吡咯喹啉醌对水生甲壳类动物的生理作用,动物学论文.docx

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1、吡咯喹啉醌对水生甲壳类动物的生理作用,动物学论文吡咯喹啉醌(Pyrroloquinolinequinone，简称PQQ)，是烟酰胺核苷酸(NAD+和NADP+)和黄素核苷酸(FAD和FMN)之外的第3种有机辅基。自20世纪70年代末其化学构造被确认以来，PQQ的相关研究已经开展了近35年。研究发现，PQQ既是一种植物生长促进因子，也是哺乳动物生长、发育和繁衍的重要营养物质。这种由某些细菌产生的小分子醌化合物，以皮摩尔或纳摩尔水平，存在于各种植物、动物甚至人体组织内。当前以为，动物和人体肠道菌群不能合成PQQ或合成量远远不能知足机体需要，其体内的PQQ主要是通过外源性饮食途径获得。日本学者曾建议

2、将其列为一种新的B族维生素，但这一提法学术界尚存在争论。迄今为止，PQQ生理功能的研究已经在国内外广泛开展，但其对水生生物能否能够发挥生理作用，亦或者水生生物能否对PQQ产生生理响应，尚不清楚。本文以国际公认的标准试验生物大型溞(Daphniamagna)为受试对象，通过外源性添加PQQ，分析其对溞类个体繁衍、寿命和抗饥饿能力的影响，旨在揭示PQQ对水生甲壳类动物的生理作用，为其将来在水生生物学领域的应用奠定基础。1、材料与方式方法1.1材料PQQ(纯度98%)购于上海医学生命科学研究中心有限公司，使用时用超纯水配制成3mmol/L的储备液，用一次性无菌注射器和0.22m孔径的滤膜过滤后，4冰

3、箱储存备用。试验用溞由辽宁省水生生物学重点实验室提供，实验室内用灭菌的自来水培养，以单细胞微藻斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)为食物，连续孤雌生殖繁衍同步幼溞。1.2方式方法1.2.1繁衍、发育与存活试验收集24h以内出生的同步幼溞，随机分配于12孔细胞培养板内，每孔1只，孔内含有3mL无菌水，以浓缩的微藻作为食物，投喂密度为4105个细胞/mL，投喂频率为天天1次，251恒温培养。试验设立3个PQQ处理组，浓度分别为5、15和25mol/L，对照组不加PQQ，每组6个平行。天天观察记录溞脱壳和产卵情况，当溞开场繁衍后，及时移出新产的幼溞并记录数量。每2d更换1次试验用液，连

4、续试验直至所有溞体全部自然死亡。1.2.2饥饿试验收集肠道食物已经排空的3龄同步溞，随机分配于100mL烧杯中内，每个烧杯10只，杯内含有30mL无菌水，不投喂任何食物，201恒温培养。试验设立3个PQQ处理组，浓度分别为0.1、0.5和1mmol/L，对照组不加PQQ，每组3个平行。天天观察记录各组溞个体死亡数量，并移出死亡个体。天天补充蒸发的水分保持液面体积恒定，连续试验直至所有溞体全部死亡。1.3统计分析应用SPSS15.0对数据进行单因素方差分析，LSD法分析组间显著性差异，P值小于0.05视为差异显著。2、结果2.1PQQ对大型溞繁衍的影响与对照组相比，不同浓度的PQQ对大型溞的初次

5、怀卵时间、初次产卵时间与初次产幼量均无显著影响(P0.05)，PQQ各处理组之间亦无显著差异(表1)。由表2可知，5mol/L的PQQ能够显著提高总产幼量(P0.05)，15mol/L的PQQ则显著提高了平均每窝产幼量(P0.05)。组间差异性分析表示清楚，15mol/LPQQ处理组的总窝数显著低于5mol/LPQQ处理组(P0.05)，25mol/LPQQ处理组的总窝数和总产幼量均显著低于5mol/LPQQ处理组(P0.05)。2.2PQQ对大型溞发育与存活的影响由表3可知，不同浓度的PQQ对大型溞发育经过中的幼龄数、成龄数、总龄数以及存活时间均无显著影响(P0.05)。组间差异性分析表示清

6、楚，15和25mol/LPQQ处理组的成龄数、总龄数和存活时间均显著低于5mol/LPQQ处理组(P0.05)，而3组间的幼龄数则无显著变化(P0.05)。2.3PQQ对大型溞抗饥饿能力的影响由表4可知，饥饿条件下，不同浓度的PQQ对大型溞的初始死亡时间无显著影响(P0.05)，但日均死亡数均显著降低(P0.05)，而0.1和0.5mmol/LPQQ处理组的最长存活时间和半数死亡时间LT50均显著高于对照组(P0.05)。组间差异性分析表示清楚，0.1和1.0mmol/LPQQ处理组的最长存活时间显著低于0.5mmol/LPQQ处理组(P0.05)，两者的日均死亡数则显著高于0.5mmol/L

7、PQQ处理组(P0.05)。3组间的LT50值均有显著差异(P0.05)。由图1的存活曲线能够看出，对照组溞在饥饿后第2天大量死亡，仅有2只个体存活，而0.1和0.5mmol/LPQQ处理组溞的存活个体数分别为8.33只和9只。饥饿后第3天对照组溞全部死亡，而3个PQQ处理组的溞个体仍有存活，华而不实以0.5mmol/LPQQ处理组的存活数到达了5.33只。随着时间的延长，0.5mmol/LPQQ处理组溞的存活数缓慢下降，显示出了较好的抗饥饿效应。3、讨论3.1PQQ对大型溞繁衍、发育与存活的影响研究表示清楚，饮食中缺乏PQQ会导致试验小鼠和大鼠出现一系列的不良反响，包括新生幼鼠生长发育受损，

8、免疫功能缺陷和母鼠繁衍能力下降等。近年报道显示，饮食中添加PQQ能够促进母鸡产蛋率和提高蛋质量，同时加强母鸡的抗氧化应激能力。本研究表示清楚，PQQ能够加强大型溞的繁衍能力，以5mol/L浓度效果最好，表现为总产幼量显著增加。这与哺乳动物和禽类的研究结果相类似。PQQ对大型溞的初次怀卵时间、初次产卵时间与初次产幼量均无显著影响，这讲明其促繁衍作用主要发挥于繁衍中后期。以前的研究证明，PQQ既是一种强抗氧化剂，也是一种强促氧化剂，因而被以为是双面分子。PQQ的最终效应取决于其作用浓度和所处的微环境。本研究显示，PQQ浓度增加到15和25mol/L会导致其促繁衍效应的下降，主要反映在总产幼量和总窝

9、数的减少，因而揣测PQQ浓度过高可能会对动物的繁育起到负面作用。PQQ对大型溞的龄数和存活时间无显著影响，但值得注意的是，与5mol/L浓度组相比，15和25mol/L的PQQ显著降低了大型的龄数和存活时间，这种浓度依靠效应与繁衍试验所得到的结果类似，提示高浓度的PQQ很可能还会显著影响动物的发育经过，降低动物的存活时间(寿命)。3.2PQQ对大型溞抗饥饿能力的影响由于自然界中环境的变迁、季节更替以及食物在时空上的不均匀分布性，动物在其生命周期中经常面临食物资源的短缺而遭到饥饿胁迫。甲壳类是水生动物中的一个主要类群，其饥饿生理的研究来历已久。线粒体是细胞的能量工厂，同时也是内源性氧自由基产生的

10、主要细胞器。全饥饿条件下，机体的外界能源物质供应中断，线粒体内的能量代谢方式发生转变，氧自由基过度产生，机体内环境平衡被打破，这是导致动物机体死亡的主因。本研究表示清楚，PQQ能够保卫大型溞免受饥饿胁迫损伤，表现为饥饿溞体的存活时间明显延长，LT50值升高以及日平均死亡个体数的降低。华而不实，以0.5mmol/L浓度的PQQ作用效果最为明显。PQQ与线粒体之间的关系已经有过很多研究，并已成为PQQ生物学功能机理研究的热门之一。PQQ能够保卫线粒体免受氧化损伤，调节线粒体的质量和功能，逆转线粒体复合体抑制剂二亚苯基碘DPI的抑制作用等等。线粒体的生物发生是由过氧化物酶体增殖活化受体共激活因子1(PGC-1)和核呼吸因子(NF)等转录因子共同调节。PQQ能够激活PGC-1启动子，增加其mNA和蛋白表示出，并加强PGC-1通路中NF1、NF2、Tfam、TFB1M、TFB2M等其他转录因子mNA的表示出，进而增加线粒体发生和氧化代谢水平。因而，我们揣测PQQ的抗饥饿应激效应与其调节线粒体功能密切相关。