吡咯喹啉醌對水生甲殼類動物的生理作用,動物學論文吡咯喹啉醌(Pyrroloquinolinequinone，簡稱PQQ)，是煙酰胺核苷酸(NAD+和NADP+)和黃素核苷酸(FAD和FMN)之外的第3種有機輔基。自20世紀70年代末其化學構造被確認以來，PQQ的相關研究已經開展了近35年。研究發現，PQQ既是一種植物生長促進因子，也是哺乳動物生長、發育和繁衍的重要營養物質。這種由某些細菌產生的小分子醌化合物，以皮摩爾或納摩爾水平，存在于各種植物、動物甚至人體組織內。當前以為，動物和人體腸道菌群不能合成PQQ或合成量遠遠不能知足機體需要，其體內的PQQ主要是通過外源性飲食途徑獲得。日本學者曾建議將其列為一種新的B族維生素，但這一提法學術界尚存在爭論。迄今為止，PQQ生理功能的研究已經在國內外廣泛開展，但其對水生生物能否能夠發揮生理作用，亦或者水生生物能否對PQQ產生生理響應，尚不清楚。本文以國際公認的標準試驗生物大型溞(Daphniamagna)為受試對象，通過外源性添加PQQ，分析其對溞類個體繁衍、壽命和抗饑餓能力的影響，旨在揭示PQQ對水生甲殼類動物的生理作用，為其將來在水生生物學領域的應用奠定基礎。1、材料與方式方法1.1材料PQQ(純度98%)購于上海醫學生命科學研究中心有限公司，使用時用超純水配制成3mmol/L的儲備液，用一次性無菌注射器和0.22m孔徑的濾膜過濾后，4℃冰箱儲存備用。試驗用溞由遼寧省水生生物學重點實驗室提供，實驗室內用滅菌的自來水培養，以單細胞微藻斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)為食物，連續孤雌生殖繁衍同步幼溞。1.2方式方法1.2.1繁衍、發育與存活試驗收集24h以內出生的同步幼溞，隨機分配于12孔細胞培養板內，每孔1只，孔內含有3mL無菌水，以濃縮的微藻作為食物，投喂密度為4105個細胞/mL，投喂頻率為天天1次，25℃1℃恒溫培養。試驗設立3個PQQ處理組，濃度分別為5、15和25mol/L，對照組不加PQQ，每組6個平行。天天觀察記錄溞脫殼和產卵情況，當溞開場繁衍后，及時移出新產的幼溞并記錄數量。每2d更換1次試驗用液，連續試驗直至所有溞體全部自然死亡。1.2.2饑餓試驗收集腸道食物已經排空的3齡同步溞，隨機分配于100mL燒杯中內，每個燒杯10只，杯內含有30mL無菌水，不投喂任何食物，20℃1℃恒溫培養。試驗設立3個PQQ處理組，濃度分別為0.1、0.5和1mmol/L，對照組不加PQQ，每組3個平行。天天觀察記錄各組溞個體死亡數量，并移出死亡個體。天天補充蒸發的水分保持液面體積恒定，連續試驗直至所有溞體全部死亡。1.3統計分析應用SPSS15.0對數據進行單因素方差分析，LSD法分析組間顯著性差異，P值小于0.05視為差異顯著。2、結果2.1PQQ對大型溞繁衍的影響與對照組相比，不同濃度的PQQ對大型溞的初次懷卵時間、初次產卵時間與初次產幼量均無顯著影響(P＞0.05)，PQQ各處理組之間亦無顯著差異(表1)。由表2可知，5mol/L的PQQ能夠顯著提高總產幼量(P＜0.05)，15mol/L的PQQ則顯著提高了平均每窩產幼量(P＜0.05)。組間差異性分析表示清楚，15mol/LPQQ處理組的總窩數顯著低于5mol/LPQQ處理組(P＜0.05)，25mol/LPQQ處理組的總窩數和總產幼量均顯著低于5mol/LPQQ處理組(P＜0.05)。2.2PQQ對大型溞發育與存活的影響由表3可知，不同濃度的PQQ對大型溞發育經過中的幼齡數、成齡數、總齡數以及存活時間均無顯著影響(P＞0.05)。組間差異性分析表示清楚，15和25mol/LPQQ處理組的成齡數、總齡數和存活時間均顯著低于5mol/LPQQ處理組(P＜0.05)，而3組間的幼齡數則無顯著變化(P＞0.05)。2.3PQQ對大型溞抗饑餓能力的影響由表4可知，饑餓條件下，不同濃度的PQQ對大型溞的初始死亡時間無顯著影響(P＞0.05)，但日均死亡數均顯著降低(P＜0.05)，而0.1和0.5mmol/LPQQ處理組的最長存活時間和半數死亡時間LT50均顯著高于對照組(P＜0.05)。組間差異性分析表示清楚，0.1和1.0mmol/LPQQ處理組的最長存活時間顯著低于0.5mmol/LPQQ處理組(P＜0.05)，兩者的日均死亡數則顯著高于0.5mmol/LPQQ處理組(P＜0.05)。3組間的LT50值均有顯著差異(P＜0.05)。由圖1的存活曲線能夠看出，對照組溞在饑餓后第2天大量死亡，僅有2只個體存活，而0.1和0.5mmol/LPQQ處理組溞的存活個體數分別為8.33只和9只。饑餓后第3天對照組溞全部死亡，而3個PQQ處理組的溞個體仍有存活，華而不實以0.5mmol/LPQQ處理組的存活數到達了5.33只。隨著時間的延長，0.5mmol/LPQQ處理組溞的存活數緩慢下降，顯示出了較好的抗饑餓效應。3、討論3.1PQQ對大型溞繁衍、發育與存活的影響研究表示清楚，飲食中缺乏PQQ會導致試驗小鼠和大鼠出現一系列的不良反響，包括新生幼鼠生長發育受損，免疫功能缺陷和母鼠繁衍能力下降等。近年報道顯示，飲食中添加PQQ能夠促進母雞產蛋率和提高蛋質量，同時加強母雞的抗氧化應激能力。本研究表示清楚，PQQ能夠加強大型溞的繁衍能力，以5mol/L濃度效果最好，表現為總產幼量顯著增加。這與哺乳動物和禽類的研究結果相類似。PQQ對大型溞的初次懷卵時間、初次產卵時間與初次產幼量均無顯著影響，這講明其促繁衍作用主要發揮于繁衍中后期。以前的研究證明，PQQ既是一種強抗氧化劑，也是一種強促氧化劑，因而被以為是雙面分子。PQQ的最終效應取決于其作用濃度和所處的微環境。本研究顯示，PQQ濃度增加到15和25mol/L會導致其促繁衍效應的下降，主要反映在總產幼量和總窩數的減少，因而揣測PQQ濃度過高可能會對動物的繁育起到負面作用。PQQ對大型溞的齡數和存活時間無顯著影響，但值得注意的是，與5mol/L濃度組相比，15和25mol/L的PQQ顯著降低了大型的齡數和存活時間，這種濃度依靠效應與繁衍試驗所得到的結果類似，提示高濃度的PQQ很可能還會顯著影響動物的發育經過，降低動物的存活時間(壽命)。3.2PQQ對大型溞抗饑餓能力的影響由于自然界中環境的變遷、季節更替以及食物在時空上的不均勻分布性，動物在其生命周期中經常面臨食物資源的短缺而遭到饑餓脅迫。甲殼類是水生動物中的一個主要類群，其饑餓生理的研究來歷已久。線粒體是細胞的能量工廠，同時也是內源性氧自由基產生的主要細胞器。全饑餓條件下，機體的外界能源物質供應中斷，線粒體內的能量代謝方式發生轉變，氧自由基過度產生，機體內環境平衡被打破，這是導致動物機體死亡的主因。本研究表示清楚，PQQ能夠保衛大型溞免受饑餓脅迫損傷，表現為饑餓溞體的存活時間明顯延長，LT50值升高以及日平均死亡個體數的降低。華而不實，以0.5mmol/L濃度的PQQ作用效果最為明顯。PQQ與線粒體之間的關系已經有過很多研究，并已成為PQQ生物學功能機理研究的熱門之一。PQQ能夠保衛線粒體免受氧化損傷，調節線粒體的質量和功能，逆轉線粒體復合體Ⅰ抑制劑二亞苯基碘DPI的抑制作用等等。線粒體的生物發生是由過氧化物酶體增殖活化受體共激活因子－1(