翹嘴鱖胚胎發(fā)育期間酸性和堿性磷酸酶活性的變化

鄒立軍　莊遠(yuǎn)紅　龔婧　吉璐　黃美玲

摘要：酸性磷酸酶和堿性磷酸酶作為一種磷酸單酯水解酶，在蛋白（酶）的去磷酸化過程中起著非常重要的作用，研究發(fā)現(xiàn)磷酸酶是動(dòng)物發(fā)育過程中物質(zhì)代謝的重要調(diào)控酶。采用磷酸苯二鈉比色法檢測(cè)翹嘴鱖（Siniperca chuatsi）胚胎發(fā)育期間酸性磷酸酶和堿性磷酸酶的活性變化。結(jié)果顯示，胚胎受精后進(jìn)行細(xì)胞分裂時(shí)的酸性和堿性磷酸酶活性較低，分別為（0.436±0.051） U/g和（0.061±0.009） U/g，發(fā)育至囊胚期時(shí)酶活性均有微量下降；而從原腸胚時(shí)期開始，酸性和堿性磷酸酶的活性隨胚胎發(fā)育的進(jìn)行呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在出膜時(shí)期達(dá)到最高，分別為（1.076±0.063） U/g和（0.335±0.021） U/g，酶活性顯著增強(qiáng)（P<0.05）。這一結(jié)果表明，翹嘴鱖胚胎在原腸胚期合成了磷酸酶，且磷酸酶在胚胎發(fā)育期間的細(xì)胞增殖、信號(hào)傳導(dǎo)和物質(zhì)代謝等方面可能發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：翹嘴鱖；胚胎發(fā)育；酸性磷酸酶；堿性磷酸酶

中圖分類號(hào)： S917 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0287-03

酸性磷酸酶（acid phosphatase，ACP）和堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，AKP）廣泛存在于動(dòng)物各種組織，是非特異性的磷酸單酯水解酶。它們分別在酸性和堿性條件下起催化作用，直接參與磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移與代謝，有眾多的催化底物和復(fù)雜的生理學(xué)功能[1]。其活性與生命活動(dòng)密切相關(guān)，在蛋白（酶）的去磷酸化、調(diào)節(jié)跨膜運(yùn)輸及生物體內(nèi)DNA、蛋白質(zhì)和脂類等物質(zhì)代謝中起著重要作用[2，3]。

胚胎期是魚類整個(gè)生活史中的一個(gè)重要時(shí)期，這個(gè)時(shí)期內(nèi)魚類依賴其母體提供的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)存活，出膜以后則實(shí)現(xiàn)了其形態(tài)、代謝和生理上的巨大變化，而作為物質(zhì)代謝過程中的重要調(diào)控酶，ACP和AKP在魚類的生長(zhǎng)和發(fā)育過程中發(fā)揮了重要作用。迄今為止，關(guān)于水生生物發(fā)育過程中磷酸酶的活性變化及表達(dá)模式等已開展了相關(guān)研究[4-7]，而有關(guān)翹嘴鱖（Siniperca chuatsi）胚胎發(fā)育過程中磷酸酶活性變化的研究還未見報(bào)道。本研究采用磷酸苯二鈉比色法對(duì)翹嘴鱖胚胎發(fā)育期間ACP和AKP活性變化進(jìn)行了定量研究，以期闡明這2種酶在翹嘴鱖發(fā)育早期的活性變化規(guī)律，進(jìn)一步掌握翹嘴鱖胚胎發(fā)育過程中生理生化的動(dòng)態(tài)變化，為翹嘴鱖的生物學(xué)研究積累原始數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

考馬斯亮藍(lán)G-250、牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）、檸檬酸緩沖液、磷酸苯二鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、4-氨基安替吡林、鐵氰化鉀、硼酸等試劑購(gòu)于湖南匯虹生物公司。

1.2 主要設(shè)備

Nikon Eclipse E200生物顯微鏡，購(gòu)于日本尼康公司；Biophotometer 核酸蛋白測(cè)定儀和Centrifuge 5904離心機(jī)，購(gòu)于德國(guó)Eppendorf公司；臺(tái)式pH計(jì)，購(gòu)于上海精科公司；島津UV2401型紫外可見光分光光度計(jì)，購(gòu)于日本島津公司。

1.3 試驗(yàn)材料

用于繁殖的性成熟親魚健康無傷，來自湖南省益陽市水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)。人工授精后，獲取翹嘴鱖受精卵，隨機(jī)分組，每組大約500粒，置于含曝氣水的培養(yǎng)皿中。每組設(shè)3個(gè)平行，試驗(yàn)期間水溫控制在（20±2） ℃，靜水孵化，換水1次/h以保證溶氧充足。胚胎各發(fā)育階段劃分參照劉筠的胚胎發(fā)育觀察方法[8]，即所有魚卵必須半數(shù)以上達(dá)到某個(gè)時(shí)期才能確定為到達(dá)該時(shí)期。胚胎發(fā)育過程中，及時(shí)清除未受精卵和異常胚胎。對(duì)受精卵、桑椹胚期、囊胚期、原腸胚期、神經(jīng)胚期、視泡出現(xiàn)期、肌肉效應(yīng)期、心跳期、耳石出現(xiàn)期、出膜前期、出膜期共11個(gè)發(fā)育時(shí)期分別取樣。

1.4 樣品制備

每組分別取受精卵120粒，用濾紙吸干水分，在電子天平上稱質(zhì)量后置于干燥的離心管中，貯存于-80 ℃冰箱備用。制樣時(shí)，按質(zhì)量體積比1 ∶ 4（g/mL）加入生理鹽水，冰浴勻漿；4 ℃ 12 000 r/min 離心10 min，取上清液，分裝儲(chǔ)存于冰箱-20 ℃保存待測(cè)，用于測(cè)定酶活性的樣本在4 ℃下存放不超過1 h。

1.5 勻漿粗提液蛋白定量

酶液中可溶性蛋白含量測(cè)定采用Bradford（考馬斯亮藍(lán)）方法[9]，樣本于595 nm下測(cè)定吸光度，以牛血清白蛋白（BSA）作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白。

1.6 ACP和AKP活性測(cè)定

ACP和AKP活性測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法[10]，510 nm 下測(cè)定吸光度。ACP和AKP活性測(cè)定緩沖液pH值分別為4.9和10。酶比活力單位的定義為：37 ℃下，反應(yīng)體系中1 mg/min蛋白酶產(chǎn)生1 μg酚所需的酶量作為1個(gè)酶活力單位（U）。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析（One-way ANOVA）檢驗(yàn)組間差異顯著性，以P

2 結(jié)果與分析

2.1 ACP活性變化

翹嘴鱖胚胎從受精卵發(fā)育至囊胚期，酶活性變化不顯著（P>0.05），其中受精卵時(shí)期的酶活性為（0.436±0.051） U/g（圖1）；原腸胚期ACP活性開始增強(qiáng)，發(fā)育至出膜前期的時(shí)候，酶活性明顯增強(qiáng)，數(shù)值為（0.931±0.030） U/g，與前面各發(fā)育時(shí)期相比差異顯著（P0.05）；繼續(xù)發(fā)育至出膜前期后ACP活性顯著性升高（P<0.05）；到出膜期，ACP活性已是受精卵時(shí)期酶活性的2.5倍。可見，翹嘴鱖胚胎從原腸胚發(fā)育開始ACP活性隨著發(fā)育的進(jìn)行而升高。

2.2 AKP活性變化

在受精卵階段AKP活性較低，僅為（0.061±0.009） U/g（圖2）；胚胎繼續(xù)發(fā)育至囊胚期，ACP維持一定活性且有微弱降低的趨勢(shì)，但酶活性變化不顯著（P>0.05），隨著胚胎的進(jìn)一步發(fā)育，AKP活性逐漸增高，原腸胚期AKP活性為（0.096±0.014） U/g，顯著高于前面各發(fā)育時(shí)期（P<0.05）；心跳期后AKP活性增加幅度更大。耳石出現(xiàn)期、出膜前期、出膜期的酶活性，與前面各發(fā)育時(shí)期相比，顯著提高（Pendprint

3 討論

3.1 翹嘴鱖胚胎發(fā)育期間ACP特性及活性變化

ACP定位于溶酶體和內(nèi)膜系統(tǒng)，在酸性條件下催化磷酸單脂水解，在代謝調(diào)節(jié)、能量轉(zhuǎn)化及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)上起重要作用，同時(shí)作為溶酶體標(biāo)志酶，參與生物大分子消化、凋亡或壞死細(xì)胞的清除，在免疫功能和維持細(xì)胞的正常代謝活動(dòng)方面發(fā)揮著重要作用[11-13]。本研究發(fā)現(xiàn)，翹嘴鱖受精卵分裂開始時(shí)ACP活性為（0.436±0.051） U/g，發(fā)育至囊胚期時(shí)為（0.425±0.021） U/g，呈現(xiàn)微量下降的現(xiàn)象，但活性變化不顯著（P>0.05），表明了受精卵在發(fā)育早期具有一定的ACP活性，但為受精卵中的母源性酶類，并非合子基因表達(dá)的產(chǎn)物；且胚胎早期細(xì)胞分裂對(duì)磷酸酶的需求無顯著變化。賈玉東等研究發(fā)現(xiàn)，大菱鲆（Scophthalmus maximus）繁殖期卵子中含有一定活性的ACP和AKP[14]，說明這2種酶來自母體，在胚胎發(fā)育過程中起重要作用。因此，受精卵中儲(chǔ)存的相關(guān)酶或mRNA對(duì)胚胎發(fā)育的啟動(dòng)具有重要作用，進(jìn)而為胚胎早期發(fā)育中細(xì)胞的快速增長(zhǎng)及遷移提供保障[15]。而翹嘴鱖胚胎發(fā)育到原腸期開始ACP活性為（0.502±0.031） U/g，與之前相比活性有了較大的提高，說明在原腸期合成了ACP，胚胎內(nèi)酶基因表達(dá)開始逐漸增強(qiáng)，合成水解酶，為胚胎的繼續(xù)發(fā)育提供了保證。朱俊華等研究甌江彩鯉（Diplodus sargus）早期發(fā)育過程中的ACP活性時(shí)，也發(fā)現(xiàn)出膜期的酶活性顯著增加[16]。王書平等研究金魚胚胎發(fā)育中ACP的變化也有類似發(fā)現(xiàn)[7]。在本研究過程中翹嘴鱖胚胎在出膜前期已有少量的胚胎孵出，而在出膜期幾乎所有胚胎均已孵出，這2個(gè)時(shí)期ACP活性分別為（0.931±0.030）U/g和（1.076±0.063）U/g，且酶活性顯著增強(qiáng)（P<0.05）。推測(cè)出膜以后的仔魚可能由于失去了卵膜的保護(hù)而直接與外界環(huán)境接觸，需要較高的ACP活性參與生理代謝調(diào)控和免疫防護(hù)有關(guān)，因此誘導(dǎo)了酸性酶活性大幅增加。

3.2 翹嘴鱖胚胎發(fā)育期間AKP特性及活性變化

AKP是一類膜結(jié)合蛋白，在堿性條件下催化磷酸基團(tuán)的移除，通過跨膜運(yùn)輸參與核酸、蛋白質(zhì)與脂類物質(zhì)代謝，從而調(diào)控細(xì)胞的增殖、凋亡和分化，在動(dòng)物的早期發(fā)育時(shí)期發(fā)揮重要作用[17-18]。本研究中，翹嘴鱖受精卵時(shí)期的AKP活性為（0.061±0.009） U/g，且活力處于一個(gè)較低的水平，隨著胚胎的發(fā)育，母源性mRNA的消耗，AKP在桑椹胚期與囊胚期酶的活性呈下降趨勢(shì)，但活性變化不顯著（P>0.05）。而發(fā)育至原腸胚期的酶活性為（0.096±0.014）U/g，較前面的發(fā)育時(shí)期有了顯著增強(qiáng)（P<0.05）；達(dá)到出膜期時(shí)，AKP活性達(dá)到最高，且酶活性顯著增加（P

魚類胚胎發(fā)育過程中ACP和AKP的作用較為復(fù)雜，其活性變化也受外源性激素、重金屬元素和溫度等多種因素影響，不同種間也存在一定的差異。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，翹嘴鱖胚胎從受精卵開始發(fā)育至囊胚期磷酸酶降至較低水平后，于原腸胚期有了較大的提高，說明在原腸胚期合成了磷酸酶，胚胎內(nèi)酶基因開始表達(dá)并合成水解酶，隨著胚胎的進(jìn)一步發(fā)育，磷酸酶活性顯著增強(qiáng)，這標(biāo)志著翹嘴鱖由胚胎期向仔魚期的轉(zhuǎn)變及生理機(jī)能的完善。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)受精卵時(shí)期的母源性ACP的活性要顯著高于AKP，因此推測(cè)ACP很可能參與了調(diào)控卵母細(xì)胞的成熟。這些工作為進(jìn)一步確定磷酸酶在魚類受精過程和胚胎發(fā)育中的功能提供了新的理論依據(jù)。

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