糖原在双壳贝类中的储存、转运和利用研究进展

梅丽敏，周成旭

( 宁波大学 食品与药学学院，浙江 宁波 315211 )

糖原是一种水溶性多糖，是由葡萄糖分子通过糖苷键聚合而成的高分子化合物[1]。糖原是动物肌肉及肝脏能量贮存的主要形式，糖原含量及其变化是动物性食品品质的重要指标。对水产养殖动物的研究显示，水产动物养殖过程、水产品储运、育肥方式、加工过程等，均对糖原的含量、储存、动用以及转运等产生影响，糖原含量是贝类水产品口感品质的重要指标[2-7]。其次，糖原的含量还可用于评估贝类生理状况[8-9]。糖原是贝类性腺成熟与配子发生的重要代谢基础物质，糖原代谢受到内部因素(生长和性成熟)和外部因素(食物的可获得性和其他环境因子)的影响[10-15]，其储备情况直接反映了贝类应对各种环境胁迫的能力。较低的糖原含量会导致机体抗逆性变差，是贝类死亡的主要诱因[16-17]。再次，贝类体内糖原的获得与累积过程主要受贝类的摄食过程所控制。双壳贝类是典型的滤食性生物，以多种微型生物或有机碎屑为食[18-19]，贝类生长环境中的天然食物来源与组成是影响双壳贝类养殖产量和品质的重要条件。因此，阐明糖原在贝类体内的生化过程及其机制的研究具有重要意义。

双壳贝类是我国重要的水产养殖对象，养殖产量和养殖面积均居于世界首位[20-21]。双壳类主要在自然水域或人工围塘中养殖，其生长受温度、盐度、水化学因子等多重环境条件影响。近几年，随着养殖规模的扩大和养殖区环境的恶化，贝类开始出现生长缓慢、死亡率增高、抗逆性下降等问题，严重影响了贝类养殖业的发展[22]。因此，总结梳理双壳贝类体内糖原的种类特征、代谢机理、发育功能及环境影响很有必要。笔者就糖原在双壳贝类中的储存、转运、利用等方面的研究成果和进展进行综述，以期为贝类养殖业的科学管理和健康可持续发展提供参考。

1 双壳贝类糖原的储存与转运

双壳贝类糖原存在于细胞质中，以细小的颗粒或囊泡的形式存在。对紫贻贝(Mytilusgalloprovincialis)和长牡蛎(Crassostreagigas)的研究显示，两者的糖原贮藏细胞有两种类型：脂肪颗粒细胞和囊状结缔组织细胞[23-25]。脂肪颗粒细胞只位于外套膜内，积累脂质和蛋白质，并含有少量的糖原；囊状结缔组织细胞则恰恰相反，含有大量的糖原，这些细胞既存在于外套膜中，也存在于唇瓣中。糖原会以短期的形式存在于脂肪颗粒细胞中，以长期的形式储存在囊状结缔组织细胞中，储存在脂肪颗粒和囊状结缔组织细胞中的糖原为生殖提供了大部分能量。

双壳贝类不同组织糖原的含量不同。糖原可分配到体内各组织中，导致不同物种以及同一物种不同品系之间的储存和动用存在差异。自然生长环境中，几种双壳贝类储存和动用糖原的主要组织器官及其变化特征见表1。Yurimoto[1]研究了Atrinalischkeana、毛蚶(Scapharcakagoshimensis)和菲律宾蛤仔(Ruditapesphilippinarum)中糖原主要的储存部位，结果显示，江珧闭壳肌是糖原主要储存部位，毛蚶和菲律宾蛤仔的足是糖原主要储存部位。Lee等[26]对栉江珧(A.pectinata)的研究也获得了一致的结果，闭壳肌糖原含量显著高于其他组织，是糖原的主要储存部位。闭壳肌也是舌骨牡蛎(Hyotissahyotis)的糖原主要储存部位[27]。De Zwaan等[28]发现，紫贻贝中不同组织均参与了糖原的储存，其中外套膜的糖原含量变化最大、鳃的变化最小，显示紫贻贝外套膜在糖原储存和动用过程中代谢最为活跃。朱怡静等[22]研究了不同品系的5种壳色长牡蛎其品系间及不同组织间的糖原分布和差异，发现各品系的性腺内脏团中糖原含量最高，表明性腺内脏团可能是长牡蛎储存糖原的主要部位。而各品系在闭壳肌、外套膜、鳃、性腺、内脏团等组织器官中糖原含量无显著差异，说明不同品系的糖原分布一致。并非所有贝类都显示具有特定高糖原含量的组织，衣蚶蜊(Glycymerisvestita)中未发现专门储存糖原的组织，所有的肌肉组织(闭壳肌、外套膜、足)都参与了糖原的储存与转运[29]。

表1 不同双壳贝类糖原的含量、主要储存组织及变化特征

双壳贝类各组织糖原的储存与转运，反映了其营养状况和周围环境条件影响下的能量动态，参与了各种生理代谢及生殖活动[30]。紫石房蛤(Saxidomuspurpuratus)性腺、足、外套膜、水管和闭壳肌都是糖原的储存器官，它们可以在性腺发育的不同阶段提供能量。紫石房蛤在配子发生之前，首先使用性腺、外套膜和足中的糖原，当糖原不足以支持配子发生时，还可利用储存在水管和闭壳肌中的糖原[31]。作为典型滤食性生物，双壳贝类消化腺中糖原的储存与营养物质的可获得性有关。秋季时，长牡蛎糖原主要储存在消化腺中，在冬季食物匮乏和气温急剧下降的条件下，糖原在产卵后期从消化腺转移到性腺和唇瓣中，导致消化腺糖原含量减少[32]。

2 繁殖过程中糖原的储存与利用

双壳贝类糖原的储存与利用与性腺发育阶段有关，糖原含量一般与性腺发育呈负相关。双壳贝类的繁殖周期分为两个部分：配子发生期(性成熟和产卵)和休止期[5,33]。在配子发生过程中，糖原既作为能量储备储存于特定组织，也作为生长的主要能量来源[34-36]。糖原含量在配子成熟和排放过程中呈现下降趋势[37-38]，在排放后期，配子会被周围的细胞重新吸收,导致糖原含量上升。而机体的生长又需要大量的能量，因此，糖原含量会再次下降[39]，种金豆等[40]对长牡蛎的研究结果显示了该特征。研究表明，长牡蛎体内存在糖原的储藏细胞，在性成熟期间，储藏细胞很少，新陈代谢需要动用糖原，导致这一时期的糖原水平非常低。相反，产卵后，虽然性腺小管的尺寸变小，但储存糖原的细胞数量众多，其储存容量变大，从而获得最佳的糖原储存功能[17,41]。另外长牡蛎在产卵期间和产卵后的低糖原含量可能导致其处于应激状态，导致此期贝类死亡率升高[42]。

糖原的含量变化还与双壳贝类繁殖期的脂类代谢密切相关。糖原可以转化为甘油三酯，而甘油三酯是卵母细胞中卵黄合成的重要结构物质，也是配子发育的主要能量来源[43-44]。牡蛎在配子发生期糖原含量的下降与卵黄发生过程中卵母细胞直径的增加显著相关，两者之间变化趋势呈负相关。衣蚶蜊肌肉组织中的糖原可能是卵黄发生和诱导卵黄蛋白及脂质合成的能量来源[29]。长牡蛎卵黄发生过程中的脂质生物合成与糖原分解有关[45]：性腺内脏团中的糖原含量与脂质浓度成反比，糖原含量最大的时期出现在12月至翌年2月，这时脂质的含量最低[46]。但是，阮飞腾等[47]研究发现，魁蚶(Scapharcabroughtoni)在配子发育过程中糖原和脂质含量均呈上升趋势，而在配子排放后均迅速下降，显示了在配子发生期糖原没有向脂质转化的趋势，这与Park等[48]对韩国沿岸毛蚶的相关研究结果一致。研究结果显示，不同物种其糖原和脂质代谢的相关关系具有种类特异性。

糖原磷酸化酶和糖原合成酶是糖原代谢关键酶，其表达水平与繁殖周期中糖原的储存和消耗有关[49]。在配子发生期，三倍体长牡蛎性腺发育受阻，生殖输出的能量代谢比例较低，其糖原含量显著高于二倍体牡蛎[50]。在此阶段，二倍体长牡蛎糖原含量的降低伴随着糖原磷酸化酶活性的下降，由于糖酵解酶附着于糖原颗粒上[51]，糖原水平的降低减少了糖酵解酶的结合位点，导致其糖原磷酸化酶活性总体上呈现下降。但是二倍体牡蛎产卵后，其活性并未随着糖原含量的增加而上升，其原因可能是由于此阶段糖原合成是主要的过程，糖原合成酶活性增加，糖原磷酸化酶活性受到抑制。配子发生过程中，二倍体牡蛎糖原合成酶活性无明显变化，说明此期糖原分解是主要过程，而非糖原合成。三倍体牡蛎在产卵期(7—8月)的糖原合成酶活性显著高于其他月份，这可能是三倍体牡蛎糖原含量较高的一种“补偿”机制，使其体现出糖原合成酶活性高、糖原含量高的特点[52]。其他糖代谢酶如章鱼碱脱氢酶和丙酮酸激酶在繁殖过程中也与糖原水平的变化密切相关[53]。冰岛栉孔扇贝(Chlamysislandica)在性腺成熟和产卵过程中，糖原水平显著下降，章鱼碱脱氢酶活性和糖原磷酸化酶活性与糖原同时降低, 而丙酮酸激酶活性无明显变化，说明不同的糖代谢酶类与糖原水平有不同的相关性[54]。

3 环境因子的影响

3.1 温度

温度影响机体新陈代谢速率，高温加快了双壳贝类的代谢率，使能量消耗增加；暴露在较低温度时，新陈代谢速率降低，能量消耗减少[55-60]。温度对双壳贝类糖原含量的影响研究在双壳贝类野外生长和食品品质研究时均有涉猎。耐受低温胁迫时，沼蛤(Limnopernafortunei)贝壳关闭，此时不再接触食物和水中氧气，新陈代谢活力降低，能耗减少，糖原消耗减少，其糖原水平可以在5 ℃低温时维持稳定[61]。冬季温度下降，菲律宾蛤仔体内的糖原会停止积累并开始分解，由糖原转换成海藻糖这种抗寒物质来防止组织被冻伤，糖原含量呈现下降趋势[62]。温度对糖原含量的影响，还与生殖发育相关。当菲律宾蛤仔处于高温环境中，性腺发育迅速，糖原被消耗；在低温情况下，性腺发育较慢，能量储备以糖原的形式积累[63]。贝类水产品保活保鲜中，糖原含量则呈现受温度与储存方式共同影响。海湾扇贝(Argopectenirradians)在低温无水保活时，由于未摄食，会分解体内糖原以满足能量需求，使糖原含量下降[64]。刘洋等[65]将鲜活的虾夷扇贝(Patinopectenyessoensis)置于冰箱(4 ℃)中进行干露贮藏，0～1 d，虾夷扇贝中闭壳肌的糖原含量显著下降，从第2天开始，由于代谢能力减弱，糖原含量变化趋势不显著。秦小明等[66]将文蛤(Meretrixmeretrix)分别置于5、10、15、20 ℃下进行无菌海水保活，5 d内糖原含量均急剧下降，但较高温度组(15、20 ℃)中，新陈代谢速率高，糖原含量较5、10 ℃下降速率快，且其存活率大大降低。

不同双壳贝类糖原含量的季节性变化存在差异。冬春季与夏秋季相比，杂色蛤(Ruditapesvariegata)、缢蛏(Sinonovaculaconstricta)、褶牡蛎(Ostreaplicatula)的新陈代谢速度降低，糖原消耗降低，其含量下降缓慢[67]。A.lischkeana在春季出现糖原峰值，秋季最低；毛蚶在冬春出现糖原峰值，夏秋最低；菲律宾蛤仔在春夏出现糖原峰值，秋冬最低：显示糖原代谢的季节变化具有种特异性[1]。紫贻贝中消化腺、肌肉、鳃、外套膜及其他组织中糖原变化趋势一致，均呈现春季和初夏糖原含量迅速增加，夏末(7—9月)出现小幅波动，而秋季和初冬(10月—翌年1月中旬)，糖原含量逐渐下降，于2—3月达最低水平[29]。

双壳贝类糖原含量受温度影响的部分试验研究结果见表2，总体而言，糖原含量受温度(或季节)影响，变化响应灵敏，是反映双壳贝类品质及代谢特征的一个重要指标。

表2 温度或季节影响下双壳贝类的糖原变化

3.2 盐度

盐度与双壳贝类渗透压调节密切相关，对其生长和能量代谢产生影响，盐度的变化同样会影响糖原含量的变化。佘智彩等[68]以盐度0、8、16、32、40 为胁迫盐度,以正常海水(盐度24)为对照，分析了盐度对香港巨牡蛎(C.hongkongensis)糖原变化的影响。结果表明，0～8 h，除盐度为8的试验组外,其余各组与对照组盐度值相差越大，其糖原含量下降的幅度越大。究其原因，可能是由于盐度的剧烈变化引起牡蛎应激反应，使其消耗糖原以抵抗外界环境的干扰，维持自身的渗透平衡。菲律宾蛤仔在不同盐度(0、7、14、21、28、35)下的渗透调节研究结果表明，渗透调节需要消耗大量的能量，蛤仔糖原含量呈现出随盐度的降低而降低的特点[69]。

生长在沿岸潮间带、河口的双壳贝类，易受到陆源径流带来的盐度变化冲击。不同区域不同年度降雨的多寡，也可能造成贝类养殖水域盐度差异。因此，研究盐度变化对不同双壳贝类糖原代谢(糖原含量)的影响，揭示其变化规律，可能对评价不同水域适养贝类类型及其品质具有参考价值。

3.3 污染物

环境因素的任何变化都会对贝类神经系统产生影响，进而导致生化过程的改变[70]。污染物会产生严重的物理刺激压力，导致快速运动和呼吸速率增加，从而增加了对储备糖原的消耗，导致糖原含量减少。随着环境污染日益严重，双壳贝类同样受到各种污染物的影响。双壳贝类Lamellidensmarginalis暴露于不同浓度镉96 h后，贝类大部分组织糖原含量减少。可能是由于贝类应激状态下迅速动用糖原，以葡萄糖的形式提供能量以满足机体的能量需求[71]。Kamble等[72]用有机氯农药硫丹处理不同季节Lamellidenscorrianus的性腺，结果表明，糖原含量均有不同程度的下降，且夏季贝类的糖原含量下降更为明显。

3.4 其他因子

糖原是许多双壳贝类在厌氧条件下的主要能量来源，双壳贝类的死亡与糖原含量的降低相关[73]。Uzaki等[74]检验了糖原含量作为反映菲律宾蛤仔暴露于低氧水域中生理状态指标的有效性，结果表明：在常氧条件下，死亡率没有明显上升，糖原含量也无明显下降；缺氧条件下，糖原含量急剧下降，死亡率明显上升。另外糖原的储存与利用和食物供应密切相关[75]，在食物匮乏的情况下，长牡蛎没有食物来源的能量收入，其能量代谢机制发生变化，动用自身储存的糖原为生命活动提供能量，导致在饥饿的情况下糖原含量迅速下降[76]。

4 存在问题及展望

我国贝类产业未来的发展方向主要集中在优化养殖结构、提升养殖产品品质以及新品种的选育。从这些发展方向来看糖原的研究，笔者认为主要集中在以下3个方面：

(1)以糖原为品种选育指标的分子机理研究。高糖原的贝类新品种选育不仅要关注其组织糖原水平，而且应关注糖原的分布及变化幅度。糖原作为一种直接受到摄食与运动调控的能量贮存物质，其贮存分布的种类特异性与其生理特征直接对应。随着糖原积累与代谢整体途径的揭示，阐明其所有代谢通路的基因型与生化表型的关联性是其中的关键问题。

(2)以糖原为产品品质指标的代谢特征研究。糖原在养殖和加工的全过程中，会出现糖原的异生反应，即由糖原降解为单糖及单糖进一步进入糖酵解、戊糖途径与脂类代谢路径，阐明糖原在这些路径过程中所呈现的主要物质结构与定量关系，将为糖原作为贝类优质水产品的品质指标提供更为全面的科学解释，并有可能在此基础上提出更有针对性的糖原保持技术。

(3)以糖原为指标优化贝类养殖水域的种类结构。贝类的糖原代谢及其相关的能量调控，不仅取决于生殖需求或温度、盐度等非生物环境因子的影响，而且与食物的供应密切相关。在升温、海水酸化等全球变化背景下，以及环境污染等区域性环境变化的影响下，养殖水体中微型藻类生物量、组成和结构等都发生了变化，从而造成了贝类食物可获得性、食物品质(营养、能量、有害物质)等的差异。但目前针对微藻种类、密度、组成结构等差异对贝类糖原影响的研究较为缺乏，而这些研究对综合解析贝类产量的历史变迁、品质变化的规律和机制具有重要指导价值。

从当前的研究状况来看，在水产养殖产业发展或生物监测中，使用糖原作为判别指标与诊断工具仍相对较少。主要原因是仅以糖原含量的相对差异和变化，尚不足以形成一个指导性的指标。因此，在针对不同物种进行大量研究的基础上，深入挖掘糖原代谢全过程及其生理学功能的生物学底层规律，利用糖原的灵敏响应、快速启用及组织转移等特征，从而有效建立一套高效灵敏的贝类品质评价体系，推动水产养殖业的科学健康发展。