骨条藻
    Skeletonema costatum
    100 0.99
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    调查海域两季的浮游植物丰度差异显著 (Mann-Whitney U, p<0.05) (图3),主要以硅藻门占优势。在时间上,秋季浮游植物丰度显著高于春季;在空间上,春季浮游植物丰度呈现向东海岛以南和雷州半岛东南部以北递增趋势,高值区出现在S3、S4海域 (图3-a);秋季则呈现近岸向外递增的趋势 (图3-b),高值区出现在离岸较远的S9-S18连线海域。

    图  3  雷州半岛东部近岸海域春、秋季浮游植物丰度平面分布
    Fig. 3  Spatial distribution of phytoplankton abundance in coastal waters of eastern Leizhou Peninsula during spring and autumn

    春季调查海域浮游植物丰度介于1.1×105~1.0×108 个·m−3,平均为(9.1×106±2.2×107) 个·m−3,硅藻门丰度占浮游植物总丰度的97.7%。其中,根管藻属 (Rhizosolenia) 丰度最高,笔尖形根管藻长棘变种 (R. styliformis var. longispina) 是影响丰度大小的主要物种。S4站位丰度最高,S1站位丰度最低。秋季浮游植物丰度介于9.1×105~2.7×109 个·m−3,平均为 (3.0×108±6.0×108) 个·m−3,硅藻门丰度占浮游植物总丰度的99.9%。中肋骨条藻 (Skeletonema costatum) 的丰度在各站位中最高 (除S2外),占总丰度的比例在S6、S9、S10、S11、S12、S14、S16、S17、S19、S21共10个站位达90%以上;其丰度很大程度上反映了秋季浮游植物丰度的空间格局。

    调查海域春季和秋季浮游植物多样性水平存在显著性差异 (t检验,p<0.05) (表2)。春季的浮游植物群落在多样性、均匀度和丰富度上均优于秋季,波动范围较大。春季的Dv为3.46~5.32,秋季为4.00~5.21。

    表  2  浮游植物多样性指数
    Table  2  Diversity index of phytoplankton
    季节
    Season
    多样指数指H' 均匀度指数J 丰富度指数D 多样性阈值
    Dv
    Dv等级
    Dv level
    均值
    Mean
    范围
    Range
    均值
    Mean
    范围
    Range
    均值
    Mean
    范围
    Range
    春季 Spring 2.31±1.06 0.46~4.43 0.49±0.20 0.09~0.83 1.28±0.47 0.46~2.24 4.67±0.51 I
    秋季 Autumn 0.97±0.95 0.01~3.51 0.21±0.20 0.00~0.75 1.04±0.25 0.49~1.62 4.67±0.25 I
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    根据Dv标准衡量浮游植物多样性水平 (图4),雷州半岛东部近岸海域浮游植物的多样性非常丰富。春季除S5和S18站位属于II类水平外,其余站位均属于I类水平;秋季调查海域浮游植物的多样性水平均处于I类水平。

    图  4  雷州半岛东部近岸海域浮游植物生物多样性评价
    Fig. 4  Phytoplankton biodiversity assessment in coastal waters of eastern Leizhou Peninsula

    基于Bray-Curtis距离进行NMDS分析,结果显示春季和秋季浮游植物群落均可划分为2个亚群落 (图5),地理位置邻近的采样站位在物种组成和生态特征上的相似度较高。春季浮游植物在23%的相似度上可以分为2个亚群落 (图5-a、c、e),群落I包含S1、S2、S13、S15、S16、S17、S18站位,其余站位划分为群落II。秋季浮游植物在33%的相似度上可以分为2个亚群落 (图5-b、d、f),群落I包含S1、S2、S3、S4、S5、S7、S13、S14、S15、S18、S20站位,其余站位划分为群落II。

    图  5  雷州半岛东部近岸海域浮游植物春、秋季聚类分析 (a、b)、非度量多维尺度分析 (c、d) 和群落划分 (e、f) 图
    Fig. 5  Clustering analysis (a, b), NMDS (c, d) and community division (e, f) of phytoplankton in coastal waters of eastern Leizhou Peninsula during spring and autumn

    ANOSIM分析显示,春季和秋季浮游植物在群落种类组成上存在显著性差异 (r=0.836, p=0.001)。SIMPER分析显示,春季和秋季浮游植物群落的非相似性为93.97%,这主要由中肋骨条藻引起,其为非相似性贡献了40.43%,其他造成群落差异的主要物种有笔尖形根管藻长棘变种、菱形海线藻 (Thalassionema nitzschioides)、丹麦细柱藻 (Leptocylindrus danicus)、窄隙角毛藻 (Chaetoceros affinis)、夜光藻 (Noctiluca scintillans)、细弱海链藻 (Thalassiosira subtilis) 等,共累计解释了70.13%。

    为进一步探究调查海域浮游植物的环境适应性,对调查海域春、秋季浮游植物丰度与环境因子之间进行DCA分析,春季和秋季排序轴最大长度分别为3.25和1.62,均小于4,故选择RDA进行后续分析。RDA结果显示,春季所有环境因子共解释了57.4%的变化,其中RDA1和RDA2轴分别解释了29.4%和20.7%;秋季所有环境因子共解释了43.78%的变化,其中RDA1和RDA2轴分别解释了23.7%和20.8%。蒙特卡罗检验表明,春季对浮游植物丰度影响极显著的因子分别为温度、透明度、pH、DO、无机氮和PO4-P (图6-a);秋季对浮游植物丰度影响显著的因子为盐度、温度和叶绿素a (图6-b)。优势种丰度对环境因子的响应 (图6) 中,春季优势种笔尖形根管藻长棘变种 (Z5) 和丹麦细柱藻 (Z15) 与pH、透明度呈正相关性,与PO4-P呈负相关性,细弱海链藻 (Z77) 与PO4-P呈正相关性,与透明度和DO呈负相关性;秋季优势种中肋骨条藻 (Z97) 与水温和盐度呈正相关性,与营养盐呈负相关性 (表3)。

    图  6  雷州半岛东部近岸海域春季 (a)、秋季 (b) 浮游植物丰度与环境因子的冗余分析
    注:序号所代表的浮游植物名录见附表1。
    Fig. 6  Redundancy analysis of phytoplankton abundance and environmental factors in coastal waters of eastern Leizhou Peninsula during spring (a) and autumn (b)
    Note: The list of phytoplankton is represented by the serial numbers sees Table S1.
    表  3  各环境因子对浮游植物丰度影响
    Table  3  Effects of various environmental factors on phytoplankton abundance
    环境因子
    Environmental factor
    春季
    Spring
    秋季
    Autumn
    决定系数
    r2
    p
    p
    决定系数
    r2
    p
    p
    水深 Water depth 0.114 0.346 0.017 0.864
    透明度 Transparency 0.562 0.001*** 0.034 0.738
    温度 Temperature 0.559 0.002** 0.359 0.025*
    盐度 Salinity 0.263 0.060 0.439 0.005**
    pH 0.660 0.001*** 0.186 0.145
    溶解氧 DO 0.291 0.040* 0.109 0.353
    叶绿素a Chl a 0.034 0.712 0.389 0.013*
    无机氮 DIN 0.574 0.001*** 0.234 0.095
    无机磷 DIP 0.455 0.006** 0.009 0.937
    注:*. 相关性显著 (p<0.05); **. 相关性非常显著 (p<0.01);***. 相关性极显著 (p<0.001)。 Note: *. Significant correlation (p<0.05); **. Very significant correlation (p<0.01); ***. Extremely significant correlation (p<0.001).
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    Bioenv分析显示,春季影响浮游植物群落结构的环境因子组合为温度、盐度、PO4-P (0.544),秋季主要影响浮游植物群落结构的环境因子组合为水深、盐度、pH、DO (0.205)。可见,该海域浮游植物群落结构和优势物种丰度的分布受到多个环境因子的共同影响,各因子影响程度存在差异。

    本次调查各站位浮游植物种类丰富,物种组成以硅藻门为主,其次为甲藻门,与附近海域以硅藻门为主要组成种类的调查结果一致[25-26]。但调查的物种和门类数存在差异,可能是由于调查的海域环境和调查时间不同导致。雷州半岛东部近岸海域浮游植物优势种中硅藻门占绝对优势,且不同季节优势种演替明显,无优势种交叉。与历史调查数据相比[15-16,26],本研究中浮游植物群落的优势种数量减少,但基本为该海域常见种类,由广温近岸和广温广盐种类构成。中肋骨条藻在调查中多次成为优势种,在本次调查结果中优势度最高达0.99;细弱海链藻和丹麦细柱藻少有出现,笔尖形根管藻长棘变种为首次出现的优势种;以上优势种均为研究报道过的赤潮生物[27-29],需重点关注。

    调查海域浮游植物丰度较低的区域位于湾口、入海河口附近。有研究表明,由于近岸区域和入海河口的生态环境具有较高的复杂性和动态变化性,导致浮游植物群落结构呈现出较大的不稳定性[30],可能是造成丰度和H' 较低的原因。秋季唯一优势种中肋骨条藻对该季节浮游植物丰度贡献率最大,很大程度上决定了秋季浮游植物丰度的空间分布特征。雷州半岛邻近海域有发生藻华的记录,其中硅藻类的中肋骨条藻发生次数最高,为夏季高发种[31];在湾内和湾外的连接处,该区域受潮水和南渡河入海口咸淡水交汇影响较大,且入海径流使海域内陆源物质大量增加[32],丰富的营养盐为广温广盐种的中肋骨条藻创造了有利的繁殖环境。根据张晓辉等[33]提出的赤潮判断指标 (>1010 个·m−3),该海域秋季中肋骨条藻的丰度虽没有达到赤潮爆发值,但需要加强对中肋骨条藻的监测以预防赤潮的发生。

    浮游植物H' 和J是反映水域稳定性的重要指标,也是评价群落是否稳定的特征之一。有研究提出,在浮游植物H'>1、J>0.3时,认为浮游植物多样性较好,否则认为浮游植物受到环境因素的扰动[34]。秋季中肋骨条藻的丰度在各站位中占据主导地位,导致秋季的浮游植物DH' 低于春季。其原因可能是中肋骨条藻更能适应秋季的温度和盐度变化,大量繁殖后占据了其他物种的生态位,限制了它们的生存空间,进而导致浮游植物多样性在秋季较低。以H'>1、J>0.3方法[34]评价的调查海域浮游植物多样性水平与本研究结果基本吻合,即研究海域的浮游植物种类丰富且分布均匀,整体上浮游植物群落结构春季比秋季稳定。

    雷州半岛东部近岸海域浮游植物的种类和丰度的季节差异明显,有研究发现海水盐度、温度和营养盐等是影响粤西海域浮游植物群落的主要环境因子[26]。水温变化影响水体物理、化学性质和生物活动,水温过高会抑制浮游植物的繁殖;盐度通过影响浮游植物细胞渗透压影响其繁殖;水体的pH和营养盐等均会对浮游植物的生长、分布产生影响[35]

    由RDA排序图可以看出,在春季,多数种类与水温成正相关,这与辽东湾北部[36]研究结果一致。结果显示,水温在春季的影响更大,这可能反映了季节性水温变化对浮游植物生长周期及其群落结构的影响[37]。在春季,细弱海链藻与营养盐呈正相关性,在水温24 ℃和盐度31.2‰ 条件下细弱海链藻大量繁殖;pH与海链藻有氧呼吸作用密切相关,相较于甲藻,硅藻门浮游植物受pH影响较大[38-39],春季pH为8.2对细弱海链藻的生长创造了有利条件[40-41]。对藻类水华动力学研究发现,细弱海链藻偏好吸收NH3-N,对NO3-N的吸收则相对较弱[42]。雷州半岛东部有着受到西南季风和东向沿岸流作用的侧向运输的沿岸上升流,上升流通过影响局部硝酸盐等营养盐的垂直向上运输,引起浮游植物的快速繁殖,显示调查海域的浮游植物群落可能受到上升流的影响[43-44]

    在秋季,水温和盐度与中肋骨条藻的丰度呈显著正相关性,从生态习性角度,水温、盐度是其大量繁殖的关键因子,温度升高 (20~29 ℃) 适宜中肋骨条藻生长[45];调查海域平均温度为26.3 ℃、平均盐度为25.1‰,为中肋骨条藻增殖提供了适宜的环境[46]。任辉等[39]对珠江口及邻近海域调查发现,中肋骨条藻与PO4-P存在显著负相关性;中肋骨条藻在秋季的大量繁殖可能导致对营养盐的加速消耗,且由于该区域不规则半日潮的特征使得水体交换频繁,营养盐未得到及时补充,使其与营养盐在秋季呈现负相关性[47]。由Bioenv分析结果可知,影响浮游植物群落形成的环境因素存在差异。在春季,随着光照的增强、海水温度的上升以及地表径流营养物的输入,使得浮游植物不断增长。秋季,海水中DO含量与浮游植物的生长呈正相关性[48],当浮游植物大量繁殖时,通过光合作用释放大量氧气 (O2),从而显著提高海水中的DO含量;秋季光照减弱,浮游植物对光照的吸收程度随着水深变化受到影响,进而影响着浮游植物的分布和生长。可见,水体环境和营养状态的改变是导致浮游植物群落结构差异的主要因素。

    雷州半岛东部近岸海域共鉴定出5门44属131种浮游植物,种类组成丰富,其中以硅藻为主,甲藻较少,表明硅藻在研究海域占据优势地位。浮游植物总体多样性处于非常丰富水平;春季的H'及J均高于秋季,群落结构较为稳定。秋季的浮游植物丰度高于春季,且春季和秋季的丰度在空间分布上不一致,春季浮游植物丰度呈现近岸向外递减趋势,而秋季呈现近岸向外递增趋势。春季和秋季群落结构均划分为2个亚群落。主要环境影响因子为温度、盐度、pH、DO、无机氮和PO4-P,解释了浮游植物丰度空间变化的43.78%~57.4%。秋季赤潮生物中肋骨条藻在该海域丰度高且分布广,易引发赤潮,应加强对浮游植物生态学的调查监测以及赤潮预警的研究,以促进海洋环境保护。

      1  雷州半岛东部近岸海域浮游植物名录
      1  Species list of phytoplankton in coastal waters of eastern Leizhou Peninsula
    序号
    ID
    种名
    Species name
    拉丁名
    Latin name
    序号
    ID
    种名
    Species name
    拉丁名
    Latin name
    Z1薄壁几内亚藻Guinardia flaccidaZ37紧挤角毛藻Chaetoceros coarctatus
    Z2薄壁圆筛藻Coscinodiscus tenuithecusZ38巨圆筛藻Coscinodiscus gigas
    Z3北方角毛藻Chaetoceros borealisZ39具尾鳍藻Dinophysis caudata
    Z4笔尖形根管藻Rhizosolenia styliformisZ40聚生角毛藻Chaetoceros socialis
    Z5笔尖形根管藻长棘变种Rhizosolenia styliformis var. longispinaZ41颗粒盒形藻Biddulphia granulata
    Z6扁豆原甲藻Prorocentrum lenticulatumZ42腊台角藻Ceratium candelabrum
    Z7扁面角毛藻Chaetoceros comperssusZ43劳氏角毛藻Chaetoceros lorenzianus
    Z8扁平原多甲藻Protoperidinium depressumZ44里昂原多甲藻Protoperidinium leonis
    Z9变异辐杆藻Bacteriastrum variansZ45镰刀斜纹藻Pleurosigma falx
    Z10布氏双尾藻Ditylum brightwelliiZ46菱形海线藻Thalassionema nitzschioides
    Z11叉状角藻Ceratium furcaZ47螺端根管藻Rhizosolenia cochlea
    Z12粗根管藻Rhizosolenia robustaZ48洛伦菱形藻Nitzschia lorenziana
    Z13脆根管藻Rhizosolenia fragilissimaZ49马西里亚角藻Ceratium massiliense
    Z14大角角藻Ceratium macrocerosZ50密连角毛藻Chaetoceros densus
    Z15丹麦细柱藻Leptocylindrus danicusZ51膜质半管藻Hemiaulus membranaceus
    Z16短角弯角藻Eucampia zodiacusZ52膜状舟形藻Navicula membranacea
    Z17多束圆筛藻Coscinodiscus divisusZ53诺马斜纹藻Pleurosigma normanii
    Z18蜂窝三角藻Triceratium favusZ54披针菱形藻Nitzschia lanceolata
    Z19佛氏海毛藻Thalassiothrix frauenfeldiiZ55离心列海链藻Thalassiosira eccentrica
    Z20辐射圆筛藻Coscinodiscus radiatusZ56奇异棍形藻Bacillaria paradoxa
    Z21覆瓦根管藻Rhizosolenia imbricataZ57琼氏圆筛藻Coscinodiscus jonesianus
    Z22高盒形藻Biddulphia regiaZ58曲肘角藻Ceratium geniculatum
    Z23高圆筛藻Coscinodiscus nobilisZ59柔弱角毛藻Chaetoceros debilis
    Z24格氏圆筛藻Coscinodiscus graniiZ60柔弱斜纹藻Pleurosigma delicatulum
    Z25弓束圆筛藻Coscinodiscus curvatulusZ61三角角藻Ceratium tripos
    Z26哈氏半盘藻Hemidiscus hardmannianusZ62蛇目圆筛藻Coscinodiscus argus
    Z27海洋斜纹藻Pleurosigma pelagicumZ63深环沟角毛藻Chaetoceros constrictus
    Z28海洋原多甲藻Protoperidinium oceanicumZ64双突角毛藻Chaetoceros didymus
    Z29海洋原甲藻Prorocentrum micansZ65斯氏扁甲藻Pyrophacus steinii
    Z30豪猪棘冠藻Corethron hystrixZ66斯托根管藻Rhizosolenia stolterforthii
    Z31虹彩圆筛藻Coscinodiscus oculus-iridisZ67苏里圆筛藻Coscinodiscus thorii
    Z32环纹娄氏藻Lauderia annulataZ68梭角藻Ceratium fusus
    Z33活动盒形藻Biddulphia mobiliensisZ69塔形冠盖藻Stephanopyxis turris
    Z34畸形圆筛藻Coscinodiscus deformatusZ70泰晤士扭鞘藻Streptotheca tamesis
    Z35尖刺伪菱形藻Pseudo-nitzschia pungensZ71条纹小环藻Cyclotella striata
    Z36结节圆筛藻Coscinodiscus noduliferZ72弯菱形藻Nitzschia sigma
    Z73威利圆筛藻Coscinodiscus wailesiiZ103并基角毛藻Chaetoceros decipiens
    Z74微凹圆筛藻Coscinodiscus subconcavusZ104波状石丝藻Lithodesmium undulatum
    Z75五角原多甲藻Protoperidinium pentagonumZ105伯氏根管藻Rhizosolenia bergonii
    Z76兀鹰角藻Ceratium vulturZ106大洋角管藻Cerataulina pelagica
    Z77细弱海链藻Thalassiosira subtilisZ107蜂腰双壁藻Diploneis bombus
    Z78小等刺硅鞭藻Dictyocha fibulaZ108刚毛根管藻Rhizosolenia setigera
    Z79小辐杆藻Bacteriastrum minusZ109海洋菱形藻Nitzschia marina
    Z80星脐圆筛藻Coscinodiscus asteromphalusZ110横滨盒形藻Biddulphia gruendleri
    Z81旋链角毛藻Chaetoceros curvisetusZ111宽角斜纹藻Pleurosigma angulatum
    Z82夜光藻Noctiluca scintillansZ112拟旋链角毛藻Chaetoceros pseudo-curvisetus
    Z83翼根管藻Rhizosolenia alataZ113球形棕囊藻Phaeocystis globosa
    Z84翼根管藻纤细变型Rhizosolenia alata f. gracillimaZ114热带骨条藻Skeletonema tropicum
    Z85优美辐杆藻Bacteriastrum delicatulumZ115日本星杆藻Asterionellopsis glacialis
    Z86优美旭氏藻Schröederella delicatulaZ116柔弱伪菱形藻Pseudo-nitzschia delicatissima
    Z87有棘圆筛藻Coscinodiscus spinosusZ117三叶原甲藻Prorocentrum triestinum
    Z88有翼圆筛藻Coscinodiscus bipartitusZ118筛链藻Coscinosira polychorda
    Z89圆柱角毛藻Chaetoceros teresZ119碎片菱形藻Nitzschia frustulum
    Z90窄隙角毛藻Chaetoceros affinisZ120梭形裸藻Euglena acus
    Z91长耳盒形藻Biddulphia auritaZ121太阳双尾藻Ditylum sol
    Z92长角盒形藻Biddulphia longicrurisZ122透明原多甲藻Protoperidinium pellucidum
    Z93直舟形藻Navicula directaZ123纤细角藻Ceratium tenue
    Z94中华半管藻Hemiaulus sinensisZ124小眼圆筛藻Coscinodiscus oculatus
    Z95中华根管藻Rhizosolenia sinensisZ125勇士鳍藻Dinophysis miles
    Z96中华盒形藻Biddulphia sinensisZ126优美原多甲藻Protoperidinium elegans
    Z97中肋骨条藻Skeletonema costatumZ127圆海链藻Thalassiosira rotula
    Z98中心圆筛藻Coscinodiscus centralisZ128远距角毛藻Chaetoceros distans
    Z99中型斜纹藻Pleurosigma intermediumZ129长菱形藻Nitzschia longissima
    Z100钟状中鼓藻Bellerochea horologicalisZ130正盒形藻Biddulphia biddulphiana
    Z101爱氏辐环藻Actinocyclus ehrenbergiiZ131斯氏鸟尾藻Ornithocercus steinii
    Z102扁形原甲藻Prorocentrum compressum
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  • 图  1   PmGLUT1基因的氨基酸序列及cDNA全长

    下划线表示起始密码子(ATG)和终止密码子(TAA);方框表示MFS超家族结构域;斜体表示Poly A尾巴

    Figure  1.   Amino acid and nucleotide sequences of PmGLUT1

    Initiation codon (ATG) and termination codon (TAA) are underlined; MFS structural domain is shown in box; the poly A signal sequence is italicized.

    图  2   黑腹果蝇GLUT1与斑节对虾GLUT1三维结构空间示意图

    Figure  2.   Three-dimensional ribbon structure of D. melanogaster GLUT1 and P. monodon GLUT1

    图  3   斑节对虾GLUT1氨基酸序列与其他物种氨基酸多重序列比对

    红色下横线为12个跨膜结构域

    Figure  3.   Comparison of multiple alignment of predicted amino acid sequence of P. monodon GLUT1 with other species

    Red horizontal lines indicate 12 predicted transmembrane helical structures.

    图  4   利用MEGA 6.06软件基于NJ法构建的PmGLUT1系统进化树

    Figure  4.   NJ phylogenetic tree of PmGLUT1 by MEGA 6.06

    图  5   斑节对虾幼体不同发育阶段PmGLUT1基因的相对表达量

    小写字母不同表示各组之间具有显著差异(P<0.05);后图同此

    Figure  5.   mRNA relative expression of PmGLUT1 at different larval developmental stages of larval P. monodon

    Different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05). The same case in the following figures.

    图  6   PmGLUT1在各组织的相对表达量

    Figure  6.   mRNA relative expression of PmGLUT1 in different tissues

    图  7   斑节对虾在急性低盐胁迫过程中肝胰腺和鳃组织PmGLUT1的相对表达量

    Figure  7.   mRNA relative expression of PmGLUT1 in hepatopancreas and gill under acute low salinity stress

    图  8   斑节对虾在盐度缓降胁迫过程中肝胰腺和鳃组织PmGLUT1的相对表达量

    Figure  8.   mRNA relative expression of PmGLUT1 in hepatopancreas and gill under salinity-lowering stress

    表  1   实验中所用引物序列

    Table  1   Oligonucleotide primers used in this experiment

    引物
    primer
    引物序列 (5'–3')
    primer sequence
    用途
    function
    GLUT1-FATGGCTTATTCGGGTTTAACGTcDNA序列验证
    GLUT1-RTTATAGTTTGGCCTCCTCTTTGG
    GLUT1-3'GSP1ATGATTGGTGGTTTCTGCGGTGGC3'RACE
    GLUT1-3'GSP2CTCTCAACCTGCGTGGTGGGCTG
    GLUT1-5'GSP1CCAGACCCGCAGCCGTGAATAGG5'RACE
    GLUT1-5'GSP2CTACTATGCCACCGCAGAAACCACC
    GLUT1-qPCR-FCTTCTTGTGTTACGCCATCTTCreal-time RT-PCR
    GLUT1-qPCR-RTGCTGCCTTCAATGTTCCT
    EF-1α-qPCR-FAAGCCAGGTATGGTTGTCAACTTTreal-time RT-PCR
    EF-1α-qPCR-RCGTGGTGCATCTCCACAGACT
    下载: 导出CSV
  • [1] 江诚, 谢俊, 陈海峰. 葡萄糖转运蛋白的转运机制研究[J]. 基因组学与应用生物学, 2015, 34(7): 1372-1377.
    [2]

    ULDRY M, THORENS B. The SLC2 family of facilitated hexose and polyol transporters[J]. Pflugers Arch, 2004, 447(5): 480-489. doi: 10.1007/s00424-003-1085-0

    [3]

    AUGUSTIN R. The protein family of glucose transport facilitators: it's not only about glucose after all[J]. IUBMB Life, 2010, 62(5): 315-333.

    [4] 王尔孚, 李昕, 贾春松, 等. 低氧预适应上调大鼠海马神经元和星形胶质细胞在急性缺氧时的葡萄糖转运蛋白的活性和基因表达[J]. 基础医学与临床, 2009, 29(12): 1273-1276.
    [5] 邱萤, 黄桂菊, 刘宝锁, 等. 企鹅珍珠贝GLUT1基因全长cDNA克隆及其对葡萄糖的表达响应[J]. 南方水产科学, 2016, 12(5): 81-89. doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2016.05.010
    [6] 任鸣春. 军曹鱼和虹鳟糖类营养生理研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2012: 115-135.
    [7]

    BALMACEDA-AGUILERA C, MARTOS-SITCHA J A, MANCERA J. Cloning and expression pattern of facilitative glucose transporter 1 (GLUT1) in gilthead sea bream Sparus aurata in response to salinity acclimation[J]. Comp Biochem Physiol A, 2012, 163(1): 38-46. doi: 10.1016/j.cbpa.2012.04.026

    [8]

    MARTINEZ-QUINTANA J A, PEREGRINO-URIARTE A B, GOLLAS-GALVÁN S, et al. The glucose transporter 1-GLUT1-from the white shrimp Litopenaeus vannamei is up-regulated during hypoxia[J]. Mol Biol Rep, 2014, 41(12): 7885-7898. doi: 10.1007/s11033-014-3682-8

    [9]

    WANG X D, LI E C, CHEN K, et al. Response of facilitative glucose transporter 1 to salinity stress and dietary carbohydrate nutrition in white shrimp Litopenaeus vannamei[J]. Aquacult Nutr, 2017, 23(1): 90-100. doi: 10.1111/anu.2017.23.issue-1

    [10]

    LI R X, LIU H Y, DONG X H, et al. Molecular characterization and expression analysis of glucose transporter 1 and hepatic glycolytic enzymes activities from herbivorous fish Ctenopharyngodon idellus in respond to a glucose load after the adaptation to dietary carbohydrate levels[J]. Aquaculture, 2018, 492: 290-299. doi: 10.1016/j.aquaculture.2018.04.028

    [11]

    LIU H Y, DONG X H, CHI S Y, et al. Molecular cloning of glucose transporter 1 in grouper Epinephelus coioides and effects of an acute hyperglycemia stress on its expression and glucose tolerance[J]. Fish Physiol Biochem, 2017, 43(1): 103-114. doi: 10.1007/s10695-016-0271-x

    [12] 杨其彬, 叶乐, 温为庚, 等. 盐度对斑节对虾蜕壳、存活、生长和饲料转化率的影响[J]. 南方水产, 2008, 4(1): 16-21. doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2008.01.003
    [13] 滕继林, 肖军. 葡萄糖转运蛋白1的研究进展[J]. 生物学教学, 2015, 40(6): 2-3.
    [14] 江世贵, 杨丛海, 周发林, 等. 斑节对虾种虾繁育技术[M]. 北京: 海洋出版社, 2013: 80-81.
    [15]

    YANG L, LI X, JIANG S, et al. Characterization of Argonaute2 gene from black tiger shrimp (Penaeus monodon) and its responses to immune challenges[J]. Fish Shellfish Immunol, 2014, 36(1): 261-269. doi: 10.1016/j.fsi.2013.11.010

    [16] 吴勉之, 杨丽诗, 周发林, 等. 斑节对虾2种高血糖激素家族基因的基因组序列分析和表达研究[J]. 南方水产科学, 2018, 14(4): 27-36. doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2018.04.004
    [17] 邱萤. 企鹅珍珠贝葡萄糖转运蛋白1同源异构型基因的克隆及对葡萄糖应激的表达响应分析[D]. 上海: 上海海洋大学, 2016: 41-46.
    [18]

    HALL J R, MACCORMACK T J, BARRY C A, et al. Sequence and expression of a constitutive, facilitated glucose transporter (GLUT1) in Atlantic cod Gadus morhua[J]. J Exp Biol, 2004, 207(26): 4697-4706. doi: 10.1242/jeb.01346

    [19]

    MORRIS S. Neuroendocrine regulation of osmoregulation and the evolution of air-breathing in decapod crustaceans[J]. J Exp Biol, 2001, 204(5): 979-989.

    [20]

    VINAGRE A S, da SILVA R S M. Effects of fasting and refeeding on metabolic processes in the crab Chasmagnathus granulata (Dana, 1851)[J]. Can J Zool, 2002, 80(8): 1413-1421. doi: 10.1139/z02-122

    [21]

    WANG X D, LI E C, XU Z X, et al. Molecular response of carbohydrate metabolism to dietary carbohydrate and acute low salinity stress in Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei[J]. Turkish J Fish Aquat Sci, 2017, 17(1): 153-169.

    [22]

    SÁNCHEZ-PAZ A, GARCÍA-CARREÑO F, HERNÁNDEZ-LÓPEZ J, et al. Effect of short-term starvation on hepatopancreas and plasma energy reserves of the Pacific white shrimp (Litopenaeus vannamei)[J]. J Exp Mar Bio Ecol, 2007, 340(2): 184-193. doi: 10.1016/j.jembe.2006.09.006

    [23]

    OLIVEIRA G T, da SILVA R S M. Hepatopancreas gluconeogenesis during hyposmotic stress in crabs Chasmagnathus granulata maintained on high-protein or carbohydrate-rich diets[J]. Comp Biochem Physiol B, 2000, 127(3): 375-381. doi: 10.1016/S0305-0491(00)00274-1

    [24]

    ROSAS C, CUZON G, GAXIOLA G, et al. Metabolism and growth of juveniles of Litopenaeus vannamei: effect of salinity and dietary carbohydrate levels[J]. J Exp Mar Bio Ecol, 2001, 259(1): 1-22. doi: 10.1016/S0022-0981(01)00222-2

    [25]

    CARMONA R, GARCÍA-GALLEGO M, SANZ A, et al. Chloride cells and pavement cells in gill epithelia of Acipenser naccarii: ultrastructural modifications in seawater-acclimated specimens[J]. J Fish Biol, 2004, 64(2): 553-566. doi: 10.1111/jfb.2004.64.issue-2

    [26] 王晓杰, 张秀梅, 姜明. 盐度胁迫对许氏平鲉鳃、头肾、脾脏超微结构的影响[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2006(S1): 85-90.
    [27] 王艳, 胡先成. 不同盐度下鲈鱼稚鱼鳃的显微结构观察[J]. 海洋科学, 2009, 33(12): 138-142.
    [28] 张硕, 董双林. 饵料和盐度对中国对虾幼虾能量收支的影响[J]. 大连水产学院学报, 2002, 17(3): 227-233. doi: 10.3969/j.issn.1000-9957.2002.03.009
    [29]

    YE L, JIANG S G, ZHU X M, et al. Effects of salinity on growth and energy budget of juvenile Penaeus monodon[J]. Aquaculture, 2009, 290(1/2): 140-144.

    [30]

    YIN S J, ZHANG L M, ZHANG L L, et al. Metabolic responses and arginine kinase expression of juvenile cuttlefish (Sepia pharaonis) under salinity stress[J]. Int J Biol Macromol, 2018, 113: 881-888. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.03.036

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-27
  • 修回日期:  2019-01-02
  • 录用日期:  2019-01-27
  • 网络出版日期:  2019-02-17
  • 刊出日期:  2019-04-04

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