高碱度和高氨对达里湖瓦氏雅罗鱼耗氧率和排氨率的影响

何 强，常玉梅，苏宝锋，孙 博，闫 浩，梁利群

(1.淡水鱼类育种国家地方联合工程实验室 农业部淡水水产生物技术与遗传育种重点实验室 中国水产科学研究院特殊生境鱼类种质特性与抗逆育种重点实验室 中国水产科学研究院 黑龙江水产研究所，哈尔滨 150070; 2.上海海洋大学 水产与生命学院，上海 201306)



高碱度和高氨对达里湖瓦氏雅罗鱼耗氧率和排氨率的影响

何 强1,2，常玉梅1，苏宝锋1，孙 博1，闫 浩1,2，梁利群1

(1.淡水鱼类育种国家地方联合工程实验室 农业部淡水水产生物技术与遗传育种重点实验室 中国水产科学研究院特殊生境鱼类种质特性与抗逆育种重点实验室 中国水产科学研究院 黑龙江水产研究所，哈尔滨 150070; 2.上海海洋大学 水产与生命学院，上海 201306)

采用静水密闭的方法，比较了体质量为(72.62±3.70 )g达里湖瓦氏雅罗鱼(LeuciscuswaleckiiDybowski，简称雅罗鱼)在高碱度(NaHCO350 mmol/L)和高氨(NH4CO31.5 mmol/L)胁迫下处理4个时间点(2 h、4 h、6 h和8 h)耗氧率和排氨率的变化。耗氧率实验结果表明：与淡水组相比，高碱度和高氨显著抑制了雅罗鱼的耗氧率(P<0.05)；高碱度组与高氨组相比，雅罗鱼耗氧率除了在监测的第1个时间点内存在显著性差异外(P<0.05)，其他时间点无明显差异(P>0.05)。排氨率实验结果显示：与淡水组相比，高碱度和高氨均显著抑制了雅罗鱼的排氨率(P<0.05)。其中高氨组排氨率在所监测的4个时间点内全部下降，并与淡水组和高碱度组相比存在极显著差异(P<0.01)。能量代谢研究发现，淡水组和高碱度组氧氮比均无显著差异(P>0.05)；与淡水对照组和高碱度组比较，高氨组氧氮比差异极显著(P<0.01)。

瓦氏雅罗鱼；碳酸盐碱度；耗氧率；排氨率；氧氮比

瓦氏雅罗鱼(以下简称雅罗鱼)亦称东北雅罗鱼，隶属鲤形目、鲤科、雅罗鱼亚科、雅罗鱼属[1]。主要分布在我国西北、华北和东北一些水域，能在pH 9.0以上的盐碱水域中生存，具有很强的耐盐碱特性。如生活在内蒙古达里湖的雅罗鱼，可在碱度53.57 mmol/L，pH值高达9.69的恶劣水域环境中生存[2]。

呼吸和排泄不仅能反映鱼类的生理状态，也能够反映出环境条件的改变对自身的影响，因此了解鱼类的耗氧以及排氨能力是非常重要的。鱼类耗氧率和排氨率除受自身影响外，还受水温[3]、pH值[4]和盐度[5]等影响，国内外学者已在这一领域做了大量的研究。近年来，针对雅罗鱼耐高盐碱的特性，我国学者主要从生理生化[6]、群体遗传学[7-8]、转录组学[9-10]等方面对其开展了一些研究。由于在实际养殖过程中，如高密度的人工养殖系统中，水体氨氮浓度的增加可能会影响鱼类的生长，甚至导致死亡的情况时有发生，因此，研究鱼类在氨氮胁迫时的生理变化非常重要。

本研究通过比较达里湖雅罗鱼在淡水、高碳酸盐碱度(模拟自然水体)和高氨胁迫下的耗氧率、排氨率以及氧氮比的变化，初步了解达里湖雅罗鱼对不同环境胁迫的适应能力，为该物种在我国西北、华北、东北的养殖开发提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 实验材料

雅罗鱼为课题组2009年从内蒙古达里湖引进，实验鱼为人工繁育获得的F3。选取大小一致，体质量为(72.62±3.70)g，全长为(17.25±0.65)cm，生命力强的F3个体30尾放在室内循环水族箱中(96.5 cm×52.5 cm×45.5 cm)暂养7 d。实验水为过滤、曝气24 h的自来水，水温(20±2)℃，pH 7.25，氨氮0.33 mg/L，总碱度为0.43 mmol/L。实验前48 h停止投食。

1.2 实验水质的配置

本研究共设置高氨组、高碱度组和淡水对照组3组。对照组为过滤、曝气24 h的自来水。为了保证实验过程中鱼体不出现死亡，经过预实验，高氨组为过滤、曝气24 h的自来水添加一定量的NH4CO3分析纯配制成氨氮含量为1.5 mmol/L的水体，高碱度组为过滤、曝气24 h的自来水添加一定量的NaHCO3分析纯配置而成，滴定碱度为50mmol/L。实验前进行水质监测，采用YSI多功能水质分析仪(professional plus)测定温度、pH值、氨氮含量和溶氧，采用酸碱滴定法[11]测定碱度。

1.3 实验设计

设置碳酸盐碱度(50 mmol/L)和高氨(1.5 mmol/L)2个处理组，淡水作为对照组。每个实验组分别设置3个平行组。耗氧率和排氨率实验采用静水密闭的方法在16 L容积的呼吸室中进行。每个呼吸室放入规格相近的雅罗鱼4尾。正式试验开始前，使其在各呼吸室曝气适应1 h，水温保持在(19±0.5)℃，待鱼处于自然状态时，排净呼吸室中的空气，密闭呼吸室。密闭开始时利用虹吸法收集各呼吸室水样分别置于溶氧瓶和15 mL离心管中(立即放入-20℃保存用以测定氨氮)，密闭1 h后，用相同方法再取水样1次；更换新水，适应1 h，密闭1 h，连续测定4次。分别在第2、第4、第6和第8小时密闭前后采集水样。采用碘量法[12]测定水样中的溶解氧和纳氏试剂分光光度法[13]测定水样中的氨氮含量。

1.4 耗氧率和排氨率的计算

RO2=(D1-D2)×V/T/m；

RNH3=(N2-N1)/×V/T/m

其中RO2为耗氧率(mg/g·h)，D1和D2分别为试验初始时和试验结束时的溶氧浓度(mg/L)；RNH3为氨氮排泄率(μg/g·h)，N1和N2分别为试验初始时和试验结束时的氨氮浓度(mg/L)；V为呼吸室内水体的体积(L)；T为2次取水样间隔的试验时间(h)；m为试验鱼的总重(g)。

1.5 数据处理与分析

所得数据为3个平行组数据的平均值±标准误，使用Excel和SPASS19.0软件进行数据统计分析。组间差异采用Duncan’s多重比较，显著水平为P<0.05，极显著水平为P<0.01。

2 结果与分析

2.1 高碱度和高氨对雅罗鱼耗氧率的影响

由表1可知，与淡水组比较，高碱度组和高氨组雅罗鱼的耗氧率均被显著抑制(P<0.05)，除了高碱度组最后1次监测点外(第8小时)；与高碱度组相比，高氨组只在第2小时时间点有显著性差异(P<0.05)，其余时间点的耗氧率均无显著性差异(P>0.05)。

表1 高碱度和高氨对雅罗鱼耗氧率的影响

Table 1 Effects of high carbonate alkalinity water and high ammonia wateron oxygen consumption rate ofL.waleckiiDybowski mg/g·h

注：数值表示为平均值±标准误，同行相同字母表示差异不显著(P>0.05)。下同

2.2 高碱度和高氨对雅罗鱼排氨率的影响

由表2可知，与淡水组比较，高碱度组和高氨组的排氨率均被显著性抑制(P<0.05)；与其他两组相比，高氨组的排氨率在所有监测点全部显著性下降(P<0.01)，基本达到一个不排泄氨氮的地步。

表2 高碱度和高氨对雅罗鱼排氨率的影响

Table 2 Effects of high carbonate alkalinity water and high ammonia wateron ammonia excretion rate ofL.waleckiiDybowski μg/g·h

2.3 高碱度和高氨对雅罗鱼能量代谢的影响

由表3可知，雅罗鱼在淡水组和高碱度组氧氮比值无显著性差异(P>0.05)；与淡水组和高碱度组比较，高氨组氧氮比值极显著上升(P<0.01)。

表3 高碱度和高氨对雅罗鱼氧氮比的影响

Table 3 Effects of high carbonate alkalinity water and high ammoniawater on O：N ofL.waleckiiDybowski

时间点(h)淡水组(O：N)碱度组(O：N)高氨组(O：N)229.065a35.557a207.703b425.115a33.645a286.343b625.765a31.475a286.031b823.395a32.821a306.180b

3 讨论

3.1 高碱度和高氨对雅罗鱼耗氧率的影响

碱度、盐度以及温度等对鱼类的生理活动有着重要的影响，是反映鱼类能量代谢的重要指标。目前，在鱼类对盐度胁迫下耗氧率的研究比较多。如唐贤明等[14]研究发现，大菱鲆(Scophamusmaximus)幼鱼向低盐度以及高盐度突变后，耗氧率出现不同程度的升高趋势，并在24 h达到最大值。但随着幼鱼对盐度的适应，48 h后恢复到突变前的水平，说明大菱鲆对盐度胁迫有一个适应过程。江丽华等[15]在研究广盐性美国红鱼(Sciaenopsocellatus)时发现，美国红鱼的耗氧率随着盐度的增加而小幅波动，说明美国红鱼对盐度有较强的耐受性。但在高碱度和高氨胁迫下鱼类耗氧率变化规律的研究比较少。郑伟刚等[16]研究发现，彭泽鲫(Carassiusauratusvar.pengsesis)幼鱼耗氧率随着碱度的升高而上升，这说明碱度对彭泽鲫幼鱼耗氧率有显著影响。刘济源等[17]对青海湖裸鲤(Gymnocyprisprzewalskii)研究发现，碱度组与淡水组相比，青海湖裸鲤的耗氧率随时间的变化只有小范围的波动，这说明青海湖裸鲤对碳酸盐碱度具有较强的耐受性。本实验结果与青海湖裸鲤相似。与淡水组相比，高碱度组雅罗鱼耗氧率明显下降(P<0.05)，随着对碱度的适应，雅罗鱼耗氧率逐渐恢复到接近淡水组的稳定水平(表1)。究其原因，可能是雅罗鱼长期生活在碱度为50 mmol/L左右的达里湖中，体内早已产生了耐高碱应答机制，对碱度胁迫有较强的适应调节能力。

本研究第一次把高氨胁迫作为一个影响因素，初步探究了高氨胁迫对雅罗鱼耗氧率所产生的影响。实验结果发现，高氨胁迫显著抑制了雅罗鱼的耗氧率。但随着时间的延长，耗氧率是否会恢复到淡水组的水平，尚待进一步的实验验证。从本实验可以得出，碱度对雅罗鱼耗氧率影响不显著(P>0.05)，耗氧率随时间的变化只有小范围的波动，而高氨胁迫则对雅罗鱼耗氧率有显著影响(P<0.05)。

3.2 高碱度和高氨对雅罗鱼排氨率的影响

大多数不耐高氨的鱼类，水体高氨也会消除或抑制“血液-水”的氨分压梯度，从而导致体内血氨含量上升，引发氨中毒导致死亡。尽管如此，有一些鱼类对氨氮有较大的耐受性并能及时采取相应的策略逃避氨氮的毒性，保持排泄能力[26]。如Levi等[27]发现，当金鱼(Carassiusauratus)暴露于0.75 mmol/L的NH4Cl 24 h时，其大脑中的谷氨酸酰胺明显上升，当暴露时间延长至48 h时，脑中的谷氨酰胺比在24 h时增加了10倍，这说明金鱼是通过转化部分氨氮合成谷氨酸盐来减少氨氮对其的毒性。Ching B等[28]研究氨氮对弹涂鱼(Boleophthalmusboddarti)鳃和脑组织氧化胁迫发现，弹涂鱼能通过提高生成谷胱甘肽复合物以及GSH的含量，以此来缓解氨氮暴露给其脑部带来的损伤，这说明弹涂鱼对氨氮胁迫具有较强的耐受性。本实验中，高氨组与淡水组和高碱度组相比，雅罗鱼的氨氮排泄率被显著性抑制(P<0.01)，甚至基本不排泄氨氮(表2)。但由于监测时间短，尚不能说明在高氨胁迫下雅罗鱼的排氨率能否得到部分恢复。不过，已有研究表明，耐盐碱鱼类通常对高氨具有极强的耐受性[19]，这与他们长期生活在高盐碱高pH值的环境进化出特殊的排氨机制密不可分。

3.3 高碱度和高氨对雅罗鱼能量代谢的影响

氧氮比作为衡量生物体代谢中能源物质的一个重要指标，可以反映机体内3种营养物质(蛋白质、脂肪和碳水化合物)提供能量的比例，比值越大表明机体内主要是以脂肪和碳水化合物提供能量，比值越小表明机体内主要是以蛋白质提供能量。Mayzaud等[29]研究表明，氧氮比的值在3～16之间蛋白质氧化分解占主导地位；Ikeda指出氧氮比为24时，主要是蛋白质和脂肪供能[30]；Conover等[31]提出如果完全以脂肪或碳水化合物提供能量，氧氮比将无穷大。近年来研究发现，如盐度对莫荷罗非鱼(Oreochromismossambicus×O.urolepishornorum)幼鱼[32]、日本皇姑鱼(Nibeajaponica)幼鱼[33]等发现氧氮比基本符合上述变化规律。本研究中，雅罗鱼在淡水组和高碱度组中氧氮比无显著变化(P>0.05)，表明雅罗鱼不需要消耗过多的能源物质即可实现生理稳态，这与达里湖雅罗鱼长期生活在高盐碱水域有关。在高氨组中，氧氮比显著上升(P<0.01)，表明这时雅罗鱼主要是以消耗脂肪和碳酸化合物来满足机体的能量供应，而减少蛋白质的消耗，以此降低氨氮在体内的积累，避免氨中毒。

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Effects of high carbonate alkalinity water and high ammonia wateron oxygen consumption and ammonia excretion inLeuciscuswaleckiiDybowski

HE Qiang1,2,CHANG Yu-mei1,SU Bao-feng1,SUN Bo1,YAN Hao1,2,LIANG Li-qun1

(1.National & Local United Engineering Laboratory of Freshwater fish Breeding; Key Laboratory of Freshwater AquaticBiotechnology and Genetic Breeding,Ministry of Agriculture; Key Laboratory of Fish Stress Resistance Breeding and Germplasm Characteristics on Special Habitats,Chinese Academy of Fishery Sciences; Heilongjiang River Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Harbin 150070; 2.College of Fisheries and Life Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

Using hydrostatic water in sealed chamber for measurement,this study compared the change of oxygen consumption rate and ammonia excretion rate ofLeuciscuswaleckiiDybowski (72.62±3.70)g exposed in high carbonate alkalinity water (CA50 mmol/L) and high ammonia water (NH4CO31.5 mmol/L) for 4 time points (2 h,4 h,6 h and 8 h) measurement.Oxygen consumption rate was significantly inhibited in carbonate alkalinity water and high ammonia water when compared that in fresh water (P<0.05).No significant difference of the oxygen consumption rate between carbonate alkalinity and ammonia water treated fish was detected for the last three tested time points,4,6,and 8 except for the first testing time point.Results of ammonia excretion rate showed that compared with those in fresh water,the ammonia excretion rate of fish exposed in carbonate alkalinity water and ammonia water was significantly inhibited (P<0.05).In ammonia water,the ammonia excretion rate ofL.waleckiiDybowski for all 4 time points decreased,which had an extremely significant difference compared with fresh water and carbonate alkalinity water.Energy metabolism (O：N) study found that there had no significant difference in oxygen-nitrogen ratio in fish between fresh water and carbonate alkalinity water.However,compared with fish in fresh water and carbonate alkalinity water,fish in ammonia water had an extremely significant difference in oxygen-nitrogen ratio.

LeuciscuswaleckiiDybowski; carbonate alkalinity; oxygen consumption rate; ammonia excretion rate; oxygen-nitrogen ratio

2016-01-25；

2016-02-25

收稿日期：国家自然基金项目 (31461163004)；黑龙江省科技攻关项目(GCI2B307)

何 强，硕士研究生，专业方向为鱼类分子生物学，E-mail: hqiang215@163.com

梁利群，研究员，博士生导师，研究方向为水产动物基因工程育种，E-mail: llq-1019@163.com

10.3969/j.issn.2095-1736.2016.06.048

S917.4

A

2095-1736(2016)06-0048-04