双酚A对雄性西部食蚊鱼行为及生长和生殖性状的影响

董成龙, 朱 龙, 周琳珺, 赵 煜, 范晓腾, 王在照

(西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌712100)

双酚A(BPA)作为普遍存在于我们生活中的一种内分泌干扰化合物，对经典的核结合雌激素受体和膜结合雌激素受体GPR30均有激动作用，并对雄激素受体和甲状腺激素受体有拮抗作用。自20世纪50年代以来，BPA一直用于聚碳酸酯、环氧树脂、增塑剂等物质的合成中，其使用和排放量呈快速增长趋势，在部分废水、河水和海水中均能检测到BPA污染，导致水生生物接触的可能性增加。由于其内分泌干扰毒性，BPA对鱼类免疫系统、脂质代谢和生殖等均具有不利影响。

食蚊鱼为硬骨鱼纲(Osteichthyes)鳉形目(Cyprinodontiformes)胎鳉科()食蚊鱼属()的一种小型卵胎生淡水鱼类，原产于北美洲，最初被人们用做防控蚊子的手段引进我国，现已广泛分布在我国南方水域中。其强大的入侵能力可改变土著鱼类生态位。据报导，目前食蚊鱼已威胁到我国南方水域的唐鱼和青鳉等物种的生存。雄性西部食蚊鱼的臀鳍在发育的过程中特化为生殖鳍，通过追逐强行将生殖鳍插入雌鱼生殖孔，从而进行精子的传递，这一现象被称为性胁迫。西部食蚊鱼明显的两性异型现象和雄性的性胁迫繁殖策略使其被广泛应用于行为学研究。

本试验主要关注雄性西部食蚊鱼行为指标中的性格特征和生殖行为。性格是指种内个体间的行为差异，在个体的一生中并不是一成不变的，会随着时间的推移和环境的改变而不断调整。目前关于鱼类性格特征的研究主要是从以下五个方面进行的，即害羞-勇敢、探索-回避、活跃性、攻击性和社会性。对生殖行为而言，配偶选择是个体衡量潜在交配对象的相对价值并做出最优选择的一种生殖策略。这种策略是复杂灵活的，不仅与潜在的交配对象有关，还与外部环境相关。同性竞争、捕食压力、种群密度等均能对配偶选择产生影响。

行为的调整往往是生物体对环境改变的第一反应，可以改变生物对环境变化的适应，这意味着行为的干扰会对个体和种群产生复杂的影响。生物的行为与其食物获取能力息息相关，而生物个体从自然环境中获取的能量有限，因此在生命进程中对不同阶段的能量投入和分配情况是实时变化的，这就是生物生活史策略的权衡。环境变化后，生物个体通过生活史性状间的权衡以提高适合度也是目前生活史演化研究中的重点问题。研究表明，雄性食蚊鱼可以根据环境的变化调节自身脂肪的积累和利用，因此其在生活史性状间的权衡可以体现在部分生长和生殖性状中，即体组织瘦肉重、脂肪含量和性腺指数。

目前，已有大量研究报导了关于BPA对哺乳动物行为的影响，然而BPA对鱼类性格特征的研究还不够全面，因此本研究通过检测BPA暴露下雄性西部食蚊鱼的行为指标及生长和生殖性状的变化，探讨BPA对野生雄性西部食蚊鱼的影响。

1 材料与方法

1.1 试验动物及饲养管理

本研究中使用的性成熟雄性食蚊鱼采自中国杭州地区(n=153；120°15.58'N,30°27.70'E)。试验鱼带回实验室后暂养在水族箱(200 L)中适应14 d，期间养殖水温为25 ± 1℃，光照周期为12L:12D，提供充足氧气。每天饲喂试验鱼两次，食物为市场上购买的冷冻摇蚊幼虫和片状饲料。

1.2 试验设计

根据此前相关试验所设置的浓度和受污染水体中的浓度将本研究试验组的BPA浓度设置为15 μg/L和225 μg/L，另设一空白对照组，每个试验组各设三个重复，每个重复17尾食蚊鱼。试验期根据相关暴露实验设置为21 d。暴露实验是在容积为100 L的水族箱中进行的，养殖环境与暂养期间保持一致。因为BPA容易光解，暴露期间所有试验缸每天更换一半的暴露用水，并补充暴露药物，以维持BPA浓度稳定。

1.3 测定指标与方法

首先使用三个标准的性格指标来描述每条试验鱼的性格特征：(1)勇敢度，用被测个体从掩体进入一个未知环境的潜伏时间表示，潜伏时间越长勇敢度越低；(2)活跃度，即被测个体在观测区域中的活动距离；(3)社会度(集群性)，指被测个体在一群同性同类附近活动的时间。对每个个体的性格进行了两次重复测定。随后，对所有试验对象进行经典的二元择偶试验，即测定试验个体在体型不同(大/小)的两条异性之间选择的倾向。在该二元择偶试验中，使用动画来模拟异性以排除体型外的其他因素对配偶选择偏好强度的干扰，其有效性已被证实。配偶选择偏好的强度使用SOP(strength of preference)衡量，SOP等于被测个体停留在大体型异性周围的时间与其停留在小体型异性周围时间的差除以两个时间的总和。SOP大于0说明被测个体偏好大体型异性，小于0则相反。具体行为学实验方法和步骤参照Chen等所示。最后，对于试验鱼使用Riesch等所提出的生活史测定方法评估了体组织瘦肉重(mg)、脂肪含量(%)和性腺指数(gonadosomatic index, GSI)(%)。

1.4 数据处理与分析

试验数据用SPSS 20.0进行统计分析，用“边际均值±标准差”表示。对所有的数据先进行正态性检验，对于不符合正态性的数据进行Box-Cox转换，使其符合或近似正态分布和方差齐性。然后进行多元协方差分析，在该模型中，体长作为协变量(若协变量影响不显著，则在后续分析中剔除)。之后对各项指标进行方差分析，再通过两两比较确定不同处理组之间的差异。对于配偶选择偏好强度的数据，使用单样本T检验判断每个处理组的SOP平均值与检验值(0)之间是否存在显著性差异。

2 结果与分析

2.1 BPA对雄性西部食蚊鱼性格特征的影响

对雄鱼的各项性格特征进行分析，结果如图1所示。15 μg/L的BPA暴露使雄鱼潜伏时间显著增加(即勇敢度显著减弱)(<0.05)，225 μg/L试验组无显著影响(>0.05)(图1a)；15 μg/L和225 μg/L的BPA暴露对雄鱼活跃度均无显著影响(>0.05)(图1b)；225 μg/L的BPA暴露使雄鱼社会度显著增强(<0.05)，而15 μg/L试验组无显著影响(>0.05)(图1c)。结果表明随着BPA浓度的升高，食蚊鱼的潜伏时间是先增加后减少的，社会度则是不断增强的。

图1 雄性西部食蚊鱼经BPA处理后的性格特征(a)潜伏时间；(b)活跃度；(c)社会度；不同字母表示数据之间的差异显著(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对雄性西部食蚊鱼配偶选择偏好的影响

如图2所示，15 μg/L和225 μg/L的BPA暴露对雄鱼SOP均无显著影响(>0.05)；从雄鱼SOP的非零检验(见表1)结果发现，各个试验组的雄鱼配偶选择偏好强度SOP均与检验值0无显著差异(>0.05)。表明雄鱼在各个浓度下对配偶体型大小均无明显偏好，且该偏好的强度不受BPA浓度变化的影响。

图2 雄性西部食蚊鱼经BPA处理后的SOP Fig. 2 SOP of male G. affinis treated with BPA

2.3 BPA对雄性西部食蚊鱼生长和生殖性状的影响

对雄鱼脂肪含量的分析发现，225 μg/L的BPA暴露使其显著降低(<0.05)，15 μg/L的BPA暴露无显著影响(>0.05)(图3b)；对于体组织瘦肉重和性腺指数而言，15 μg/L和225 μg/L的BPA暴露均无显著影响(>0.05)(图3a、3c)。表明随着BPA浓度的升高，雄鱼脂肪含量是不断降低的。

表1 雄性西部食蚊鱼个体的SOP均值在不同浓度BPA下的非零检验，检验方法为单样本T检验，检验值为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

图3 雄性西部食蚊鱼经BPA处理后的生长和生殖性状(a)体组织瘦肉重；(b)脂肪含量；(c)性腺指数Fig. 3 Reproductive biology traits of male G. affinis treated with BPA(a) Lean weight; (b) Fat content; (c) GSI

3 讨 论

3.1 BPA对食蚊鱼性格特征的影响

雄鱼的潜伏时间在15 μg/L的BPA处理后，相对于对照组显著增加，说明雄鱼在经过15 μg/L的BPA的处理后勇敢度减弱(即更胆小)，但225 μg/L的BPA处理组的雄鱼潜伏时间与对照组和15 μg/L的BPA处理组之间均无显著差异，说明225 μg/L的BPA的处理对雄鱼勇敢度也有减弱的趋势。这种现象也许可以用BPA的非单一剂量效应解释，即环境内分泌干扰物必须超过一定的阈值浓度，才会在生物体中引发生理反应，当超过有效浓度范围时，机体诱导的代谢、排泄等适应性解毒机制又会抑制其不利影响。这种现象在稀有鮈鲫的激素水平、表型，斑马鱼的行为和非洲爪蟾子代的性比中均被报导过。本试验中，雄鱼的活跃度并不受本试验所选取的BPA浓度的影响，这种现象在其他有关环境污染物的研究中也有发现，如氟西汀和17β-群勃龙对雄性食蚊鱼的活跃度均无显著影响。对雄鱼的社会度而言，经BPA处理后有显著增强的趋势。然而，有研究发现斑马鱼的社会行为在经过228.29 μg/L的BPA早期暴露后显著减少，这与本试验的结果相反，可能是由试验对象的生活方式差异导致，即斑马鱼是一种生活于松散的社会群体中的鱼类，而食蚊鱼是一种具有高社会性、高集群倾向的鱼类。

3.2 BPA对食蚊鱼配偶选择偏好的影响

雄性西部食蚊鱼配偶选择偏好强度不受BPA的影响，这可能与其特殊的繁殖策略相关。雄性西部食蚊鱼采用性胁迫的交配方式，通过跟随的方式靠近雌鱼，将生殖鳍强行插入雌性生殖孔输送精子，并尽可能多地与异性交配，因此雄性西部食蚊鱼并不挑选配偶的体型。同时也有证据表明，环境的变化可以通过干扰个体对配偶选择中的相关信息(体型大小、颜色等)的接收和识别来改变动物的生殖行为，从而降低其对潜在配偶的要求。

3.3 BPA对食蚊鱼生长和生殖性状的影响

BPA暴露对雄性西部食蚊鱼生长和生殖性状中的体组织瘦肉重和性腺指数无显著影响，但显著降低了雄鱼的脂肪含量。这可能是由于BPA对雄鱼甘油三酯和脂肪酸代谢的影响，有研究表明，持续3周15 μg/L的BPA暴露会导致雄性稀有鮈鲫甘油三酯和脂肪酸合成相关基因表达的降低，并引起脂肪酸β氧化相关基因表达的增加。从生活史理论方面来看，雄性西部食蚊鱼在面对环境压力时会通过减少机体用于储存能量的脂肪含量从而维持生殖指标的稳定。

从环境中获取诸如食物、配偶或庇护所的位置和质量等信息是动物生存的关键要求，个体可以通过个人经验(私人信息)或通过观察和与他人互动(社会信息)获得信息。研究发现，更大胆的个体倾向于更多地依赖个人所收集的环境信息，而胆小的个体会更多地利用社会群体采集的环境信息。同时，相关研究也表明在捕食压力下，食蚊鱼鱼群决策的速度和准确度是随着群体规模的增大而增加的，且集群性作为鱼类对捕食的适应性反应，为其提供了有效的防御手段。以上研究结果均表现了食蚊鱼的勇敢度与社会度之间存在一定的联系，这与本试验勇敢度减弱和社会度增强的结果相符。王蕾等发现饥饿胁迫的中华倒刺鲃呈现出更高的群体凝聚力和协调性，以提高群体的生存能力，表明机体能量的缺乏可以使鱼类的集群性增强，这与本试验中脂肪含量降低和社会度增强的结果相似。综上所述，BPA暴露会导致雄性西部食蚊鱼的脂肪贮备量降低，而机体能量储备的缺乏可能引起社会度的增强和勇敢度的减弱，并趋于在群体中躲避敌害和获取食物。

4 结 论

行为学研究表明BPA暴露会导致雄性西部食蚊鱼更加胆小，但使其集群性增加，而生长和生殖性状的研究结果显示暴露后的雄鱼脂肪含量显著降低。说明在受到内分泌干扰物污染的水域环境中，食蚊鱼行为的改变和能量储备的降低可能对其生存产生负面影响。