魚類擁擠脅迫的代謝及調(diào)控

韓宇田 王桂芹

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130118)

魚類是水生低等變溫脊椎動(dòng)物，生存易受外界環(huán)境的影響，現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖面臨高密度造成的擁擠脅迫，使機(jī)體的免疫防御體系的功能受到抑制，導(dǎo)致魚體對(duì)各類病原敏感性的升高，生長(zhǎng)下降，嚴(yán)重影響了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，這種高密度造成的生長(zhǎng)抑制和健康受損問題一直困擾著養(yǎng)殖業(yè)，是集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的瓶頸問題之一。魚類擁擠脅迫時(shí)，其對(duì)飼料的攝食、消化和吸收、代謝與調(diào)控以及對(duì)免疫系統(tǒng)等具有很大的影響，同時(shí)亦受到酶、激素和基因的調(diào)控。以下主要以擁擠脅迫為例，從應(yīng)激的物質(zhì)和能量代謝與調(diào)控的角度，對(duì)其研究成果進(jìn)行綜述，以期為今后的研究給予啟發(fā)與佐證。

1 應(yīng)激的概述

應(yīng)激是指當(dāng)魚體受到各種應(yīng)激原刺激時(shí)，可引起其下丘腦-垂體-腎間組織軸和交感-腎上腺髓質(zhì)軸興奮性增高的一系列神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng)。Selye等首先提出將其分為3個(gè)反應(yīng)期，即警告期、抵抗或適應(yīng)期和疲憊或衰竭期。Pickering等（1983）把魚類對(duì)脅迫的適應(yīng)性反應(yīng)分為3個(gè)階段，即初級(jí)反應(yīng)、次級(jí)反應(yīng)和三級(jí)脅迫（Wendelaar，1997）。Moberg等（1985）提出環(huán)境脅迫即應(yīng)激反應(yīng)模型，包括3個(gè)階段，即應(yīng)激原識(shí)別、生物防御和應(yīng)激反應(yīng)結(jié)果階段，同時(shí)指出，這種脅迫可通過(guò)條件操作及隨魚體自身對(duì)環(huán)境的適應(yīng)而得以減輕。根據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境脅迫的性質(zhì)可分為物理脅迫，如溫度等，化學(xué)脅迫如水質(zhì)惡化等，生物脅迫如高密度養(yǎng)殖導(dǎo)致的擁擠等，管理脅迫如捕捉等。根據(jù)反應(yīng)時(shí)間的快慢可分為急性脅迫（如捕撈和干擾等）和慢性脅迫（如水質(zhì)逐漸惡化和長(zhǎng)期高密度擁擠等）（Vijayan 等，1990）。

2 擁擠脅迫與物質(zhì)、能量代謝及調(diào)控

2.1 糖代謝

高密度養(yǎng)殖造成擁擠脅迫時(shí)，魚體通過(guò)動(dòng)員體內(nèi)能源物質(zhì)來(lái)滿足其對(duì)能量的額外需求，使流向生產(chǎn)的能量逐漸減少，從而影響魚的正常生長(zhǎng)（Maule等，1990；Vijayan 等，1988）。Vijayan 等（1990）報(bào)道，高密度養(yǎng)殖的溪紅點(diǎn)鮭，其血糖降低，糖異生作用加強(qiáng)，糖代謝酶（如二磷酸果糖酶和磷酸葡萄糖脫氫酶）活性上升。Leatherland等（1985）對(duì)虹鱒、Tejpal等（2009）對(duì)鯪魚的研究都表明，魚類血糖水平隨著養(yǎng)殖密度的增加而升高。Ruane等（2001）表明，鯉在高密度養(yǎng)殖初期，血糖水平持續(xù)上升，但到30 d時(shí)，其血糖恢復(fù)到試驗(yàn)前的水平，表明鯉能耐受長(zhǎng)時(shí)間的擁擠脅迫并逐漸適應(yīng)。Chatterjee等（2006）報(bào)道，鯉在高密度養(yǎng)殖時(shí)，乳酸亦是糖異生前體的優(yōu)先替代物。逯尚尉等（2011）亦報(bào)道，點(diǎn)帶石斑魚幼魚的乳酸脫氫酶活性隨養(yǎng)殖密度的升高而升高，表明點(diǎn)帶石斑魚幼魚通過(guò)無(wú)氧呼吸供能來(lái)緩解脅迫，抵抗高密度養(yǎng)殖對(duì)其造成的擁擠脅迫，維持正常的生理代謝活動(dòng)。以上研究表明，魚類在應(yīng)激初期呼吸加速、精神高度緊張等因素導(dǎo)致血糖顯著升高，亦可能是由于肝糖元或肌糖元不斷分解為葡萄糖并被運(yùn)送至血液所致。肝糖元急劇下降，血糖顯著升高，表明機(jī)體動(dòng)用了大量的糖元以滿足脅迫所需要的能量。

2.2 脂肪代謝

在高密度養(yǎng)殖條件下，魚類會(huì)通過(guò)相關(guān)酶活性的變化，消耗脂肪來(lái)滿足其對(duì)能量的需求。Montero等（1996）報(bào)道了金頭鯛在高密度養(yǎng)殖時(shí)，血漿膽固醇水平顯著升高，說(shuō)明大量動(dòng)員脂肪。Vijayan等（1990）研究表明，高密度養(yǎng)殖的溪紅點(diǎn)鮭血6-磷酸葡萄糖脫氫酶活性降低，肝中3-脂酰COA脫氫酶活性上升，表明提高了肝中游離脂肪酸(FFA)的氧化程度，即在高密度擁擠脅迫條件下，甘油三酯被動(dòng)員為糖異生的前體物。張磊等（2007）研究表明，慢性擁擠脅迫鯉血FFA顯著高于低密度組，表明高密度養(yǎng)殖脅迫已影響到鯉的FFA代謝。Leatherland等（1985）研究表明，高密度養(yǎng)殖使得虹鱒血游離脂肪酸的含量顯著升高，而甘油三酯的含量明顯降低，表明機(jī)體通過(guò)加速脂肪分解來(lái)滿足其對(duì)能量的額外需求。

2.3 蛋白質(zhì)代謝

在擁擠脅迫條件下，魚類亦會(huì)通過(guò)相關(guān)酶活性的變化，消耗蛋白質(zhì)來(lái)滿足能量的需求。應(yīng)激時(shí)，血游離的生糖氨基酸（Gln、Thr、Gly、Ala）都有不同程度地升高。Tejpal等（2009）和逯尚尉等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，鯪魚和點(diǎn)帶石斑魚受到高密度養(yǎng)殖脅迫后，肝臟中天門冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AST）和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）活性顯著升高，糖異生作用加強(qiáng)，產(chǎn)生葡萄糖來(lái)對(duì)抗不利環(huán)境。Leatherland等（1985）發(fā)現(xiàn)，虹鱒血蛋白的水平隨著養(yǎng)殖密度的增加而明顯下降。張磊等（2007）發(fā)現(xiàn)，慢性擁擠脅迫鯉血TP顯著降低，血AST值升高，尿素氮含量增加，表明高密度組魚的營(yíng)養(yǎng)狀況不良，肝臟組織受到破壞，鰓和腎組織損傷，造成其機(jī)能紊亂。但也有高密度擁擠脅迫沒有影響溪紅點(diǎn)鮭血TP含量的報(bào)道，同時(shí)天門冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶亦無(wú)顯著變化（Vijayan 等，1990）。

總之，高密度養(yǎng)殖短期脅迫時(shí)，肝糖元下降，血糖升高，乳酸不斷上升，應(yīng)激前期機(jī)體主要通過(guò)糖酵解的途徑提供能量，血中甘油三酯含量下降，說(shuō)明機(jī)體還需動(dòng)用脂肪來(lái)滿足不斷增大的能量需求，部分魚類能夠通過(guò)自身的調(diào)節(jié)適應(yīng)環(huán)境的變化，達(dá)到新的代謝平衡，保持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。但長(zhǎng)時(shí)間環(huán)境脅迫，因血糖利用過(guò)度而造成魚體的營(yíng)養(yǎng)匱乏，當(dāng)超過(guò)機(jī)體本身可以調(diào)控的閾值時(shí)，其生長(zhǎng)下降，生長(zhǎng)離散程度加大。同樣有研究表明，魚體饑餓時(shí)，先利用血糖，其次是血脂，最后才是血清蛋白（陳劍杰等，2009）。擁擠脅迫時(shí)三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)動(dòng)員程度和順序還有待于深入研究。因此，添加與能量代謝有關(guān)的營(yíng)養(yǎng)性添加劑，迅速補(bǔ)充因應(yīng)激所消耗的能量，降低魚體高密度脅迫引發(fā)的適應(yīng)性生熱作用，使這部分維持生命活動(dòng)所需要的能量流向生產(chǎn)，從而緩解應(yīng)激，降低其危害（Moberg等，2005）。

2.4 擁擠脅迫與內(nèi)分泌調(diào)控

激素是由內(nèi)分泌腺或散在的內(nèi)分泌細(xì)胞所分泌的高效能的生物活性物質(zhì)，經(jīng)血液或組織液傳遞，發(fā)揮調(diào)節(jié)作用的化學(xué)物質(zhì)。生長(zhǎng)激素、甲狀腺激素、類固醇、胰島素和糖皮質(zhì)激素等都是調(diào)節(jié)生長(zhǎng)發(fā)育的內(nèi)分泌激素。

2.4.1 甲狀腺激素

內(nèi)分泌、營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境等因素都能影響和調(diào)控甲狀腺激素的分泌。高密度環(huán)境中養(yǎng)殖的溪紅點(diǎn)鮭，其血T3的水平雖然在各密度組間無(wú)顯著差異，但T4的含量明顯低于低密度組，同時(shí)T4與T3的比例同養(yǎng)殖密度之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（Leatherland等，1985）。體外培養(yǎng)溪紅點(diǎn)鮭的甲狀腺細(xì)胞，結(jié)果表明，隨著養(yǎng)殖密度的提高，T4脫碘酶活性降低，甲狀腺素水平降低，使得體內(nèi)蛋白質(zhì)合成減慢，導(dǎo)致魚體能通過(guò)能量分流和代謝調(diào)整來(lái)抵抗并適應(yīng)脅迫（Vijayan等，1988）。

2.4.2 皮質(zhì)醇和兒茶酚胺

機(jī)體遭受應(yīng)激時(shí)，皮質(zhì)醇和兒茶酚胺共同作用來(lái)調(diào)節(jié)能量代謝以適應(yīng)環(huán)境的變化。脅迫時(shí)，腎上腺髓質(zhì)釋放的腎上腺素增加，使糖元分解成葡萄糖，血糖升高（杜浩等，2006）。但也有學(xué)者認(rèn)為，應(yīng)激誘導(dǎo)的高血糖癥不完全依賴于皮質(zhì)醇，Vander等(1991)認(rèn)為，主要是血中兒茶酚胺水平升高的結(jié)果，而Wendelaar等(1997)則認(rèn)為是兒茶酚胺和皮質(zhì)醇共同作用的結(jié)果。Ruanetal等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)激后 0～4 h，血游離脂肪酸水平逐漸升高，釋放入血。Picking等（1987）認(rèn)為，皮質(zhì)類固醇能促進(jìn)糖的合成和脂肪降解，這些過(guò)程均能產(chǎn)生能量供給機(jī)體來(lái)緩解脅迫。慢性脅迫對(duì)血皮質(zhì)醇并未產(chǎn)生顯著的影響（Procarione等，1999；Ruane等，2003)，這可能是魚類在長(zhǎng)期慢性刺激過(guò)程中，已適應(yīng)了某些刺激，導(dǎo)致HPI產(chǎn)生負(fù)反饋調(diào)節(jié)，從而使血皮質(zhì)醇穩(wěn)定在某一較低水平。魚類的生命活動(dòng)可通過(guò)內(nèi)分泌激素的綜合效應(yīng)來(lái)調(diào)控。如皮質(zhì)醇、甲狀腺激素可通過(guò)升高血糖濃度而間接刺激胰島素的分泌（林浩然等，1999），T3可通過(guò)5-D單脫碘酶脫碘來(lái)轉(zhuǎn)化T4而來(lái)（林浩然等，1999），同樣IGF-I基因表達(dá)可通過(guò) T3和 T4來(lái)促進(jìn)（Annette等，2003）。Deane等(2000)研究表明，未感染弧菌的鲆鯛，血皮質(zhì)醇沒有明顯變化，中度和嚴(yán)重感染弧菌的鲆鯛，血皮質(zhì)醇高于對(duì)照組，但血T3和T4顯著降低，表明魚類通過(guò)內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)共同啟動(dòng)來(lái)抵抗感染，維持機(jī)體的平衡狀態(tài)。

3 存在問題和發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，以下幾個(gè)問題需要進(jìn)一步研究和探討。①短時(shí)間的急性擁擠脅迫和長(zhǎng)時(shí)間的慢性擁擠脅迫自身是如何通過(guò)物質(zhì)和能量代謝來(lái)調(diào)控的；②評(píng)價(jià)慢性擁擠脅迫的物質(zhì)和能量代謝指標(biāo)不敏感，即慢性擁擠脅迫的代謝機(jī)理有待于深入探討；③擁擠脅迫影響生長(zhǎng)的機(jī)制有必要從能量代謝方面做系統(tǒng)的研究和闡釋。