甲壳动物昼夜节律研究与应用

本书从时间生物学与昼夜节律的基础概念出发，由浅入深地探讨了甲壳动物昼夜节律的特征和分子机制，以及它对甲壳动物行为、代谢、免疫等方面的影响。通过对甲壳动物昼夜节律的系统解析，读者能够全面了解此类生物昼夜节律的基本原理，并能深入探讨其在生物学、养殖等领域的重要影响。本书适合作为水产养殖学和水生生物学等专业师生学习用书，也可供从事水产养殖和动物生产的科技工作者和养殖户参考。

探索生物的昼夜节律是一项充满魅力和激动人心的课题。这一领域涵盖了生物学、生物医学、生态学以及行为学等多个学科的交叉领域，引人入胜，令人着迷。许多研究已经致力于研究这些生物体表现出的不同类型的节律。尽管关于这个主题已有大量文献，但很少有关于水生生物的文献。
本书系统总结了甲壳动物昼夜节律研究的现状和进展，梳理甲壳动物昼夜节律的特征、分子机制以及其对行为、代谢、免疫等方面的影响的同时，探索其在生态系统和经济应用中的重要性，并将现代组学技术引入研究，旨在为研究人员和养殖业者提供关于甲壳动物昼夜节律研究的全面解读，并为昼夜节律管理在虾蟹养殖业中的实际应用提供前沿技术支持和指导。
本书共分为八章，第一章重点介绍了时间生物学与昼夜节律的基础知识。第二至第五章主要围绕甲壳动物的昼夜节律特征展开，包括昼夜节律对甲壳动物行为、代谢和免疫等方面的影响。第六章则重点探讨了昼夜节律与肠道微生物的关系，揭示了其对甲壳动物肠道微生物群落结构、功能以及生态意义的影响。第七章介绍了现代组学技术在甲壳动物昼夜节律研究中的应用，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和微生物组学等方面，以及如何有效设计昼夜节律实验和未来发展趋势。第八章着重探讨了昼夜节律在虾蟹养殖中的应用，涵盖了其在生长管理、成本管理、自动化智能化以及捕捞方面的多重应用及潜在益处，并展望了未来的研究和应用方向。
在本书的撰写过程中，沈阳农业大学研究生韩志斌、佘秋新、于畅越、张宝莉、徐英凯，以及大连海洋大学研究生张恒参与了甲壳动物的昼夜节律研究，他们的辛勤工作积累了大量宝贵的数据，为本书提供了坚实的基础。在此，衷心感谢他们对甲壳动物昼夜节律研究所做出的重要贡献。此外，作者研究团队的博士研究生胡男、硕士研究生梁书东、徐伟彬、李馨、赵鑫淼、金佳馨、李力松、张芷源、王斯邈、魏廷育、黄紫薇、胡雪晴、柴裕乔、曲多加、付春燕、张明超、张芷阁、王美璋等也为本书的完成做出了重要贡献，在此一并感谢。
由于作者水平有限，书中如有错误和疏漏之处，敬请各位专家和读者同仁批评指正！

李应东
2024年4月于沈阳

第一章 时间生物学与昼夜节律1
第一节 时间生物学的研究历史1
一、人类早期文化中对时间和生物节律的观察 1
二、时间生物学研究的启蒙 2
第二节 时间生物学和生物节律研究的扩展与深化 3
一、早期阶段（1900-1940 年） 3
二、中期阶段（1950-1970 年） 4
三、后期阶段（1980-2000 年） 5
第三节 时间生物学和节律的基础概念 6
一、时间生物学 6
二、生物节律 6
三、昼夜节律 6
四、季节节律 7
五、生物钟 7
六、时间失调 7
七、昼夜节律同步化 7
第四节 昼夜节律的基本特征及对生物的影响 8
一、昼夜节律的基本特征 8
二、昼夜节律对生物的影响 10
第五节 昼夜节律的分子机制 11
一、基因和蛋白质的周期性表达 12
二、正、负反馈回路 13
三、生物钟的组织和细胞分布 13

第二章 甲壳动物的昼夜节律特征15
第一节 甲壳动物的地位与重要性15
一、甲壳动物的起源 15
二、甲壳动物的多样性 16
三、甲壳动物分类学的研究现状 17
四、甲壳动物的生态意义 18
五、甲壳动物的经济意义 19
第二节 甲壳动物的昼夜节律现象 20
一、昼夜节律对体内激素的影响 21
二、昼夜节律对运动模式的影响 22
三、昼夜节律对体色变化的影响 23
第三节 甲壳动物昼夜节律的细胞基础 23
一、激素的调节作用 24
二、感光细胞和视觉系统 27
第四节 甲壳动物昼夜节律的分子基础 28
一、时钟基因的起源 28
二、甲壳动物时钟基因的种类 30
第五节 研究展望 32

第三章 甲壳动物昼夜节律与行为34
第一节 昼夜节律与摄食行为34
一、内陆湖泊及河流 35
二、潮间带环境 35
三、深海环境 37
四、养殖环境 39
五、其他环境因素 40
第二节 昼夜节律与运动行为 41
一、潮汐 42
二、外源光照 42
三、发育阶段 43
第三节 昼夜节律与繁殖行为 43
一、地理纬度和温度对繁殖节律的影响 44
二、水体深度对繁殖节律的影响 44
三、繁殖节律与生殖迁徙 45
四、产卵（排幼）节律 46

第四章 甲壳动物昼夜节律与代谢48
第一节 昼夜节律与碳水化合物代谢49
一、碳水化合物活性酶 49
二、碳水化合物代谢激素 51
第二节 昼夜节律与蛋白质代谢 53
一、昼夜节律对甲壳动物蛋白质合成的影响 54
二、昼夜节律对甲壳动物蛋白质代谢的影响 55
第三节 昼夜节律与脂类代谢 56
一、昼夜节律对甲壳动物胆固醇水平的影响 56
二、昼夜节律对甲壳动物脂质代谢和运输的影响 57
三、昼夜节律对甲壳动物脂质合成的影响 58

第五章 甲壳动物昼夜节律与免疫60
第一节 昼夜节律与甲壳动物病原的关系62
第二节 昼夜节律对甲壳动物细胞免疫的影响 64
一、血细胞 64
二、造血组织 66
第三节 昼夜节律对甲壳动物体液免疫的影响 66
第四节 昼夜节律对甲壳动物免疫系统的分子调控机制 74
一、时钟基因的间接调控作用 74
二、褪黑激素的直接免疫作用 75
三、昼夜节律与环境因素相互作用对免疫的影响 77

第六章 甲壳动物昼夜节律与肠道微生物78
第一节 甲壳动物肠道微生物群落的特征78
一、甲壳动物肠道微生物群落的组成 78
二、甲壳动物肠道微生物的功能 80
三、甲壳动物肠道微生物群落的动态变化 80
第二节 昼夜节律对甲壳动物肠道微生物的影响 81
一、昼夜节律对肠道微生物群落结构的影响 81
二、昼夜节律对肠道微生物代谢活动的影响 86
三、昼夜节律对肠道免疫的影响 88
第三节 昼夜节律调节下的肠道微生物功能 90
第四节 昼夜节律与肠道微生物相互作用的生态意义 94
一、昼夜节律、肠道微生物与宿主适应性 95
二、昼夜节律、肠道微生物与生态系统功能 96

第七章 现代组学技术在甲壳动物昼夜节律研究中的应用98
第一节 现代组学技术概述98
一、基因组学 98
二、转录组学 99
三、蛋白质组学 100
四、代谢组学 100
五、微生物组学 101
第二节 现代组学技术对昼夜节律研究的影响 101
第三节 组学技术在甲壳动物昼夜节律研究中的应用现状 102
一、转录组学在甲壳动物昼夜节律研究中的应用 103
二、蛋白质组学在甲壳动物昼夜节律研究中的应用 118
三、代谢组学在甲壳动物昼夜节律研究中的应用 118
四、微生物组学在甲壳动物昼夜节律研究中的应用 122
第四节 如何有效应用现代组学技术设计昼夜节律实验 122
一、实验设计 122
二、数据统计 126
三、数据的统计方法 127
四、合成数据用于基准测试 130
五、组学数据的分享 131
第五节 昼夜节律研究的未来发展 131
一、跨学科研究的重要性 131
二、潜在的临床和应用价值 135
三、技术的不断创新与发展 135

第八章 昼夜节律在虾蟹养殖中的应用137
第一节 昼夜节律在虾蟹生长管理中的应用138
一、养殖虾蟹类对昼夜节律的自然生理需求 138
二、昼夜节律研究对养殖虾蟹生长的调控 138
三、昼夜节律研究对养殖虾蟹繁殖和幼体发育调控 139
四、昼夜节律研究对养殖虾蟹疫病防控的影响 141
第二节 昼夜节律在虾蟹养殖成本管理中的应用 143
第三节 昼夜节律在虾蟹养殖自动化和智能化中的应用 144
第四节 昼夜节律研究对虾蟹养殖捕捞的应用 147
一、昼夜节律对捕捞的影响 147
二、昼夜节律对捕捞策略优化 147
第五节 昼夜节律在虾蟹养殖中应用前景 148
一、昼夜节律在虾蟹养殖中的多重应用 148
二、昼夜节律管理对虾蟹养殖业的潜在益处 148
三、未来研究和应用的方向 149

参考文献150