董成龍, 朱 龍, 周琳珺, 趙 煜, 范曉騰, 王在照

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，陜西 楊凌712100)

雙酚A(BPA)作為普遍存在于我們生活中的一種內(nèi)分泌干擾化合物，對(duì)經(jīng)典的核結(jié)合雌激素受體和膜結(jié)合雌激素受體GPR30均有激動(dòng)作用，并對(duì)雄激素受體和甲狀腺激素受體有拮抗作用。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，BPA一直用于聚碳酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂、增塑劑等物質(zhì)的合成中，其使用和排放量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，在部分廢水、河水和海水中均能檢測(cè)到BPA污染，導(dǎo)致水生生物接觸的可能性增加。由于其內(nèi)分泌干擾毒性，BPA對(duì)魚(yú)類免疫系統(tǒng)、脂質(zhì)代謝和生殖等均具有不利影響。

食蚊魚(yú)為硬骨魚(yú)綱(Osteichthyes)鳉形目(Cyprinodontiformes)胎鳉科()食蚊魚(yú)屬()的一種小型卵胎生淡水魚(yú)類，原產(chǎn)于北美洲，最初被人們用做防控蚊子的手段引進(jìn)我國(guó)，現(xiàn)已廣泛分布在我國(guó)南方水域中。其強(qiáng)大的入侵能力可改變土著魚(yú)類生態(tài)位。據(jù)報(bào)導(dǎo)，目前食蚊魚(yú)已威脅到我國(guó)南方水域的唐魚(yú)和青鳉等物種的生存。雄性西部食蚊魚(yú)的臀鰭在發(fā)育的過(guò)程中特化為生殖鰭，通過(guò)追逐強(qiáng)行將生殖鰭插入雌魚(yú)生殖孔，從而進(jìn)行精子的傳遞，這一現(xiàn)象被稱為性脅迫。西部食蚊魚(yú)明顯的兩性異型現(xiàn)象和雄性的性脅迫繁殖策略使其被廣泛應(yīng)用于行為學(xué)研究。

本試驗(yàn)主要關(guān)注雄性西部食蚊魚(yú)行為指標(biāo)中的性格特征和生殖行為。性格是指種內(nèi)個(gè)體間的行為差異，在個(gè)體的一生中并不是一成不變的，會(huì)隨著時(shí)間的推移和環(huán)境的改變而不斷調(diào)整。目前關(guān)于魚(yú)類性格特征的研究主要是從以下五個(gè)方面進(jìn)行的，即害羞-勇敢、探索-回避、活躍性、攻擊性和社會(huì)性。對(duì)生殖行為而言，配偶選擇是個(gè)體衡量潛在交配對(duì)象的相對(duì)價(jià)值并做出最優(yōu)選擇的一種生殖策略。這種策略是復(fù)雜靈活的，不僅與潛在的交配對(duì)象有關(guān)，還與外部環(huán)境相關(guān)。同性競(jìng)爭(zhēng)、捕食壓力、種群密度等均能對(duì)配偶選擇產(chǎn)生影響。

行為的調(diào)整往往是生物體對(duì)環(huán)境改變的第一反應(yīng)，可以改變生物對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)，這意味著行為的干擾會(huì)對(duì)個(gè)體和種群產(chǎn)生復(fù)雜的影響。生物的行為與其食物獲取能力息息相關(guān)，而生物個(gè)體從自然環(huán)境中獲取的能量有限，因此在生命進(jìn)程中對(duì)不同階段的能量投入和分配情況是實(shí)時(shí)變化的，這就是生物生活史策略的權(quán)衡。環(huán)境變化后，生物個(gè)體通過(guò)生活史性狀間的權(quán)衡以提高適合度也是目前生活史演化研究中的重點(diǎn)問(wèn)題。研究表明，雄性食蚊魚(yú)可以根據(jù)環(huán)境的變化調(diào)節(jié)自身脂肪的積累和利用，因此其在生活史性狀間的權(quán)衡可以體現(xiàn)在部分生長(zhǎng)和生殖性狀中，即體組織瘦肉重、脂肪含量和性腺指數(shù)。

目前，已有大量研究報(bào)導(dǎo)了關(guān)于BPA對(duì)哺乳動(dòng)物行為的影響，然而B(niǎo)PA對(duì)魚(yú)類性格特征的研究還不夠全面，因此本研究通過(guò)檢測(cè)BPA暴露下雄性西部食蚊魚(yú)的行為指標(biāo)及生長(zhǎng)和生殖性狀的變化，探討B(tài)PA對(duì)野生雄性西部食蚊魚(yú)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及飼養(yǎng)管理

本研究中使用的性成熟雄性食蚊魚(yú)采自中國(guó)杭州地區(qū)(n=153；120°15.58'N,30°27.70'E)。試驗(yàn)魚(yú)帶回實(shí)驗(yàn)室后暫養(yǎng)在水族箱(200 L)中適應(yīng)14 d，期間養(yǎng)殖水溫為25 ± 1℃，光照周期為12L:12D，提供充足氧氣。每天飼喂試驗(yàn)魚(yú)兩次，食物為市場(chǎng)上購(gòu)買的冷凍搖蚊幼蟲(chóng)和片狀飼料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)此前相關(guān)試驗(yàn)所設(shè)置的濃度和受污染水體中的濃度將本研究試驗(yàn)組的BPA濃度設(shè)置為15 μg/L和225 μg/L，另設(shè)一空白對(duì)照組，每個(gè)試驗(yàn)組各設(shè)三個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)17尾食蚊魚(yú)。試驗(yàn)期根據(jù)相關(guān)暴露實(shí)驗(yàn)設(shè)置為21 d。暴露實(shí)驗(yàn)是在容積為100 L的水族箱中進(jìn)行的，養(yǎng)殖環(huán)境與暫養(yǎng)期間保持一致。因?yàn)锽PA容易光解，暴露期間所有試驗(yàn)缸每天更換一半的暴露用水，并補(bǔ)充暴露藥物，以維持BPA濃度穩(wěn)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

首先使用三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的性格指標(biāo)來(lái)描述每條試驗(yàn)魚(yú)的性格特征：(1)勇敢度，用被測(cè)個(gè)體從掩體進(jìn)入一個(gè)未知環(huán)境的潛伏時(shí)間表示，潛伏時(shí)間越長(zhǎng)勇敢度越低；(2)活躍度，即被測(cè)個(gè)體在觀測(cè)區(qū)域中的活動(dòng)距離；(3)社會(huì)度(集群性)，指被測(cè)個(gè)體在一群同性同類附近活動(dòng)的時(shí)間。對(duì)每個(gè)個(gè)體的性格進(jìn)行了兩次重復(fù)測(cè)定。隨后，對(duì)所有試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行經(jīng)典的二元擇偶試驗(yàn)，即測(cè)定試驗(yàn)個(gè)體在體型不同(大/小)的兩條異性之間選擇的傾向。在該二元擇偶試驗(yàn)中，使用動(dòng)畫來(lái)模擬異性以排除體型外的其他因素對(duì)配偶選擇偏好強(qiáng)度的干擾，其有效性已被證實(shí)。配偶選擇偏好的強(qiáng)度使用SOP(strength of preference)衡量，SOP等于被測(cè)個(gè)體停留在大體型異性周圍的時(shí)間與其停留在小體型異性周圍時(shí)間的差除以兩個(gè)時(shí)間的總和。SOP大于0說(shuō)明被測(cè)個(gè)體偏好大體型異性，小于0則相反。具體行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和步驟參照Chen等所示。最后，對(duì)于試驗(yàn)魚(yú)使用Riesch等所提出的生活史測(cè)定方法評(píng)估了體組織瘦肉重(mg)、脂肪含量(%)和性腺指數(shù)(gonadosomatic index, GSI)(%)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用“邊際均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。對(duì)所有的數(shù)據(jù)先進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，對(duì)于不符合正態(tài)性的數(shù)據(jù)進(jìn)行Box-Cox轉(zhuǎn)換，使其符合或近似正態(tài)分布和方差齊性。然后進(jìn)行多元協(xié)方差分析，在該模型中，體長(zhǎng)作為協(xié)變量(若協(xié)變量影響不顯著，則在后續(xù)分析中剔除)。之后對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行方差分析，再通過(guò)兩兩比較確定不同處理組之間的差異。對(duì)于配偶選擇偏好強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，使用單樣本T檢驗(yàn)判斷每個(gè)處理組的SOP平均值與檢驗(yàn)值(0)之間是否存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 BPA對(duì)雄性西部食蚊魚(yú)性格特征的影響

對(duì)雄魚(yú)的各項(xiàng)性格特征進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。15 μg/L的BPA暴露使雄魚(yú)潛伏時(shí)間顯著增加(即勇敢度顯著減弱)(<0.05)，225 μg/L試驗(yàn)組無(wú)顯著影響(>0.05)(圖1a)；15 μg/L和225 μg/L的BPA暴露對(duì)雄魚(yú)活躍度均無(wú)顯著影響(>0.05)(圖1b)；225 μg/L的BPA暴露使雄魚(yú)社會(huì)度顯著增強(qiáng)(<0.05)，而15 μg/L試驗(yàn)組無(wú)顯著影響(>0.05)(圖1c)。結(jié)果表明隨著B(niǎo)PA濃度的升高，食蚊魚(yú)的潛伏時(shí)間是先增加后減少的，社會(huì)度則是不斷增強(qiáng)的。

圖1 雄性西部食蚊魚(yú)經(jīng)BPA處理后的性格特征(a)潛伏時(shí)間；(b)活躍度；(c)社會(huì)度；不同字母表示數(shù)據(jù)之間的差異顯著(P<0.05)，下同。Fig. 1 Character traits of male G. affinis treated with BPA; (a) Emergence time(b) Activity; (c) Sociability; different letters above the columns indicate statisticallysignificant differences at the 0.05 level (P<0.05)，the same blow.

2.2 BPA對(duì)雄性西部食蚊魚(yú)配偶選擇偏好的影響

如圖2所示，15 μg/L和225 μg/L的BPA暴露對(duì)雄魚(yú)SOP均無(wú)顯著影響(>0.05)；從雄魚(yú)SOP的非零檢驗(yàn)(見(jiàn)表1)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各個(gè)試驗(yàn)組的雄魚(yú)配偶選擇偏好強(qiáng)度SOP均與檢驗(yàn)值0無(wú)顯著差異(>0.05)。表明雄魚(yú)在各個(gè)濃度下對(duì)配偶體型大小均無(wú)明顯偏好，且該偏好的強(qiáng)度不受BPA濃度變化的影響。

圖2 雄性西部食蚊魚(yú)經(jīng)BPA處理后的SOP Fig. 2 SOP of male G. affinis treated with BPA

2.3 BPA對(duì)雄性西部食蚊魚(yú)生長(zhǎng)和生殖性狀的影響

對(duì)雄魚(yú)脂肪含量的分析發(fā)現(xiàn)，225 μg/L的BPA暴露使其顯著降低(<0.05)，15 μg/L的BPA暴露無(wú)顯著影響(>0.05)(圖3b)；對(duì)于體組織瘦肉重和性腺指數(shù)而言，15 μg/L和225 μg/L的BPA暴露均無(wú)顯著影響(>0.05)(圖3a、3c)。表明隨著B(niǎo)PA濃度的升高，雄魚(yú)脂肪含量是不斷降低的。

表1 雄性西部食蚊魚(yú)個(gè)體的SOP均值在不同濃度BPA下的非零檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方法為單樣本T檢驗(yàn)，檢驗(yàn)值為0Table 1 The non-zero test of SOP mean value of maleG. affinis at different concentrations of BPA performed by One-sample T Test, test value was 0

圖3 雄性西部食蚊魚(yú)經(jīng)BPA處理后的生長(zhǎng)和生殖性狀(a)體組織瘦肉重；(b)脂肪含量；(c)性腺指數(shù)Fig. 3 Reproductive biology traits of male G. affinis treated with BPA(a) Lean weight; (b) Fat content; (c) GSI

3 討 論

3.1 BPA對(duì)食蚊魚(yú)性格特征的影響

雄魚(yú)的潛伏時(shí)間在15 μg/L的BPA處理后，相對(duì)于對(duì)照組顯著增加，說(shuō)明雄魚(yú)在經(jīng)過(guò)15 μg/L的BPA的處理后勇敢度減弱(即更膽小)，但225 μg/L的BPA處理組的雄魚(yú)潛伏時(shí)間與對(duì)照組和15 μg/L的BPA處理組之間均無(wú)顯著差異，說(shuō)明225 μg/L的BPA的處理對(duì)雄魚(yú)勇敢度也有減弱的趨勢(shì)。這種現(xiàn)象也許可以用BPA的非單一劑量效應(yīng)解釋，即環(huán)境內(nèi)分泌干擾物必須超過(guò)一定的閾值濃度，才會(huì)在生物體中引發(fā)生理反應(yīng)，當(dāng)超過(guò)有效濃度范圍時(shí)，機(jī)體誘導(dǎo)的代謝、排泄等適應(yīng)性解毒機(jī)制又會(huì)抑制其不利影響。這種現(xiàn)象在稀有鮈鯽的激素水平、表型，斑馬魚(yú)的行為和非洲爪蟾子代的性比中均被報(bào)導(dǎo)過(guò)。本試驗(yàn)中，雄魚(yú)的活躍度并不受本試驗(yàn)所選取的BPA濃度的影響，這種現(xiàn)象在其他有關(guān)環(huán)境污染物的研究中也有發(fā)現(xiàn)，如氟西汀和17β-群勃龍對(duì)雄性食蚊魚(yú)的活躍度均無(wú)顯著影響。對(duì)雄魚(yú)的社會(huì)度而言，經(jīng)BPA處理后有顯著增強(qiáng)的趨勢(shì)。然而，有研究發(fā)現(xiàn)斑馬魚(yú)的社會(huì)行為在經(jīng)過(guò)228.29 μg/L的BPA早期暴露后顯著減少，這與本試驗(yàn)的結(jié)果相反，可能是由試驗(yàn)對(duì)象的生活方式差異導(dǎo)致，即斑馬魚(yú)是一種生活于松散的社會(huì)群體中的魚(yú)類，而食蚊魚(yú)是一種具有高社會(huì)性、高集群傾向的魚(yú)類。

3.2 BPA對(duì)食蚊魚(yú)配偶選擇偏好的影響

雄性西部食蚊魚(yú)配偶選擇偏好強(qiáng)度不受BPA的影響，這可能與其特殊的繁殖策略相關(guān)。雄性西部食蚊魚(yú)采用性脅迫的交配方式，通過(guò)跟隨的方式靠近雌魚(yú)，將生殖鰭強(qiáng)行插入雌性生殖孔輸送精子，并盡可能多地與異性交配，因此雄性西部食蚊魚(yú)并不挑選配偶的體型。同時(shí)也有證據(jù)表明，環(huán)境的變化可以通過(guò)干擾個(gè)體對(duì)配偶選擇中的相關(guān)信息(體型大小、顏色等)的接收和識(shí)別來(lái)改變動(dòng)物的生殖行為，從而降低其對(duì)潛在配偶的要求。

3.3 BPA對(duì)食蚊魚(yú)生長(zhǎng)和生殖性狀的影響

BPA暴露對(duì)雄性西部食蚊魚(yú)生長(zhǎng)和生殖性狀中的體組織瘦肉重和性腺指數(shù)無(wú)顯著影響，但顯著降低了雄魚(yú)的脂肪含量。這可能是由于BPA對(duì)雄魚(yú)甘油三酯和脂肪酸代謝的影響，有研究表明，持續(xù)3周15 μg/L的BPA暴露會(huì)導(dǎo)致雄性稀有鮈鯽甘油三酯和脂肪酸合成相關(guān)基因表達(dá)的降低，并引起脂肪酸β氧化相關(guān)基因表達(dá)的增加。從生活史理論方面來(lái)看，雄性西部食蚊魚(yú)在面對(duì)環(huán)境壓力時(shí)會(huì)通過(guò)減少機(jī)體用于儲(chǔ)存能量的脂肪含量從而維持生殖指標(biāo)的穩(wěn)定。

從環(huán)境中獲取諸如食物、配偶或庇護(hù)所的位置和質(zhì)量等信息是動(dòng)物生存的關(guān)鍵要求，個(gè)體可以通過(guò)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)(私人信息)或通過(guò)觀察和與他人互動(dòng)(社會(huì)信息)獲得信息。研究發(fā)現(xiàn)，更大膽的個(gè)體傾向于更多地依賴個(gè)人所收集的環(huán)境信息，而膽小的個(gè)體會(huì)更多地利用社會(huì)群體采集的環(huán)境信息。同時(shí)，相關(guān)研究也表明在捕食壓力下，食蚊魚(yú)魚(yú)群決策的速度和準(zhǔn)確度是隨著群體規(guī)模的增大而增加的，且集群性作為魚(yú)類對(duì)捕食的適應(yīng)性反應(yīng)，為其提供了有效的防御手段。以上研究結(jié)果均表現(xiàn)了食蚊魚(yú)的勇敢度與社會(huì)度之間存在一定的聯(lián)系，這與本試驗(yàn)勇敢度減弱和社會(huì)度增強(qiáng)的結(jié)果相符。王蕾等發(fā)現(xiàn)饑餓脅迫的中華倒刺鲃呈現(xiàn)出更高的群體凝聚力和協(xié)調(diào)性，以提高群體的生存能力，表明機(jī)體能量的缺乏可以使魚(yú)類的集群性增強(qiáng)，這與本試驗(yàn)中脂肪含量降低和社會(huì)度增強(qiáng)的結(jié)果相似。綜上所述，BPA暴露會(huì)導(dǎo)致雄性西部食蚊魚(yú)的脂肪貯備量降低，而機(jī)體能量?jī)?chǔ)備的缺乏可能引起社會(huì)度的增強(qiáng)和勇敢度的減弱，并趨于在群體中躲避敵害和獲取食物。

4 結(jié) 論

行為學(xué)研究表明BPA暴露會(huì)導(dǎo)致雄性西部食蚊魚(yú)更加膽小，但使其集群性增加，而生長(zhǎng)和生殖性狀的研究結(jié)果顯示暴露后的雄魚(yú)脂肪含量顯著降低。說(shuō)明在受到內(nèi)分泌干擾物污染的水域環(huán)境中，食蚊魚(yú)行為的改變和能量?jī)?chǔ)備的降低可能對(duì)其生存產(chǎn)生負(fù)面影響。