擁擠脅迫對水生生物影響的研究進展

徐 賀， 王桂芹， 陳秀梅， 叢林梅

（吉林農業大學動物科學技術學院，吉林長春 130118）

在現代集約化養殖條件下，水產養殖動物極易受到外界環境的影響，如溫度、鹽度、氧氣變化以及高密度養殖而造成的擁擠脅迫等 （徐赟霞等，2010）。擁擠脅迫是水產養殖中比較常見的現象，原因是人們為了追求較高的經濟效益，通過增加水體的放養密度達到提高單位水體的產魚量（Schra等，2006）。高密度的養殖模式使水產動物不能維持正常的生理狀態，引起水質惡化，水中有害物質含量增加 （亞硝酸鹽、氨氮等），導致水產動物對飼料利用率降低，生長發育遲緩，免疫力降低，對病原易感性增加等（朱建新等，2011）。

1 擁擠脅迫的反應過程及機制

1.1 激素水平的變化 水產動物的內分泌系統可通過兩個反應系統來調控脅迫，即下丘腦-垂體-腎間組織軸（HPI）和交感-腎上腺髓質系統（于淼，2008）。在擁擠脅迫狀態下，水產養殖動物HPI受到連續的刺激，引起頭腎細胞中皮質醇激素的合成與釋放，而養殖動物的交感-腎上腺髓質系統也受到刺激，引起機體中腎上腺髓質的嗜鉻細胞釋放兒茶酚胺 （去甲腎上腺素和腎上腺素二者統稱）（周顯青等，2001）。脅迫的反應機制是由內分泌系統和神經系統二者共同參與，由合成代謝轉向分解代謝 （Pickering等，1992）。兒茶酚胺可促進機體中肝臟、骨骼肌以及心肌內糖原的分解，為機體短時間供給能源，皮質醇可增強機體中能源物質（蛋白質、酯類、糖原）的分解代謝，為機體長期供給能量（Gamperl等，1994）。

水產動物為抵抗應激產生的皮質醇在機體中不被儲存，直接進入血液，所以血漿中皮質醇的含量是衡量水產動物所受脅迫強度的指標。有研究表明，魚類受到急性擁擠脅迫時，血清中皮質醇濃度快速升高，經過一段時間后回落到正常或接近正常水平，因為皮質醇能夠促進能源物質代謝，脅迫期間可滿足機體對能量需求的增加（林浩然等，1999）。 Rotllant 等（1997）對紅色棘鬣魚（Pagrpa grus）、王文博等（2004a）對鯽（Carassius cuvieri）、Ruane 和 Komen（2003）對鯉魚（Cyprinus carpio）的研究表明，因高密度養殖模式引起的擁擠脅迫可以導致魚類血清中皮質醇濃度快速升高，其作用強度與飼養密度呈正相關。水生生物在擁擠脅迫狀態下，血清中皮質醇水平并不是持續上升的。Barton 和 Wama（1991）對虹鱒（Salmo gairdneri）、逯尚尉等（2011）對點帶石斑魚（Epinephelus malabaricus）的研究表明，高密度養殖引起的擁擠脅迫開始時，血液中皮質醇水平迅速上升，隨著應激時間的增加，機體對應激產生了一定的適應，皮質醇水平有所降低或恢復到接近正常水平。慢性擁擠脅迫引起皮質醇低水平現象，可能是因為初期高濃度皮質醇對HPI負反饋作用引起的（Rotllant等，2000），也可能是皮質醇的代謝途徑改變造成的（Vijayan，1990）。血液中皮質醇的濃度可作為水產動物急性脅迫的敏感指標，但并非高密度持續養殖造成的擁擠脅迫的敏感評價指標。機體受到脅迫引起血液中兒茶酚胺升高是因為交感神經受到刺激，產生興奮，引起兒茶酚胺類物質的釋放（林浩然等，1999）。兒茶酚胺可作為一種神經遞質調節心血管活動，也可作為另一種應激激素對機體免疫功能產生影響，在哺乳動物方面，可抑制有絲分裂原誘導淋巴細胞的增殖，而在水產動物方面主要是皮質類固醇對免疫功能的影響（Maule和Schreck，1990）。血液中皮質醇水平長時間上升也可導致水產動物的免疫系統功能受到阻礙，使水產動物對各種疾病的易感性增強 （Demers和Bayne，1997）。

1.2 基因組效應 在機體內糖皮質激素（GC）最主要的生理作用是基因組效應，即與胞漿中游離的糖皮質激素受體（GR）結合，引起GR構象發生改變并與熱休克蛋白（HSP）解離，形成的激素-受體復合物轉移至細胞核，對下游靶基因發揮轉錄活化或者抑制的調節作用。在機體應激過程中糖皮質激素主要發揮的是轉錄抑制作用，即抑制促炎癥轉錄因子 （核因子和激活蛋白-I等）轉錄調節作用，從而產生抗炎作用，糖皮質激素副作用的主要機制是轉錄活化作用（Weyts等，1998）。

應激時不斷的刺激機體的HPI軸興奮分泌大量的糖皮質激素，通過轉錄抑制起到抗炎作用，降低轉錄活化作用，緩解應激負面影響。糖皮質激素過多導致細胞機能降低，引起淋巴細胞的溶解（Takashi和 Tenyuki，2002）。 HSP 的保護機制為其本身對蛋白質構象的穩定作用，調節應激酶的產生；HSP可通過抑制核因子 （NF-kB）活性、腫瘤壞死因子（TNF-α）產生阻止細胞凋亡起到保護作用；參與免疫反應對細胞起到保護作用（王桂芹，2010）。應激狀態下，機體細胞中熱應激蛋白（HSP70）基因表達量快速上升，并與GR結合或者作為分子伴侶參與蛋白質折疊、轉運、轉位及生物合成等過程，HSP70可以迅速、短時間調節脅迫反應過程中細胞的存活功能，降低細胞損傷，有利于脅迫細胞正常結構的恢復及功能重建，使細胞產生耐受性（Basu等，2002）。在肝臟、骨骼肌中GR可通過調控某些酶類而參與能量代謝，外周GR有抗免疫、抗炎作用（Weyts等，1998）。正常狀態下，機體細胞中HSP70濃度較低，應激狀態下HSP70濃度顯著上升，HSP70濃度的增加是細胞對應激調控的一種表現，緩解脅迫帶來的不良影響，對細胞起到保護作用（Jaattela，1999）。有研究表明，因高養殖密度引起的慢性擁擠脅迫影響糖（腎上腺）皮質激素受體的表達，肝臟中的糖皮質激素的濃度隨血液中皮質醇濃度升高而下降 （Genciana等，2005）。HSP70是機體對應激調控能力的敏感指標（Basu等，2002），GRmRNA是慢性擁擠脅迫和魚類福利狀況的敏感指標（Macle和 Schreck，1991）。

2 擁擠脅迫對水生生物的影響

2.1 擁擠脅迫對水生生物行為的影響 動物行為的改變是更好地適應環境的第一手段 （張廷軍等，1998）。通常情況下，水生生物產生應激反應時，行為改變表現為呼吸加快、驚慌躲竄、警惕性增強、煩躁不安、運動頻率增加、翻滾跳躍以及不斷地游泳等。經過一定時間應激后，水生生物的運動頻率下降，游泳速度緩慢，在水面漂浮不攝食、無力，由輕度浮頭轉變成重度浮頭時，時而漂浮水面時而沉在水底，受驚嚇不動，體表顏色加深，接近死亡（胡應高，2004）。據報道，魚類在擁擠脅迫情況下，游泳行為出現異常，運動頻率增加，同時魚類的好斗性受到影響 （Mcfarlane等，2004）。 中華鱘（Acipenser sinensis Gray）在擁擠脅迫下行為出現變化，隨著養殖密度的增加，運動頻率加強，呼吸加快，警惕性增強，且隨著脅迫時間的持續對中華鱘行為影響加深（張建明等，2013）。高養殖密度降低魚類的好斗性和對領土的占有欲（張廷軍等，1998）。 Cooke等 （2000） 對硬頭鱒（Oncorhynchus mykiss）研究發現，高密度的養殖會增加硬頭鱒日活動頻率。

2.2 擁擠脅迫對水生生物生長的影響 隨著養殖密度的增加，水生生物攝食率降低，生長發育緩慢，死亡率增高（Allen，1974）。 張磊等（2007）研究表明，鯉在高密度養殖模式下終末體質量、特定生長率降低。張建明等（2013）研究結果顯示，高密度的養殖模式導致中華鱘生長受到阻礙，攝食率下降，高密度的養殖對中華鱘生長帶來了負面影響，不利于其生長發育。李大鵬等（2004）研究發現，高密度的養殖模式抑制史氏鱘（Aclpenser schrenckii）生長，且養殖密度和特定生長率存在顯著的負相關性。這與步艷等（2013）對大雜交鱘、逯尚尉等（2011）對點帶石斑魚、陳亞坤等（2011）對凡納濱對蝦（Penaeus vanname）的研究結果一致。

有關擁擠脅迫導致水生生物生長受到阻礙的原因，有學者認為，高密度的養殖模式使水生生物生存空間和食物的競爭加劇，水生生物運動消耗能量增加和飼料攝食量減少，導致水產動物的生產性能下降 （Marchand和 Boisclaor，1988）。有研究認為，隨著飼養密度的增加動物餌料消耗量降低是造成養殖動物生長率降低的主要原因（Vijayan 和 Leatherland，1988）。 還有研究認為，當機體處于應激狀態時，魚類的HPI受到連續刺激，造成體內激素（皮質醇、胰島素等）水平發生改變，養殖動物為更好地適應應激行為模式發生改變，體內大量的能量被消耗，致使糖異生作用增強，這一系列變化給魚類生長帶來了負面的影響（張廷軍等，1998）。水體中溶氧充足時可緩解擁擠脅迫對水生物生長的抑制。Blackbum等（1990）對銀鱒（Coho salmon）、Poston 和 Williams（1988） 對 大 西 洋 鮭 （Atlantic salmon） 的 研 究 發現，在高密度養殖時，提高水體溶氧濃度可緩解應激對生長的抑制作用。

2.3 擁擠脅迫對水生生物生理生化指標的影響擁擠脅迫對水產動物生理生化指標的影響，主要表現對血液成分的影響上，而血液與養殖動物機體的物質代謝、能量代謝、營養狀態及健康情況有著緊密的聯系，當機體受到外界應激原刺激引起一系列生理生化變化時，必定會通過血液指標反應。所以，血液成分變化可作為評價水產動物脅迫程度的重要指標（周玉等，2001）。

血糖、血脂、血清蛋白是水產動物血液中重要的供能物質，正常狀態下，機體內血糖含量相對比較穩定，而應激出現時，短時間機體內血糖含量會升高，長時間應激會導致機體內的血糖下降，且當機體內的血糖不足時，血脂、血清蛋白才會被動物利用（高明輝，2008）。Montero 等（1990）對金頭鯛（Sparus aurata）的研究表明，高密度的養殖模式導致金頭鯛的紅細胞數量、血紅蛋白含量、血漿蛋白含量以及血糖含量顯著下降。Vijayan等（1990）對溪紅點鮭（Salvelinus fontinalis）的研究表明，鮭魚在擁擠脅迫狀態下，血糖含量降低，糖異生作用增強。張磊等（2007）研究表明，在擁擠脅迫下可導致鯉血液中皮質醇水平增加，皮質醇水平的高低與擁擠脅迫強度有關。這與李愛華 （1997）對草魚（Ctenopharynodon idellus）、王文博等（2004a）對鯽的研究結果一致。擁擠脅迫使水生生物對能量的需求增強，水生生物通過分解供能物質來滿足機體對能量的需求，即血糖的升高、糖異生作用加強及甘油三酯參與糖代謝（陳平潔等，2007）。

2.4 擁擠脅迫對水生生物免疫力的影響 當水生生物長時間處于擁擠脅迫狀態下，免疫機能受到限制，導致機體抵抗外界病原入侵的能力降低，誘發各種疾病，嚴重時導致魚類死亡（Di Marco等，2008）。擁擠脅迫通過影響水生生物的免疫器官、體液免疫和免疫細胞，引起水生生物的一些組織及細胞的病變（淋巴細胞病變、組織損傷等），抑制水生生物防御系統，降低水生生物的抗病能力（張廷軍等，1998）。 李愛華（1997）對草魚進行擁擠脅迫研究發現，脅迫10 d后，高密度養殖組草魚的脾臟體比顯著低于低密度組，表明魚類的脾臟會受到擁擠脅迫的影響。王文博等（2004b）研究不同的養殖密度對草魚非特異性免疫功能影響，結果表明中度和高密度的養殖導致草魚脾臟萎縮，且抑制草魚非特異性免疫功能。陳亞坤等（2011）研究表明，隨著放養密度的增加，凡納濱對蝦酚氧化酶原活性、堿性磷酸酶以及溶菌酶活性下降。Rotllant等（1997）對擁擠脅迫下紅色棘鬣魚的研究表明，紅色棘鬣魚在23 d脅迫后，溶菌酶含量在脅迫16 d后明顯升高且持續到第23天，其替代途徑補體活性乙酰膽堿值明顯降低。這與Ortuno等 （2001）和Tort等（1996）對海鯛（Sparus aurata）的研究結果相符。根據以上試驗結果可知，擁擠脅迫可引起水生生物補體的活性降低，抑制免疫系統發揮正常功能，但經過一段時間的擁擠脅迫后，溶菌酶升高，緩解了擁擠脅迫對水生生物的負面影響。

3 小結與展望

擁擠脅迫阻礙水產動物正常生理功能的發揮，導致水產動物的行為活動發生改變，生長發育遲緩，免疫功能降低等，嚴重時使水產動物死亡。可見擁擠脅迫不利于現代化集約化養殖模式的發展及水產養殖業的健康發展。目前，關于擁擠脅迫的研究主要集中在對水產動物生長、血液生理生化指標、免疫力等方面的影響。今后還應加深以下幾個方面的研究：（1）水產動物在擁擠脅迫期間抗病力降低的根本原因；（2）慢性擁擠脅迫時，機體中是否存在比糖皮質激素水平更敏感的脅迫指標，即加強對慢性擁擠脅迫分子機理的研究；（3）通過營養調控手段提高動物的免疫力，加強水產動物的抗擁擠脅迫能力，降低擁擠脅迫給水產動物帶來的不良影響。

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