四指马鲅(Eleutheronema tetradactylum)隶属于鲻形目(Mugiliformes)、马鲅亚目(Polynemoidei)、马鲅科(Polynemidae)、四指马鲅属(Eleutheronema),俗称马友鱼[1],主要分布在印度、印度尼西亚、菲律宾、澳洲西部、日本以及中国沿海,在中国主要分布于台湾、福建、广东和海南等地区[2⇓⇓-5]。四指马鲅脂肪含量较高,肉质鲜美口感细腻,是中国沿海地区名贵的鱼类之一。近年来,其人工繁育技术已经被突破,并在广东、广西、福建、海南、浙江等沿海地区被推广养殖,现已发展成为水产养殖的新品种[6],具有极高的经济价值和发展前景。迄今为止,有关学者已对四指马鲅的胚胎发育[7]、盐度耐受性[8]、消化道结构和功能细胞的发育等[9]进行了系统研究。
温度不仅会影响鱼类的生长发育,还会影响其代谢率以及生理活动[10-11] 。温度决定了机体内各种酶的活性,对其新陈代谢起决定性作用,有研究结果显示,在适宜的温度范围内,鱼类的新陈代谢与其生存环境温度之间呈正相关;若温度超出适宜范围,则会影响鱼类体内的代谢和抗氧化,减弱体内消除自由基的能力,造成鱼类机体损伤[11-12]。鱼类作为一类水生生物,属于变温动物,相比于恒温动物,其呼吸频率与生理状态对水温的变化更为敏感,且生长受内源和外源两种因子的调控,内源因子与鱼类的生理状况和遗传有关,外源因子则包括食物、DO、盐度、光照以及pH等,其中DO被称为鱼类活动和生长的限制因子[13]。然而由于四指马鲅的鳃盖骨很小,鳃丝面积小且疏离,氧气交换能力较差,因此水体中的溶解氧(DO)等对其生存有着巨大的影响。
本文以四指马鲅幼鱼为研究对象,采用静水密闭呼吸室的方法进行DO胁迫,通过检测不同水温条件下的耗氧速率和窒息点,探讨其在不同温度(22、27、32 ℃)条件下的呼吸代谢特征及对低氧的耐受性,观察幼鱼在低氧环境中的行为特征变化,为其在不同水温条件下的健康养殖提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
四指马鲅幼鱼为本课题组在中国水产科学研究院南海水产研究所中山科技成果转化基地自繁自育,平均全长为(4.5±0.5)cm,平均体质量为(1.5±0.5)g。用水车运输至南海水产研究所实验室。试验前暂养7 d,玻璃鱼缸规格为60 cm×50 cm×45 cm,养殖用水pH 为6.8±0.1,盐度为4,经曝气处理后使用,暂养期间24 h连续充氧,每天换水1次,换水量1/2,每天08:00、18:00和22:00 进行饱食投喂。暂养期间,每天观察,记录幼鱼进食情况,试验前禁食1 d。
1.2 试验方法
采用静水密闭测定方法,使用圆柱玻璃瓶作为呼吸室,采用水浴法使呼吸室内水温保持稳定,试验前将玻璃瓶固定在调好温度的水槽中。随机选取体质健康、体表无损伤的幼鱼进行试验,共设置22、27、32 ℃ 三个温度组和一个空白组(充氧条件保持不变),其中22 ℃ 组为正常培育水温,27、32 ℃ 两组在22 ℃基础上每2天升温2 ℃(使用加热棒进行加热),逐渐升至设定温度后,让幼鱼适应2 d。每组设置3个平行,每个平行选取6尾幼鱼(试验幼鱼不重复使用)转移至10 L(装有5 L养殖水)的圆柱玻璃瓶中,并让其适应30 min。试验开始前,对呼吸室内的水体进行充气处理,插入导管(虹吸)以抽取水样200 mL,测定DO含量,随后用液体石蜡密封(厚度3.0 cm),防止空气进入水中。空白组与试验组使用相同设施进行同步试验,且充氧条件不变,水体不密封。
试验开始后,使用Multi3630 IDS便携式多参数水质分析仪(使用前采用GB/T 7489—1987碘量法校正),每隔10 min 测量圆柱玻璃瓶中水体的DO含量。试验过程中,实时监测呼吸室内水体的水温变化,观察记录幼鱼的状态,并记录呼吸室内所有幼鱼的死亡时间(死亡判别标准:当幼鱼静卧水底,鳃盖保持不动时,视为幼鱼死亡)。期间测定第一尾死亡、半数死亡和全部死亡时水体的DO含量,当呼吸室中全部幼鱼死亡时结束试验。
式(1)中:RO为耗氧率[mg/(g·h)];V为呼吸室的容积(L);ρn为第 n(n=1、2、3…)次测得的DO含量(mg/L);ρn+1为n相邻下一次测得的DO含量(mg/L);m为幼鱼的体质量(g);t为试验时间(h)。
窒息点的测定:当鱼类由于缺氧而处于昏迷状态并濒临死亡时,其水体DO含量即为窒息点。本试验在50%的试验幼鱼侧卧水底、无法保持平衡游动、鳃盖不再张开和闭合时所测得的DO含量为窒息点。
表1 四指马鲅幼鱼试验中缺氧阶段分期
Tab.1
| 阶段分期Staging | 特征Characteristics |
|---|---|
| 适宜阶段 Suitable stage | 试验开始至第1尾幼鱼出现浮头、开始躁动的时间段 |
| 窒息阶段 Suffocation stage | 第1尾幼鱼躁动后到第一尾幼鱼死亡的时间段 |
| 死亡阶段 Deathstage | 试验中第1尾幼鱼死亡到全部死亡的时间段 |
1.3 数据处理
利用 Excel和 SPSS 26.0软件对试验数据进行统计学分析,所有试验数据以“平均值±标准差(
2 结果与分析
2.1 各试验组DO的变化情况
本研究中,将四指马鲅幼鱼放入玻璃瓶试验容器中适应一段时间后,再测量DO,结果显示各温度组(22、27、32 ℃)起始DO质量浓度分别为6.25、5.93、5.49 mg/L。水体DO质量浓度随温度升高而降低,22、27、32 ℃不同温度组的试验耗时分别为374、206、130 min。试验结束时,水体中DO质量浓度分别为1.19、1.42、1.64 mg/L。在不同温度条件下,温度越高,幼鱼全部死亡的时间越短。22 ℃ 试验组前50 min DO含量变化较快,相邻观测时间点呈显著性差异(P<0.05),50 min后DO含量变化减慢,相邻观测时间点浓度差异不显著(P>0.05);27 ℃ 试验组130 min前DO含量变化差异明显,130 min后不显著(P>0.05);32 ℃ 各时间点DO含量变化均差异明显(图1)。
图1
图1
各组溶解氧含量变化
注:不同字母表示同一温度不同时间的DO含量差异性显著(P<0.05)。
Fig.1
The change of dissolved oxygen content in each group
Notes: Different letters indicated significant differences in dissolved oxygen content in the same temperature but with different time (P<0.05).
2.2 不同温度下四指马鲅幼鱼耗氧率变化
3个温度组(22、27、32 ℃)幼鱼分别在309、172、109 min后开始出现死亡,该时间点为进入死亡阶段节点。各温度组中,试验鱼耗氧率随试验时长的延长呈下降趋势,随温度升高,其耗氧率下降速度加快,幼鱼全部死亡时间更短,耗氧率从试验之初的1.418、2.346、4.243 mg/(g·h) 降低到0.4~0.5 mg/(g·h) 时,幼鱼全部死亡。在临近窒息点前偶有出现波动,但3种温度组各相邻观测时间点耗氧率差异不显著(P>0.05),如图2所示。
图2
图2
各温度组耗氧率的变化
Fig.2
Change of oxygen consumption rate in each temperature group
四指马鲅幼鱼缺氧特征:22 ℃时0~176 min为适宜阶段,176~309 min为窒息阶段,309~374 min为死亡阶段;27 ℃时0~131 min为适宜阶段,131~172 min为窒息阶段,172~206 min为死亡阶段;32 ℃时0~52 min为适宜阶段,52~109 min为窒息阶段,109~137 min为死亡阶段。不同阶段的耗氧率变化如表2所示,不同温度条件下3个阶段的耗氧速率均有降低的趋势,22 ℃和32 ℃组3个阶段之间均差异显著(P<0.05),在27 ℃条件下,相邻2个观测时间点无显著性差异(P>0.05),而非相邻2个观测时间点有显著性差异(P<0.05);各温度组适宜阶段和窒息阶段耗氧率随温度的升高而增加,且各组之间存在显著差异(P<0.05),在死亡阶段22 ℃和27 ℃差异显著(P<0.05),其余组间差异不显著(P>0.05)。
表 2 幼鱼各温度组不同阶段的耗氧率
Tab.2
| 阶段Stages | 耗氧率/[mg/(g·h)] Oxygen consumption rate | ||
|---|---|---|---|
| 22 ℃ | 27 ℃ | 32 ℃ | |
| 适宜Suitable | 0.620±0.440aA | 1.001±0.636aB | 1.755±0.338aC |
| 窒息Suffocation | 0.436±0.275bA | 0.699±0.734abB | 0.768±0.380bBC |
| 死亡Death | 0.349±0.142bcA | 0.478±0.148bcB | 0.375±0.142cAB |
注:a、b、c 表示相同温度不同阶段差异性显著(P<0.05);A、B、C表示不同温度同一阶段差异性显著(P<0.05)。
Notes: a、b and c indicated significant differences in the same temperature but with different stages(P<0.05);A、B and C indicated that different temperatures had significant differences in the same stage(P<0.05).
2.3 不同温度下四指马鲅幼鱼的窒息点和行为响应
试验初始时,幼鱼状态正常,无任何应激反应和特殊行为。随着试验时间的延长,呼吸室内DO含量逐渐降低,幼鱼开始出现上下乱窜、焦躁不安、偶尔跃出水面等现象,此时22、27、32 ℃温度组的DO含量分别为2.53、2.90、3.10 mg/L。随着试验持续进行,幼鱼跃出水面的频次增加,鳃盖振动幅度随之增加;之后静卧于水底、咧鳃、抽搐,然后窒息死亡。当呼吸室内试验幼鱼半数死亡时,水体中DO含量即为四指马鲅幼鱼窒息点。22 ℃窒息点为1.39 mg/L;27 ℃窒息点为1.54 mg/L;32 ℃窒息点为1.76 mg/L,结果显示四指马鲅幼鱼的窒息点随着水体温度的上升而升高,各组之间呈显著性差异(P<0.05)。
幼鱼开始死亡到全部死亡的DO含量变化如下:22 ℃由1.47 mg/L降至1.19 mg/L,下降了0.28 mg/L;27 ℃试验组由1.81 mg/L下降至1.42 mg/L,下降了0.39 mg/L;32 ℃试验组由1.93 mg/L下降至1.64 mg/L,下降了0.29 mg/L(表3)。
表 3 不同水温下四指马鲅幼鱼的窒息点、不适溶解氧含量和死亡溶解氧含量
Tab.3
| 水温/℃ Water temperature | 体质量/g Body mass | 窒息点/(mg/L) Suffocation point | 不适溶解氧含量/ (mg/L) Discomfort DO content | 死亡溶解氧含量/(mg/L) Content of dead dissolved oxygen | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 开始死亡 Beginning to die | 半数死亡 Half deadth | 全部死亡 All deadth | ||||
| 22 | 1.20±0.14a | 1.39±0.10a | 2.53±0.55a | 1.47±0.66a | 1.39±0.10a | 1.19±0.25a |
| 27 | 1.18±0.19b | 1.54±0.12b | 2.91±0.03b | 1.81±0.36b | 1.54±0.12b | 1.42±0.40b |
| 32 | 1.20±0.14c | 1.76±0.55c | 3.12±0.61c | 1.93±0.30c | 1.76±0.55c | 1.64±0.55c |
3 讨论
3.1 水温及水体DO对四指马鲅幼鱼耗氧的影响
水温变化的影响主要表现在养殖动物呼吸频率和新陈代谢的改变等方面。在适温范围内,水温升高,呼吸频率增快,代谢作用增强,耗氧量增大;若超出适温范围,温度的迅速变化则会导致新陈代谢速度的改变,渗透压调节和免疫系统功能低下等问题,甚至会导致水生动物体内各种酶的失活,从而引起鱼类的死亡[15⇓-17]。研究表明:养殖水体中的饱和DO含量随着水温的上升而降低[18],这与本研究中22、27、32 ℃三个温度条件下,水温与水体中起始DO含量呈负相关一致。本试验开始前,幼鱼在水温较高的水体中充氧适应时,幼鱼游动速度更快,对氧的需求更高,因此导致试验初始时水中DO含量较低(四指马鲅幼鱼极易因操作而产生应激,可能会影响后续数值的准确性,需要先适应再测定相关数值),表明四指马鲅幼鱼的耐低氧能力随温度的升高而减弱。当水体温度为22 ℃时,试验进行50 min后水体DO含量变化幅度减小;27 ℃时封闭130 min后DO含量变化趋于平缓;32 ℃条件下各时间点的DO含量变化均差异明显。
3.2 水温对四指马鲅幼鱼行为、耗氧率及窒息点的影响
3.2.1 水温对四指马鲅幼鱼行为及耗氧率的影响
本试验开始阶段,幼鱼耗氧率在不同水温条件下均出现一定的起伏,整体上表现出缓慢下降的趋势,但各时间点耗氧率的变化无明显差别,表明在此阶段水体DO含量能够满足幼鱼的正常耗氧需要,鱼体此时处于适宜阶段,暂未出现缺氧现象。对不同水温下幼鱼在适宜阶段的耗氧率进行比较,3组之间耗氧率差异显著(P<0.05),结果表明在这阶段内水温成为影响幼鱼耗氧率的主要因素。随着试验继续进行,呼吸室内水体DO含量下降,幼鱼开始出现应激,具体表现为:跃出水面及咧鳃等现象,表明此时水中DO含量过低,幼鱼出现应激胁迫状态,鱼体处于窒息阶段。随着试验时长的增加,呼吸室内DO含量降低,幼鱼的耗氧率也逐渐降低,表明四指马鲅幼鱼以减少基础耗氧率来维持其生命活动;窒息阶段时,各组四指马鲅幼鱼的耗氧率在3种水温条件下差异明显,表明在这阶段水温对幼鱼的耗氧仍有很大的影响(图2)。通过对四指马鲅幼鱼开始死亡时水体中的DO含量进行分析(表3),并结合各组DO含量变化(图1),3个温度组中幼鱼分别在309、172、109 min后开始出现死亡,该时间点为进入死亡阶段节点,表明水体DO含量过低会影响幼鱼正常的生命活动,并对鱼体造成严重损伤。在严重低氧情况下,幼鱼活力下降,导致耗氧量降低。在死亡阶段时,对3种水温下四指马鲅幼鱼的耗氧率进行比较,22 ℃组与27 ℃组之间差异显著(P<0.05),27 ℃ 组与32 ℃组之间差异不显著(P>0.05),表明此阶段温度和低氧共同影响幼鱼的耗氧率。在不同水温条件下,四指马鲅幼鱼在3个阶段的耗氧率呈逐渐下降趋势,且各阶段之间存在显著差异(P<0.05),结果表明3个阶段的四指马鲅幼鱼呼吸代谢速率存在明显差异(表2)。
3.2.2 水温对四指马鲅幼鱼行为及窒息点的影响
窒息点是衡量鱼类代谢水平的重要指标[19],在实际生产养殖和运输等操作过程中极具指导意义。本试验中,窒息点可直接反映四指马鲅幼鱼的耐低氧能力,研究结果表明温度越高,幼鱼的耐低氧能力越差,与大口黑鲈(Micropterus salmoides)[23-24]和锦鲤(Cyprinus carpio haematopterus)[25]的研究结果相似。各组四指马鲅幼鱼的窒息点在3种温度之间差异显著(P<0.05),表明水温变化对其窒息点产生明显的影响。在不同水温下,四指马鲅幼鱼出现不适DO含量和窒息点DO含量有一定的差值范围,分别为1.14、1.36、1.34 mg/L(图2)。因此,在养殖过程中要及时监测水体DO含量,预防因低氧引起的一系列疾病。与黄鳍鲷(Sparus latus Houttuyn)[26]相比,在相同水温22 ℃条件下,四指马鲅的耗氧率与窒息点均高于黄鳍鲷;与其他海水鱼的耗氧率与窒息点相比较(表4),其与同属鲻形目的鲻(Mugil cephalus)耗氧率相似[27],但窒息点较高。本研究发现四指马鲅幼鱼耗氧率均高于其他海水鱼类,表明四指马鲅幼鱼对低氧的耐受性较差,对水体DO含量要求较高。
3.3 不同鱼类窒息点和耗氧率的比较
表4 不同海水鱼类耗氧率和窒息点对比
Tab.4
| 种类Types | 体质量/g Body mass | 温度/℃ Temperature | 窒息点/(mg/L) Asphyxiation point | 耗氧率/[mg/(g·h)] Oxygen consumption rate | 参考文献 References |
|---|---|---|---|---|---|
| 四指马鲅E.tetradactylum | 1.19±0.16 | 22 | 1.39±0.10 | 0.62±0.44 | 本研究 |
| 黄鳍鲷S.latus Houttuyn | 0.67 | 22.8 | 0.92 | 0.43 | 李加儿等[26] |
| 鲻M.cephalus | 1.05±0.08 | 25 | 0.59±0.01 | 0.63±0.10 | 李加儿等[27] |
| 花鲈Lateolabrax maculatus | 1.60±0.30 | 27 | 0.78±0.05 | 0.57±0.02 | 崔宽宽等[28] |
| 大泷六线鱼Hexagrammos otakii | 1.22±0.31 | 24 | 1.71±0.09 | 0.37±0.06 | 于燕光等[29] |
| 金钱鱼Scatophagus argus | 8.84±0.32 | 35 | 1.68 | 0.46 | 蒋飞等[30] |
| 秀丽高原鳅Triplophysa venusta | 4.70±0.20 | 16 | 0.98 | 0.21 | 王志飞等[31] |
| 赤点石斑鱼Epinephelus akaara | 7.82 | 25 | 0.73 | 0.60 | 杨婧曦等[15] |
4 结论
综上所述,四指马鲅幼鱼在不同水温和DO含量下的耗氧率和窒息点的变化规律如下:四指马鲅幼鱼的耗氧能力随着水温上升而升高,但随着DO含量的下降而降低;四指马鲅幼鱼的耗氧率较高,对氧的需求较大,且低氧耐受能力较差。22 ℃窒息点为1.39 mg/L,27 ℃窒息点为1.54 mg/L,32 ℃ 窒息点为1.76 mg/L。本文研究的四指马鲅幼鱼在不同水温下的耗氧率规律以及窒息点的变化,可为四指马鲅健康养殖、合理生产以及苗种运输提供参考。
参考文献
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Determining oxygen consumption rate and asphyxiation point in Chanodichthys mongolicus using an improved respirometer chamber
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The mechanism of low-temperature tolerance in fish
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In this chapter, we cover the life history of fish in low-temperature environments, including their overwintering behavior and the physiological mechanisms by which they maintain life in cold environments, based on research to date. There is relatively little research on low-temperature tolerance of fish, compared with research on this phenomenon in mammals and birds, which are also vertebrates, and the mechanisms in fish have not been fully elucidated. First, we cover the life history of fish that overwinter by entering dormancy or hibernation. Next, we describe the mechanism that controls body temperature in fish that survive low-temperature environments. Finally, we introduce the physiological mechanisms for survival in extremely low-temperature environments, particularly antifreeze proteins.
Metabolic responses to low temperature in fish muscle
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氨氮、温度和体重对大口黑鲈(Micropterus salmoides)幼鱼耗氧率和窒息点的影响
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急性低氧胁迫对四指马鲅幼鱼鳃和肝组织损伤的影响
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表1
图1
