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短期溫度脅迫對駝背鱸(♀)×鞍帶石斑魚(♂)雜交子代幼魚抗氧化及消化酶活性的影響*

2018-03-29 08:33李炎璐陳建國李文升馬文輝
漁業(yè)科學進展 2018年2期
關鍵詞:幼魚脂肪酶攝食

劉 玲 陳 超 ① 李炎璐 劉 莉 陳建國 李文升 馬文輝

(1. 上海海洋大學水產與生命學院 上海 201306;2. 農業(yè)部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點實驗室中國水產科學研究院黃海水產研究所 青島市海水魚類種子工程與生物技術重點實驗室 青島 266071;3. 萊州明波水產有限公司 萊州 261418)

鼠龍斑是駝背鱸(Cromileptes altivelis Valenciennes♀)與鞍帶石斑魚(Epinephelus lanceolatus♂)的雜交品種。駝背鱸又稱老鼠斑,分布于印太海域印度尼西亞至東澳大利亞海域,幼年時色彩靚麗,可作為觀賞魚,成年后味道鮮美,為高級食用魚(區(qū)又君等, 1999)。鞍帶石斑魚(E. lanceolatus),俗名龍躉、龍膽石斑,是石斑魚類中體型最大者,故也被稱為“斑王”,是一種重要的經濟魚類,具有較高的食用和營養(yǎng)價值。鼠龍斑作為一種人工雜交的石斑魚,與野生石斑魚相比,具有生長快、味道鮮美、抗病性強等特點,亦可作為觀賞魚類。作為一種雜交新品種,對環(huán)境變化的適應能力及相關生理參數(shù)等都有待研究。

溫度(Stéphanet al, 1995; Filhoet al, 2005)、鹽度(Rocheet al, 1996)、溶氧(Pariharet al, 1995)、pH 等重要的環(huán)境因子發(fā)生變化時,會直接影響魚體內活性氧含量及抗氧化酶的活性,使機體的自由基代謝發(fā)生紊亂,繼而使魚體產生應激反應以響應環(huán)境的改變。若機體無法適應則會長期處于應激狀態(tài),造成機體抗氧化性和免疫防御能力受損,影響魚體代謝、生長(Martínez-Alvarezet al, 2005)。在養(yǎng)殖過程中,溫度作為最重要環(huán)境因子之一,與魚體的抗氧化能力以及代謝功能有密切聯(lián)系(Filhoet al, 2005)。溫度作為影響魚類抗氧化酶活性的環(huán)境因素之一,主要對魚類代謝反應速率起控制作用(柳學周等, 2004)。溫度的升高會導致機體耗氧量的增加,促進氧自由基的產生,進而促進抗氧化酶活性的升高(Martínez-álvarezet al, 2004)。魚體在正常的新陳代謝下,體內自由基通常處于動態(tài)平衡,當受到環(huán)境脅迫后,自由基就會大量生成,過量的自由基會對機體產生一定的損傷(孫鵬等, 2014)。當魚體長期處于適溫邊界則會造成脅迫,降低機體的代謝水平,這種溫度脅迫與代謝水平之間具有顯著的相關性(Handelandet al, 2008; Joblinget al, 1983)。魚類在受到環(huán)境脅迫后,機體抗氧化酶會被激活應對環(huán)境變化,當機體適應環(huán)境后,抗氧化酶水平會恢復,如果脅迫超出機體適應能力,抗氧化酶水平將不可恢復。因此,在一定程度上,抗氧化酶活性恢復至正常水平的時間反映了機體對環(huán)境的適應能力(胡靜等, 2015)。

魚類抗氧化防御體系中的抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和丙二醛(MDA)等,這些酶和其他的非酶類抗氧化物質共同構成了機體內的抗氧化防御體系,共同保護機體免受氧化傷害,并與體內產生的活性氧物質之間達到平衡狀態(tài)(亢玉靜等, 2013)。SOD是生物體內重要的抗氧化酶,廣泛分布于各種生物體內,是生物體內清除自由基的首要物質,把有害的超氧自由基轉化為過氧化氫,然后 CAT又立即促使過氧化氫分解為分子氧和水,使細胞免于遭受 H2O2的毒害,從而達到保護機體作用(張克烽等, 2007)。因此,SOD和CAT相互配合組成了一個防氧化鏈條,是存在于生物體內的非常重要的抗氧化防御性功能酶(喬秋實等, 2011)。MDA是膜脂過氧化重要的產物之一,它的產生還能加劇膜的損傷(王偉等, 2012),MDA產生數(shù)量的多少能夠代表膜脂過氧化的程度,也可間接反映組織細胞受自由基攻擊的嚴重程度。因此,MDA含量常被用來衡量水生動物機體的抗氧化能力(Vi?a, 2002; 劉小兵等,2008)。本文研究了急性溫度脅迫與漸變升溫脅迫下,鼠龍斑肝及血清中抗氧化和消化生理指標的變化,為探討不同程度的溫度變化脅迫對鼠龍斑抗氧化及消化生理的影響,從而深入了解鼠龍斑對環(huán)境改變的響應,對人工養(yǎng)殖馴化和生產具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗用魚鼠龍斑幼魚于2016年7月由萊州市明波水產有限公司提供,共 400尾,平均體重為(20.30±0.38) g,平均體長為(10.35±0.43) cm,實驗前于水溫為(26.0±0.5)℃(自然海水的溫度)的水池中暫養(yǎng)3 d,每天分別于08:00和16:00投喂飼料(日本林兼株式會社生產的“魚寶”牌飼料),按體重的1%~2%進行投喂,采用微流水飼養(yǎng),每天清污換水1次。

1.2 養(yǎng)殖條件

實驗水溫通過冷熱海水(經過電廠升溫的自然海水35℃和海邊井水21℃)勾兌,微流水狀態(tài)保持水溫,pH 為 7.5~8.0,鹽度為 25~30,溶氧>5 mg/L (24 h不間斷充氧)。實驗在直徑為60 cm、容積為120 L的圓形水槽中進行。

1.3 實驗設計

實驗為5個溫度突變組:21℃、24℃、28℃、32℃、35℃和1個溫度漸變組。每個溫度組設3個平行,每個平行20尾魚。溫度突變組:將暫養(yǎng)3 d后的鼠龍斑直接放入已經調好溫度的水槽中進行實驗;溫度漸變組:從26℃開始升溫,每天升溫1℃,連續(xù)升溫7 d,達到33℃。實驗開始后每天投喂2次,每次投喂時記錄每組投喂量(以不再搶食、水面飄浮著多余的飼料為飽食狀態(tài),停止投喂,投喂前后對裝飼料的容器進行稱量,其減少量為投喂量),喂食30 min后,將殘余餌料吸出、曬干(室外晾曬10~12 h)后稱重,計算攝食量。每天清污換水1次,換水量為50%。參數(shù)計算公式:

式中,Q1為飼料日平均投喂量,Q0為飼料日平均殘留量,t為實驗天數(shù)(d),n為魚個體數(shù)。

1.4 取樣

在實驗的第0、3、7天分別對每組進行取樣,每個平行取3尾魚,利用丁香酚(200 mg/L)進行麻醉,用2 ml的一次性注射器進行尾靜脈抽血,抽血前注射器先抽取少量的抗凝劑,將抽出血樣于3000 r/min離心10 min,取上清液移于EP管中,投入液氮罐中保存待測。取血后迅速將魚置于冰盤上解剖,取其肝臟、胃和腸,液氮中保存待測。

1.5 樣品處理及指標檢測

將血清和樣品置于–20℃、4℃逐漸解凍,解凍后的組織與生理鹽水按重量(g)∶體積(ml)=1∶9的比例制備組織勻漿液,在冰水浴條件下,利用組織勻漿機,制備成10%的組織勻漿,4000 r/min離心10 min,取上清液,再用生理鹽水稀釋成適宜濃度,4℃保存,待測。

采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測定血清與肝臟中的SOD活力、CAT活力、MDA含量;胃中的胃蛋白酶活性,腸道中的淀粉酶、脂肪酶活性,測定步驟按試劑盒說明書進行。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析,采用ANOVA 對實驗結果進行方差分析,采用 Duncan′s法進行多重比較。實驗數(shù)據(jù)用平均值±標準差(Mean±SD)表示,P<0.05為差異顯著。

2 結果

2.1 溫度突變與溫度漸變對鼠龍斑攝食的影響

各溫度組鼠龍斑幼魚7 d內每天的攝食量變化情況見圖1,21℃溫度突變組的攝食量最低,與其他組差異顯著(P<0.05),平均日攝食量在 0.4 g/(尾·d)左右,起伏較小。24℃、28℃和 32℃溫度突變組的平均日攝食量隨著實驗天數(shù)的增加呈現(xiàn)規(guī)律上升趨勢,且隨著溫度的升高,平均日攝食量也呈升高的趨勢,這3組的變化趨勢與溫度漸變組的變化趨勢也相似,而溫度漸變組的平均日攝食量最高。35℃溫度突變組的平均日攝食量在實驗開始的前2 d變化不大,但遠遠高于其他溫度組的攝食量(P<0.05),實驗期間攝食量無規(guī)律。第8天,將所有溫度組冷熱水關閉,統(tǒng)一換成自然海水,溫度范圍為(26.0±0.5)℃,再暫養(yǎng)3 d,觀察其攝食量的變化,除 28℃和 32℃溫度突變組外,其他各溫度組的攝食量均出現(xiàn)顯著下降趨勢,28℃溫度突變組在下降以后第3天的攝食量略有回升,趨于平穩(wěn),32℃突變溫度組在恢復自然海水溫度的前 2 d攝食量平穩(wěn)上升,在第3天時顯著下降。

圖1 溫度突變與溫度漸變對鼠龍斑幼魚的平均日攝食量的影響Fig.1 Effects of temperature acute change and gradual rising on the average daily food intake of juvenile Mussaurus spot

2.2 溫度對鼠龍斑血清和肝臟中抗氧化指標的影響

2.2.1 超氧化物歧化酶 21℃溫度突變組血清中的SOD在3 d和7 d相對穩(wěn)定,相比實驗開始前顯著增加(P<0.05),而肝臟中變化不明顯(P>0.05),24℃和28℃血清中SOD在第3天變化不明顯,在第7天時顯著升高且顯著高于21℃溫度組(P<0.05),而肝臟中第3天升高后在第7天有所下降,32℃和35℃血清中SOD在第3天明顯升高,第7天略高于第3天,肝臟中的SOD在第3天比0 d顯著下降,在第7天有所上升但仍然低于0 d。溫度漸變組血清中的SOD先上升后又恢復到原始值,肝臟中在第3天無顯著變化,在第7天顯著上升(P<0.05) (圖2)。

2.2.2 過氧化氫酶 溫度突變組血清中的 CAT總體呈現(xiàn)逐漸上升趨勢,除 28℃上升趨勢較小,其他各溫度突變組均在第3天和第7天時比0 d顯著升高(P<0.05),35℃血清中CAT上升最高,第3天顯著升高達到143.82 U/ml,第7天持續(xù)升高到172.64 U/ml,顯著高于其他各組(P<0.05);肝臟中24℃和28℃的趨勢與血清中相似,呈現(xiàn)顯著上升趨勢(P<0.05),21℃在第3天顯著升高,第7天又恢復到0 d水平,32℃和35℃肝臟中的CAT在第3天和第7天呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(P<0.05)。溫度漸變組隨著溫度的升高,血清中的CAT先在第3天顯著升高后在第7天又顯著下降,而肝臟在第3天和第7天均是顯著下降(P<0.05) (圖3)。

2.2.3 丙二醛 21℃和 24℃溫度突變組血清中的MDA在第3天時都顯著下降(P<0.05),28℃和35℃變化不明顯,32℃呈顯著上升在3 d時達到了64.19 nmol/ml,但在第7天時,21℃顯著上升,24℃與第3天相比變化不明顯,28℃、32℃和35℃均呈顯著下降(P<0.05);而肝臟中的 MDA在 21℃、32℃和 35℃均呈現(xiàn)顯著上升再下降的趨勢,21℃在第3天上升顯著,大于其他各組,達到3.74 nmol/mg prot,24℃第3、7天無顯著差異,28℃的第3天與0 d差異不大,7 d時略下降。溫度漸變組隨著溫度的升高,血清和肝臟中MDA變化趨勢相似,均在逐漸下降,在第3天顯著下降(P<0.05),在第7天略下降(圖4)。

圖2 溫度突變與溫度漸變對鼠龍斑幼魚血清和肝臟中SOD活性的影響Fig.2 Effects of temperature acute change and gradual rising on SOD activity in serum and liver of juvenile Mussaurus spot

圖3 溫度突變與溫度漸變對鼠龍斑幼魚血清和肝臟中CAT活性的影響Fig.3 Effects of temperature acute change and gradual rising on CAT activity in serum and liver of juvenile Mussaurus spot

2.3 溫度對鼠龍斑消化生理指標的影響

2.3.1 胃蛋白酶 21℃和 24℃溫度突變組的胃蛋白酶變化趨勢相似,第3天顯著下降(P<0.05),第7天時有所升高,但比0 d時低,其他各溫度突變組都逐漸上升,28℃第3天與0 d相比上升不顯著(P>0.05),第7天與0 d相比顯著上升(P<0.05),32℃和35℃第3、7天均顯著上升且比其他各組都高,在第 7天分別達到了69.70和70.05 U/mg prot;溫度漸變組,隨著溫度的升高,胃蛋白酶顯著升高(P<0.05),在第3天,溫度上升到31℃時,胃蛋白為47.13 U/mg prot,在第7天,溫度上升到35℃時,達到88.33 U/mg prot(圖5)。

2.3.2 脂肪酶 21℃、24℃和28℃溫度突變組腸道中的脂肪酶變化不顯著,21℃在第3、7天逐漸降低,24℃和 28℃第 0、3天差異不顯著(P>0.05),而 7 d時 24℃略有降低,28℃有所升高,32℃和 35℃變化趨勢相似,均是第3天顯著上升(P<0.05),第7天顯著下降(P<0.05),但35℃與32℃上升、下降變化趨勢存在顯著差異(P<0.05),35℃第3天高達159.61 U/g prot,與其他各溫度突變組存在顯著差異(P<0.05)。溫度漸變組腸道脂肪酶,隨著溫度的上升,第3、7 d均顯著上升(P<0.05),第3天為182.16 U/g prot,顯著高于0 d (P<0.05),第7天為270.19 U/g prot,顯著高于第 3 天(P<0.05) (圖6)。

2.3.3 淀粉酶 腸道淀粉酶 21℃和 24℃溫度突變組,第3天比0 d顯著下降(P<0.05),第7天又顯著上升(P<0.05),21℃第3、7天與0 d相比,下降幅度顯著(P<0.05),24℃在7 d恢復到0 d水平,28℃和32℃總體變化起伏不大,35℃第 3、7天均顯著下降(P<0.05)。溫度漸變組隨著溫度上升第3、7天腸道淀粉酶顯著上升(P<0.05) (圖7)。

圖4 溫度突變與溫度漸變對鼠龍斑幼魚血清和肝臟中MDA的影響Fig.4 Effects of temperature acute change and gradual rising on MDA in serum and liver of juvenile Mussaurus spot

圖5 溫度突變與漸升溫對鼠龍斑幼魚胃蛋白酶活性的影響Fig.5 Effects of temperature acute change and gradual rising on pepsin of juvenile Mussaurus spot

圖6 溫度突變與漸升溫對鼠龍斑幼魚腸道脂肪酶活性的影響Fig.6 Effects of temperature acute change and gradual rising on intestinal lipase of juvenile Mussaurus spot

圖7 溫度突變與漸升溫對鼠龍斑幼魚腸道淀粉酶活性的影響Fig.7 Effects of temperature acute change and gradual rising on intestinal amylase of juvenile Mussaurus spot

3 討論

3.1 溫度突變與溫度漸變對鼠龍斑攝食的影響

魚類屬于變溫動物,終生生活在水體中,在適宜的溫度范圍內,魚類可以正常生長和繁殖。相關研究表明,在適宜的溫度范圍內,隨著溫度的增加,魚的生長速度加快,但超出適宜的溫度范圍,溫度升高會有相反的影響(Jobling, 1993)。本研究中,鼠龍斑平均日攝食量隨著突變溫度的增加而逐漸增加,突變組35℃雖然平均攝食量比其他各組高,但隨著脅迫時間延長,攝食量不穩(wěn)定,結合消化酶變化,在高溫下可能對機體消化作用有一定影響,32℃其攝食量與 35℃無較大差異。溫度漸變組的攝食量隨著溫度的上升而逐漸升高,且平均攝食量比溫度突變組均高(P<0.05),從實際生產養(yǎng)殖條件角度出發(fā),32℃可作為鼠龍斑生產養(yǎng)殖的最適溫度,且可通過漸變溫度對鼠龍斑進行馴化達到最佳養(yǎng)殖溫度。實驗結束后,各溫度組均出現(xiàn)了攝食量下降的趨勢,這也說明溫度波動較大的情況下,對魚體影響較大。在養(yǎng)殖過程中,應及時關注溫度變化,在溫度變化較大的情況下,適當減少投喂量,避免浪費飼料。

3.2 溫度突變與漸變溫度對鼠龍斑抗氧化指標的影響

SOD是生物體內重要的抗氧化酶,廣泛分布于各種生物體內,能消除生物體在新陳代謝過程中產生的有害物質,CAT在抗氧化機制中主要是將SOD與自由基反應生成的H2O2轉化為水,因此,CAT的含量在一定程度受到SOD含量的影響。溫度突變組:肝臟中的 SOD 在 21℃~28℃脅迫前后差異不顯著,32℃與35℃出現(xiàn)先下降再回升的趨勢,血清中 SOD隨著脅迫時間的延長均呈顯著上升趨勢,說明水溫變化導致機體中的自由基大量增加,機體啟動肝抗氧化防御系統(tǒng),生成大量 SOD,調節(jié)細胞膜通透性使肝臟中的SOD大量輸送到血液中,導致血液中的SOD大量增加,隨著時間延長,肝中SOD逐漸回升,21℃~32℃血清中SOD實驗第7天均顯著升高,且隨著脅迫溫度升高,SOD也逐漸升高,表明在適溫范圍內血清中抗氧化酶活力與水溫呈正比,與李大鵬等(2008)研究結果相符。然而,在35℃時有所降低,說明 35℃已經超過適溫范圍。在21~28℃溫度組,血清和肝臟中CAT變化趨勢一致,均是逐漸增加,尤其第7天顯著增加(P<0.05),說明隨著脅迫時間延長,機體通過自身調節(jié)清除過量的自由基,而32℃與35℃血清與肝臟中 CAT的變化趨勢完全相反,說明肝組織受到一定損傷,使細胞通透性下降,肝臟中 CAT含量下降而血清中顯著升高,這與謝明媚等(2015)研究結果相似。溫度漸變組:血清中的SOD和CAT均是先上升再下降,SOD在第7天時恢復至脅迫前,CAT在第7天顯著高于脅迫前,肝臟中的SOD第3天與脅迫前無明顯變化,在第7天時顯著上升(P<0.05),而肝臟中CAT在第3、7天均顯著下降,可能與肝臟中CAT大量轉入血液中有關,隨著溫度逐漸增加,高溫對機體有一定的損傷。

MDA是細胞膜脂過氧化作用的產物之一,主要在肝臟分解,所以肝臟中的脂質過氧化產物MDA含量會隨著脅迫加強而升高(王奇等, 2010)。因此,通過MDA含量多少來間接判斷機體受到自由基損傷的程度,一般結合SOD、CAT和MDA含量更能說明機體的抗氧化能力。溫度突變組肝臟中MDA均是先增加再降低,這與潘桂平等(2016)對云紋石斑魚低溫脅迫研究中MDA變化趨勢相似,說明機體在開始時產生應激反應,隨著產生大量 SOD、CAT清除過量的自由基而逐漸降低,血清中MDA都是在第7天均有所降低,說明機體通過調節(jié)逐漸恢復,且恢復時間可能與應激反應時間有關,21℃、24℃肝臟與血清中MDA的變化趨勢相反,肝臟中先顯著上升再下降,在第7天時仍顯著高于第0天(P<0.05),說明肝臟受到一定損傷,不能及時恢復,產生的大量SOD、CAT清除過量的自由基,自由基的急劇下降導致血清中的MDA在第3天顯著下降,而在第7天時有所回升。溫度漸變組肝臟和血清中的MDA均是逐漸下降,而血清中的 SOD、CAT均是大量增加,以此來抵抗產生的大量自由基,這與謝明媚等(2015)的研究結果相似,說明機體 SOD、CAT的抗氧化作用足以抵抗自由基的損害,使自由基處于較低狀態(tài),在第7天時可能機體肝臟受到一定損傷而不能及時恢復。本實驗由于時間較短(7 d),只是探討短期應激反應對機體的影響,若時間延長,可能會對鼠龍斑造成一定的傷害;溫度漸變組中,鼠龍斑通過自身調節(jié)適應逐漸升溫的狀態(tài),使機體達到新的動態(tài)平衡,應激反應與突變組相比較小,在生產過程中利于養(yǎng)殖馴化。

3.3 溫度突變與溫度漸變對鼠龍斑幼魚消化生理指標的影響

胃蛋白酶與腸道中的脂肪酶在溫度突變組21℃、24℃的變化趨勢相似,呈先下降再回升的趨勢,但第7天還未恢復到脅迫前狀態(tài),腸道脂肪酶有所下降,但變化都不顯著(P>0.05),說明溫度急性下降對鼠龍斑的消化酶活性有一定的抑制作用,這從平均日攝食量變化也能明顯反映出來。28℃溫度組的胃蛋白酶和脂肪酶第3天變化不明顯,在第7天有所上升,淀粉酶在第 3天上升后保持平衡,說明 28℃溫度組對鼠龍斑的影響較小。32℃、35℃胃蛋白酶呈逐漸上升趨勢,且顯著大于脅迫前的含量(P<0.05),脂肪酶先上升再下降,但脅迫前后差異顯著(P<0.05),淀粉酶32℃上升趨勢不顯著,35℃呈下降趨勢且與脅迫前存在顯著差異(P<0.05),說明高溫脅迫時鼠龍斑的消化酶活性增加,從而使攝食量也增加,這與施兆鴻等(2016)對銀鯧(Pampus argenteus)的研究結果相似。溫度漸變組的胃蛋白酶和脂肪酶都顯著增加且脂肪酶的含量顯著大于突變溫度組,淀粉酶也呈上升趨勢,只是變化幅度不顯著(P>0.05),表明溫度漸變能夠使鼠龍斑的消化酶活性升高且保持較高的活躍狀態(tài),增加魚體的攝食量。

通過對溫度突變以及溫度漸變脅迫下鼠龍斑的攝食情況、抗氧化指標以及消化生理指標等分析,溫度漸變對鼠龍斑幼魚攝食和抗氧化性具有促進作用,溫度突變對鼠龍斑幼魚抗氧化性影響明顯,脅迫時間延長可能對魚體肝臟抗氧化體系有損害作用。綜上,鼠龍斑的適宜生長溫度范圍為24℃~32℃,在 21℃~35℃水溫中均正常生長,但由于本次實驗時間較短且受到實驗條件的限制,導致無法測得鼠龍斑的存活溫度范圍,對其生理生化指標的變化規(guī)律研究還有待進一步完善。在實際養(yǎng)殖生產過程中,可通過漸變溫度馴化達到養(yǎng)殖可控的溫度范圍,以減少對魚體的傷害。

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