急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚抗氧化和免疫指標(biāo)的影響

管 敏，張厚本，王 龍，唐大明，張德志，姜 偉

(中國長江三峽集團公司中華鱘研究所，三峽工程魚類資源保護湖北省重點實驗室，湖北宜昌 443100)

史氏鱘 (Acipenserschrenckii) 俗稱七粒浮子，主要分布于黑龍江、烏蘇里江和松花江等地，因其生長速度快、抗逆性強、肉質(zhì)鮮美，具有較高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值，逐漸發(fā)展成為我國鱘養(yǎng)殖的主要品種之一[1]。史氏鱘作為一種亞冷水性魚類，環(huán)境溫度是影響其正常生長和代謝的重要環(huán)境因子之一，其最適生長水溫為19～22 ℃[2]。在史氏鱘的養(yǎng)殖過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因季節(jié)更替、氣候變化及人為因素的原因?qū)е滤疁爻霈F(xiàn)節(jié)律性或突發(fā)性的溫度驟變[3]，從而對其造成一定程度的低溫脅迫。低溫脅迫包括冷馴化和溫度驟變，前者是指水溫的緩慢降低(慢性低溫脅迫)，而后者則指水溫的驟降(急性低溫脅迫)[4]。研究表明，低溫脅迫可以對魚類的行為[5]、營養(yǎng)代謝[6]、血液指標(biāo)[5]、抗氧化能力[7]、免疫[8]、生殖進程[9]、胚胎發(fā)育和仔魚發(fā)育[10]等產(chǎn)生影響。當(dāng)?shù)蜏孛{迫的強度在魚體耐受范圍內(nèi)時，魚體會通過自我調(diào)節(jié)適應(yīng)低溫環(huán)境;當(dāng)?shù)蜏孛{迫的強度超出魚類承受能力時，魚體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)將發(fā)生不可逆的改變，最終導(dǎo)致死亡[11]。因此，研究急性低溫脅迫對史氏鱘抗氧化和免疫的影響，可為史氏鱘的人工養(yǎng)殖和運輸提供重要的理論指導(dǎo)，具有非常重要的實際意義。

目前，關(guān)于史氏鱘的研究主要集中在營養(yǎng)[12]、繁殖[1]、病害[13]等方面，而關(guān)于急性低溫脅迫對史氏鱘抗氧化防御系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的影響研究未見報道。本實驗通過研究急性低溫脅迫條件下史氏鱘幼魚抗氧化和免疫指標(biāo)的變化情況，掌握水溫驟降對其代謝水平和生理狀況的影響，從而為深入研究史氏鱘幼魚應(yīng)激反應(yīng)及耐寒機理提供理論依據(jù)，也為優(yōu)化史氏鱘的養(yǎng)殖、運輸技術(shù)提供重要的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗魚為中國長江三峽集團公司中華鱘研究所2016年全人工繁殖所得的史氏鱘幼魚。隨機挑選規(guī)格一致、體質(zhì)健康史氏鱘幼魚162尾，體質(zhì)量為 (180±16)g，體長為(30.50±1.50)cm，并將其暫養(yǎng)于直徑4.0 m的養(yǎng)殖池中，暫養(yǎng)水溫為23 ℃，溶氧6.0～7.0 mg/L，pH 7.3～7.6，氨氮0.01 mg/L，亞硝氮為0.005 mg/L，每天飽食投喂1次，3 d后開始實驗，實驗開始前1 d停止投喂。

1.2 實驗設(shè)計

實驗在直徑4.0 m、水深0.8 m的實驗池中進行，實驗水溫設(shè)置3個溫度水平，分別為23、17和11 ℃，其中，23 ℃組為常溫對照組，每個溫度組設(shè)3個平行組，每個平行組18尾魚。具體方法為:使用循環(huán)水系統(tǒng)的制冷機將實驗池中的水溫由23.0 ℃降至設(shè)定溫度后，將實驗魚從水溫23℃的暫養(yǎng)池中分別直接轉(zhuǎn)至水溫為11、17和23 ℃的實驗池中，2 h后再轉(zhuǎn)回水溫23 ℃的暫養(yǎng)池中進行恢復(fù)，并于0、3、6、12、24、48 h時取樣，每個溫度組每次取樣9尾魚;23 ℃組作為對照組，雖然水溫沒有變化，但也要經(jīng)歷人為轉(zhuǎn)魚的操作過程，避免人工操作對實驗造成的誤差。實驗期間，連續(xù)充氣，每隔30 min校準(zhǔn)調(diào)節(jié)一次溫度，維持溫差在±0.5 ℃。

1.3 樣品的采集處理及各項指標(biāo)的測定

用120 mg/L的MS-222將實驗魚快速麻醉后解剖，取肝臟組織。用預(yù)冷的魚用生理鹽水將肝臟沖洗干凈，濾紙吸干水分后將其切成小塊，并置于2 mL離心管中，經(jīng)液氮快速冷凍后，置于-70 ℃保存待測。

抗氧化指標(biāo)包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、谷胱甘肽(GSH)含量、丙二醛(MDA)含量、總抗氧化能力(T-AOC)活性;免疫指標(biāo)包括溶菌酶(LZM)活性和免疫球蛋白M(IgM)。以上指標(biāo)的測定采用南京建成生物工程研究所研制的試劑盒，具體實驗方法參考其說明書。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

實驗數(shù)據(jù)用SPSS16.0和Excel 2016軟件進行統(tǒng)計分析與作圖，利用單因素方差分析(One-Way ANOVA)和Duncan’s多重比較檢驗低溫脅迫對各項指標(biāo)影響的顯著性，差異的顯著性以P< 0.05為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)表示。

2 結(jié)果

2.1 急性低溫脅迫條件下史氏鱘幼魚的行為表現(xiàn)

當(dāng)水溫由23 ℃驟降至17 ℃時，史氏鱘幼魚的應(yīng)激反應(yīng)強烈，呼吸頻率加快，四處亂竄，不斷撞擊池壁，10 min后游動逐漸變慢，30 min后大部分魚伏底不動;當(dāng)水溫由23 ℃驟降至11 ℃時，史氏鱘幼魚應(yīng)激反應(yīng)更為強烈，甚至有魚跳出水面的現(xiàn)象，隨著時間的推移，魚體游動的速度迅速下降，15 min后伏底不動，低溫脅迫結(jié)束時，魚體吻端、腹部和肛門充血，但未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。

2.2 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚抗氧化指標(biāo)的影響

2.2.1 SOD活性

如圖1所示，17 ℃和11 ℃組SOD活性隨恢復(fù)時間延長均呈波浪式變化，但11 ℃組SOD活性趨勢變化的時間拐點明顯滯后于17 ℃組;在23 ℃組中，SOD活性隨著恢復(fù)時間的增加總體呈緩慢增加的趨勢，其中，0 h組與48 h組差異顯著。此外，在0 ～3 h時，SOD活性隨水溫驟降溫差的增大呈先升后降的趨勢，且17 ℃組與11 ℃、23 ℃組差異顯著。

圖1 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚SOD活性的影響Fig.1 Effect of acute temperature stress on the SOD activity of juvenile Amur sturgeon圖柱上方不同小寫字母表示同一時間段內(nèi)不同溫度組之間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示同一溫度組不同恢復(fù)時間差異顯著(P<0.05)(下同)。

2.2.2 CAT活性

圖2顯示，各溫度組CAT活性的變化趨勢與SOD相似。在11 ℃組中，6 h的CAT活性最大，顯著高于3 h組和24 h組;17 ℃組中，CAT活性在24 h時達(dá)到最大值，且24 h組與0 h組、3 h組均差異顯著;23 ℃組中，0 h組、3 h組CAT活性均顯著低于24 h組和48 h組。此外，17 ℃組CAT活性在各個時間段均高于11 ℃組和23 ℃組，但在0～12 h中差異均不顯著。

圖2 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚CAT活性的影響Fig.2 Effect of acute temperature stress on the CAT activity of juvenile Amur sturgeon

2.2.3 GSH含量

結(jié)果顯示，各溫度組GSH含量隨恢復(fù)時間的增加均呈波浪式變化(圖3)。在17 ℃組中，GSH含量先下降后升高，于24 h達(dá)到最大值，隨后又顯著下降;23 ℃組GSH含量的變化趨勢與17 ℃組相同，但各時間點之間差異不顯著;11 ℃組中，GSH含量在0～12 h顯著增加，24 h時出現(xiàn)顯著下降，隨后升高。結(jié)果還顯示，在0 h時，11 ℃組GSH含量顯著低于17 ℃、23 ℃組；而在6 h時，11 ℃組顯著高于17 ℃、23 ℃組;其它時間段內(nèi)，各組之間差異不顯著。

圖3 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚GSH含量的影響Fig.3 Effect of acute temperature stress on the GSH content of juvenile Amur sturgeon

2.2.4 T-AOC活性

如圖4所示，各溫度組T-AOC活性隨時間的增加基本均呈先升后降的趨勢。23 ℃組T-AOC活性在24 h時達(dá)到最大值，各時間組間差異不顯著;17 ℃組中，24 h T-AOC活性顯著高于其它各時間點;11 ℃組中，T-AOC活性在12 h時達(dá)到最大值，顯著高于0、24和48 h。此外，11 ℃組T-AOC活性在3～48 h中顯著低于17 ℃組。

圖4 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚T-AOC活性的影響Fig.4 Effect of acute temperature stress on the T-AOC activity of juvenile Amur sturgeon

2.2.5 MDA含量

如圖5所示，17 ℃和11 ℃組MDA含量隨恢復(fù)時間延長均呈波浪式變化，其中，17 ℃組MDA含量趨勢變化的時間拐點為3、6和24 h，11 ℃組MDA含量趨勢變化的時間拐點明顯滯后于17 ℃組，分別為6 h和24 h;11 ℃組MDA含量在0、3和12 h均顯著高于17 ℃、23 ℃組;23 ℃組MDA含量在0～24 h呈緩慢增加的趨勢，48 h時出現(xiàn)顯著下降。

圖5 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚MDA含量的影響Fig.5 Effect of acute temperature stress on the MDA content of juvenile Amur sturgeon

2.3 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚免疫能力的影響

2.3.1 LZM活性

如圖6所示，23 ℃組LZM活性隨著恢復(fù)時間的延長呈緩慢增加的趨勢，48 h顯著高于0 h;17 ℃組LZM活性隨恢復(fù)時間增加呈波浪式變化，其趨勢變化的時間拐點為3、6和24 h;11 ℃組LZM活性隨恢復(fù)時間的變化趨勢與17 ℃組基本相同，但趨勢變化的時間拐點(3 h和24 h)明顯滯后于17 ℃;此外，在0、3和6 h時，17 ℃時LZM活性均顯著高于11 ℃組。

圖6 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚LZM活性的影響Fig.6 Effect of acute temperature stress on the LZM activity of juvenile Amur sturgeon

2.3.2 IgM含量

在11、17 ℃組中，IgM含量隨恢復(fù)時間增加均呈先下降后升高的趨勢(圖7);在23 ℃組中，IgM含量隨著時間的延長呈緩慢增加的趨勢。在各個時間段內(nèi)，3個溫度組中IgM含量由大到小依次均為23 ℃組、17 ℃組和11 ℃組。

圖7 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚IgM含量的影響Fig.7 Effect of acute temperature stress on the IgM content of juvenile Amur sturgeon

3 討論

3.1 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚抗氧化指標(biāo)的影響

水溫與魚類的各項生理活動有著非常緊密的關(guān)聯(lián)，溫度的變化會對魚類的行為、抗氧化防御系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)等均會產(chǎn)生一定的影響。本實驗結(jié)果表明水溫驟降不僅對史氏鱘幼魚的游泳、呼吸等行為均產(chǎn)生了一定程度的影響，還導(dǎo)致魚體個別部位發(fā)生充血現(xiàn)象，與田甜等[14]的研究結(jié)果相似，這說明溫度突變對魚體產(chǎn)生了較強的脅迫作用，打破了魚體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，導(dǎo)致自由基 (ROS)大量產(chǎn)生，進而對魚體造成一定程度的損傷[15]。

超氧化物歧化酶 (SOD) 和過氧化氫酶 (CAT) 是抗氧化防御體系中非常重要的功能酶[16]，可聯(lián)合清除ROS，其活性的下降標(biāo)志著機體清除ROS的能力下降[17]。本研究中，11 ℃組SOD和CAT活性隨時間的變化趨勢與17 ℃組基本相同，但其趨勢變化的時間拐點明顯滯后于17 ℃組。這說明水溫驟降溫差越大，對史氏鱘SOD和CAT活性的影響越大，其恢復(fù)至正常狀態(tài)所需時間也更長。23 ℃組SOD和CAT活性隨時間的變化總體呈緩慢增加的趨勢，可能與實驗過程中實驗魚停食3 d對魚體造成了一定程度的短期饑餓脅迫有關(guān)，這可能也是11 ℃組和17 ℃組SOD和CAT活性在24 h或48 h又出現(xiàn)升高的原因。另外，急性低溫脅迫后恢復(fù)0～3 h時，史氏鱘幼魚SOD、CAT活性隨水溫驟降溫差的增大均呈先升后降的趨勢，這與謝明媚等[18]、強俊等[19]的研究結(jié)果相同。表明當(dāng)水溫由23 ℃驟降至17 ℃時，魚體可以通過提高SOD和CAT活性來應(yīng)對低溫應(yīng)激反應(yīng)對魚體的影響;但當(dāng)水溫驟降溫差增至12 ℃時，魚體抗氧化酶活性受到顯著抑制，使得11 ℃組SOD活性顯著低于17 ℃組。

谷胱甘肽(GSH)是一種低分子自由基清除劑，是清除ROS非常重要的非酶抗氧化物質(zhì)[20]。本實驗條件下，各溫度組GSH含量隨恢復(fù)時間的增加均呈波浪式變化，在12～24 h達(dá)到最大值后逐漸下降。這說明，隨著機體恢復(fù)時間的增加，GSH消耗量逐漸減小;而12～24 h后，肝臟GSH含量受魚體短期饑餓的影響又出現(xiàn)波動。這與劉松巖[21]研究饑餓脅迫對中華鱘血清GSH含量影響的結(jié)果基本一致。此外，在0 h時，11 ℃組GSH含量顯著低于17 ℃組和23 ℃組，這說明驟降溫差越大，機體產(chǎn)生的ROS越多，GSH消耗量越大。這也與李大鵬等[22]研究水溫對中華鱘血清活性氧含量及抗氧化防御系統(tǒng)的影響時所得出的結(jié)論相同。

總抗氧化能力(T-AOC)的大小是衡量機體抗氧化系統(tǒng)功能的綜合性指標(biāo)，它可以反映機體抗氧化防御系統(tǒng)應(yīng)對外來脅迫的能力[23]。本研究中，低溫脅迫組T-AOC活性在0 h最低，隨著ROS不斷被清除，T-AOC活性開始不斷增加，這說明魚體針對低溫脅迫已開啟自我保護機制，通過消耗抗氧化物質(zhì)來抵抗氧化反應(yīng)帶來的損傷;在12～24 h時，T-AOC活性出現(xiàn)下降，原因可能與短期饑餓脅迫對魚體的影響有關(guān)。此外，11 ℃組T-AOC活性在3～48 h均顯著低于17 ℃組，這說明12 ℃驟降溫差對魚體的總抗氧化能力產(chǎn)生了顯著抑制作用，從而導(dǎo)致11 ℃組T-AOC活性恢復(fù)速度顯著低于17 ℃組。

丙二醛(MDA)是ROS與脂質(zhì)發(fā)生過氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，它能夠加劇細(xì)胞膜的損傷，可以反映組織細(xì)胞受ROS攻擊的程度，從而間接反映機體抗氧化能力的強弱[18]。結(jié)果表明，17 ℃組和11 ℃組MDA含量隨恢復(fù)時間增加呈波浪式變化，這是魚體抗氧化防御體系對抗應(yīng)激反應(yīng)的結(jié)果。結(jié)果還表明，11 ℃組MDA含量在0、3、6、12和48 h均高于17 ℃組和23 ℃組，且11 ℃組MDA含量隨時間的變化趨勢明顯滯后于17 ℃組。這說明水溫驟降溫差越大，對肝臟損傷程度越大，其恢復(fù)至正常狀態(tài)所需的時間越長。這與孫學(xué)亮等[24]的研究結(jié)果基本相同，但江東能等[25]研究表明以色列紅羅非魚(Oreochromissp.)血清中MDA含量隨脅迫溫度的降低而降低，原因可能是ROS的產(chǎn)生量隨魚體溫度的降低而下降。

3.2 急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚免疫指標(biāo)的影響

溶菌酶(LZM)是魚體非常重要的免疫因子，它可以破壞革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁中的肽聚糖，從而瓦解細(xì)菌細(xì)胞[26]。Saurabh等[27]報道，魚體溶菌酶活性與水溫、鹽度、細(xì)菌等環(huán)境因子密切相關(guān)。石小濤[28]研究認(rèn)為擁擠脅迫會降低史氏鱘稚魚的LZM活性，何杰等[29]也曾報道，在急性應(yīng)激條件下，魚體血清中LZM活性會顯著增加，肝臟也會受到一定程度的損傷。本研究中，23 ℃組LZM活性受短期饑餓的影響出現(xiàn)緩慢增加的趨勢;17 ℃組LZM活性在0、3和6 h時均顯著高于11 ℃組，這說明12 ℃的水溫驟降幅度顯著降低了魚體溶菌酶活性，對機體的免疫功能產(chǎn)生了顯著的抑制作用。這與童燕[17]的研究結(jié)果類似，即隨著鹽度的增加，史氏鱘血清LZM活性先升后降。該結(jié)果也與Fevolden等[30]認(rèn)為脅迫的強度和方法可以影響溶菌酶活性變化的觀點一致。

免疫球蛋白M(IgM)是魚體內(nèi)一種重要的免疫球蛋白[29]，主要分布在血液中，是機體受抗原刺激后最先產(chǎn)生的抗體，具有強大的抗感染作用，因此，IgM含量的多少是評價魚體免疫應(yīng)答反應(yīng)的一項重要指標(biāo)[19]。本研究中，在各個時間段內(nèi)，三個溫度組IgM含量由大到小依次為23 ℃組、17 ℃組和11 ℃組，表明溫度的驟降抑制了魚體IgM的產(chǎn)生，會對魚體的免疫功能產(chǎn)生顯著的抑制作用。這與低溫脅迫對銀鯧 (Pampusargenteus)幼魚[19]、羅非魚(Oreochromismossambicus)[29]的血清IgM影響結(jié)果基本類似，說明溫度的驟降抑制了IgM的產(chǎn)生，降低了魚體的免疫力。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚抗氧化能力和免疫機能具有顯著的影響，隨著恢復(fù)時間的增加，魚體抗氧化能力和免疫機能不斷恢復(fù)，但11 ℃組的恢復(fù)速度要顯著慢于17 ℃組，說明12 ℃的驟降溫差顯著抑制了魚體的抗氧化防御能力和免疫機能，對魚體的機能產(chǎn)生了顯著的不利影響，且修復(fù)較為緩慢。因此，在史氏鱘的實際養(yǎng)殖及運輸過程中，應(yīng)密切關(guān)注水溫的變化，盡量避免水溫驟變脅迫對魚體造成損傷。