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本文详细综述了刺参热生理生态学及青、红参比较研究进展,并通过一系列的实验研究了季节性变温和各种热胁迫对刺参的抗氧化酶和热休克蛋白70的影响。研究结果总结如下:1采用同工酶电泳方法,对在不同温度处理下刺参Apostichopus japonicus的乳酸脱氢酶(LDH)、酯酶(EST)和超氧化歧化酶(SOD)的表达情况进行分析。结果显示刺参所测组织内无LDH同工酶的表达。在10℃到20℃的温度突变处理中,12 h内EST和SOD均有新增酶带,在20℃到10℃的温度突变1 h内EST表达有新增酶带。3 h内SOD表达有新增酶带。在不同变温幅度的处理中,EST和SOD只有一条酶带。这表明,刺参对温度突变可产生积极的响应,对于其适应环境温度的变化具有重要意义。2 2005年7月至2006年6月(除越冬期),每月在胶南养殖池塘采集一次刺参样本,分析随着水温周期性变化,刺参体壁和肠中的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽-S转移酶活性和Hsp70的表达。结果显示,肠、体壁中CAT、体壁中的SOD和GST活性从夏季到秋季逐渐升高,在秋季(10月或11月)达到高峰,而在春季酶活性表达一般较低。夏眠结束后抗氧化防御显著上升,在秋季与春季,刺参对氧化胁迫的响应机制有显著不同。刺参体壁中Hsp70表达在秋季11月和初春3月具有较高水平;而肠中的Hsp70表达在8月高水温夏眠期达到高峰,与水温呈正相关性。刺参中的Hsp70表达具有明显的组织差异性。刺参的肠比体壁在遭受热胁迫时敏感度更高。而体壁中抗氧化酶的状态因为体壁参与呼吸而与氧化胁迫的联系较紧密。体壁中CAT和GST之间,SOD与Hsp之间存在着一定的相关性。3夏眠是刺参对于高温的适应,然而刺参夏眠的原因和其生理反应还未得到充分研究。本文设置不同温度处理,以期研究温度与刺参夏眠之间的关系。2个恒温组温度设置为16℃和26℃,分别为刺参最佳生长温度和其夏眠起始温度。实验前20天,升温组FA(线性)和FB(日波动曲线)中的水温逐渐从16℃升至26℃(FA处理组)。当外周水温达到26℃时,FA、FB中的刺参在26℃恒温中再饲养20天。在这40天的实验过程中跟踪测定刺参的体重、耗氧率、日摄食量、CAT、SOD和Hsp70表达。当温度从16℃逐渐升至26℃时,刺参体重逐渐降低,耗氧率升高,抗氧化酶活性和Hsp70水平增加。当温度维持在26℃时,刺参开始出现夏眠的特征,并且抗氧化酶活性和Hsp70水平下降。这一结果表明,夏眠可能是刺参在高温下减少产生ROS、变性蛋白、降低能量消耗的一种适应方式。4许多养殖户将稚参在深秋运到南方越冬,直到春季运回北方。本实验探索不同的热历史是否会让南方越冬刺参在北方有更强的耐热性。将刺参在22℃(WA)或12℃(CA)驯化30d,置于17℃共同驯化1周后,测定其致死温度。WA组和CA组刺参的亚致死温度同为31℃,致死温度分别为33℃和32℃,半数致死温度(TL50)分别为32.06℃(31.42-32.72℃)和31.5℃。将两组刺参在30℃热激2h后置于17℃恢复,测定Hsp70表达时序。两组刺参内脏团的Hsp70表达略有差异。在热休克实验中,WA和CA组的刺参分别在热激温度中处理2h后在17℃恢复2h,比较两组刺参Hsp70表达最高值的诱导温度。WA和CA组刺参体壁的Hsp70表达最高值分别出现在31℃和29℃。CA组刺参的内脏团Hsp70水平在29℃以后显著比WA组低。结果表明,即使生活在相同环境中,不同的热历史也能对刺参的耐热性产生显著影响,且热激处理后Hsp70表达模式不同,影响了对高温的抵抗。刺参内脏团可能比体壁对热的敏感性更高。5刺参根据体色可以分为红、绿、黑三种,红参与其它两种在夏眠和热耐受性上具有明显的差异。本实验通过测定红参和青参的热上限、诱导耐热性和热休克之后Hsp70水平来阐明它们之间热耐受的差异。结果显示红参(30.01-32.18℃)和青参(30.1-32.14℃)在半数致死温度上无显著差异,但是在预先经过亚致死温度30℃2h后,青参可以比红参获得更高的耐热性。从30℃的2h预热激中恢复72h后,再遭受2h的33℃热激,青参的存活率超过50%,红参的存活率小于5%。双因子方差分析表明,在30℃热激后的各个时间点,青参的Hsp70水平在转录和转录后水平上都显著高于红参,红参的hsp70 mRNA的稳定性也显著低于青参。本研究发现,同种的不同支系,虽然具有相似的耐热上限,但是经过预亚致死热激后可以获得不同的耐热性。红参、青参之间的诱导耐热性的差异与Hsp70不同的表达模式和hsp70 mRNA稳定性紧密相关。