不同規格拉薩裂腹魚溫度耐受性研究

何林強 王萬良 曾本和 楊瑞斌 劉海平 曾小理 徐兆利 王 建

(1. 西藏自治區農牧科學院水產科學研究所，拉薩 850002; 2. 華中農業大學水產學院，武漢 430070;3. 西南大學動物科學學院，重慶 404100)

拉薩裂腹魚(Schizothorax waltoni)隸屬于鯉形目(Cypriniformes), 鯉科(Cyprinidae), 裂腹魚亞科(Schizothoracinae), 裂腹魚屬(Schizothorax), 廣泛分布于西藏地區雅魯藏布江中上游干、支流及附屬水體, 為我國特有種[1]。拉薩裂腹魚是西藏重要的土著魚類之一, 具有很大的經濟價值、科研價值和生態價值。近十幾年, 隨著人們生活水平的提高,觀念的改變, 導致食用“高原魚”熱潮興起, 對水產品的需求量增加, 在經濟利益驅使下, 人為濫捕現象十分猖獗。此外, 受風俗習慣的影響, 當地人從市場上購買外來魚類進行放流, 許多入侵魚類在雅魯藏布江及拉薩河中已經形成了自然種群[2], 造成本地土著魚類資源銳減。西藏魚類區系結構簡單,水生態環境十分脆弱, 種群一旦遭到破壞將很難恢復, 保護雅魯藏布江魚類資源已刻不容緩[3]。因此,開展對拉薩裂腹魚養殖生物學研究具有十分重要的意義。

早在1942年國外學者就開展了魚類致死溫度方面的研究[4], 此后隨著水產養殖業的發展, 我國在20世紀80年代中期開始有魚類溫度耐受性相關的報道面世[5]。溫度是重要的非生物因素, 在魚類生長過程中, 對其生長率、代謝率和生理活動均會產生影響[6]。魚類屬于變溫動物, 與恒溫動物不同, 其呼吸頻率與活動狀態對水溫變化更為敏感[7], 因此，通過研究拉薩裂腹魚溫度耐受性對其適宜養殖區域選擇具有重要的參考價值。目前對于拉薩裂腹魚的研究主要集中在個體生物學和種群動態研究[8]、年齡與生長[9—10]、人工馴化養殖[11]、遺傳多樣性[12]和早期發育研究[13]等方面, 有關拉薩裂腹魚的溫度耐受性研究尚未見報道。

本實驗通過每4h升高或者降低1℃, 其中升溫或者降溫1h, 平衡3h[14], 觀察不同溫度條件下三種規格拉薩裂腹魚的活動狀態及呼吸頻率, 統計不同規格拉薩裂腹魚對環境溫度的耐受范圍和每分鐘呼吸頻率變化的種內差異情況, 探討不同規格拉薩裂腹魚溫度耐受性, 旨在了解水溫和個體規格對拉薩裂腹魚的呼吸頻率與活動狀態的影響及其變化規律, 豐富其養殖生物學資料, 為拉薩裂腹魚自然資源量的恢復和人工增養殖提供理論依據和數據參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗魚于2018年8月5日均從雅魯藏布江日喀則段捕獲, 低溫充氧運輸至西藏自治區農牧科學院水產科學研究所西藏土著魚類增殖育種場, 經過2%食鹽消毒30min后, 暫養在4.7 m×3 m×0.6 m的水泥池中, 保持溶氧大于7 mg/L, 流水培育, 每2h循環換水1次, 養殖水溫為(13±1)℃, 試驗期間不投喂飼料。

1.2 試驗方法

試驗分組從養殖水泥池中挑選三種規格[分別是大規格(100.93±13.12) g、(19.71±1.04) cm、中規格(15.11±5.03) g、(10.05±1.19) cm和小規格(1.37±0.32) g、(4.51±0.35) cm]的拉薩裂腹魚作為實驗材料, 試驗魚無病無傷, 活力旺盛, 其中大規格48尾,中規格60尾, 小規格92尾, 每種規格分三組, 分別為升溫試驗實驗組、降溫試驗實驗組和空白對照組,每組分3個平行, 每組均設有一個空白對照組。

高溫耐受試驗在平列槽(200 cm×50 cm×25 cm)中進行, 每個平列槽用60目網片隔開, 分3個平行試驗區, 每個平行試驗區規格為50 cm×50 cm×25 cm, 容積為40 L。每個平行大、中、小規格試驗魚分別為8、10和15 尾, 每個規格另設一個對照試驗, 轉入平列槽中, 試驗水體提前充氣增氧24h, 水體溶氧保持在7 mg/L以上, 以減少溶氧對其影響, 再經過靜養24h, 使其適應試驗環境。以車間水溫(13℃)作為起始溫度, 實驗從2018年8月10日8: 00開始, 用恒溫加熱棒進行加熱, 并用精確度為0.1℃的水銀溫度計進行校正, 升溫以每4h升溫1℃, 其中升溫1h, 平衡3h[14], 試驗期間每12h換水一次, 每次換水量約占總水量三分之一, 換水之前先預加熱, 并加熱至該時段下試驗所需溫度。試驗觀察并記錄魚的活動情況和呼吸頻率變化等, 直到試驗魚全部死完為止, 以出現50%死亡數的水溫作為臨界水溫[4]。

低溫耐受試驗試驗在玻璃缸中進行, 試驗容器的體積為40 cm×25 cm×25 cm, 容積為20 L, 每種規格拉薩裂腹魚設3個平行, 每個平行大規格的試驗魚4尾、中規格5尾和小規格8尾, 各規格另設一個對照試驗, 轉入玻璃缸中, 試驗水體提前充氣增氧24h, 水體溶氧保持在7 mg/L以上, 以減少溶氧對其影響, 再經過靜養24h, 使其適應試驗環境。以車間水溫(13℃)作為起始溫度, 用恒溫培養箱進行降溫, 并用精確度為0.1℃的水銀溫度計進行校正,降溫以每4h降溫1℃, 其中降溫1h, 平衡3h[14], 試驗期間每12h換水1次, 每次換水量約占總水量三分之一, 換水之前預先降溫, 并降至該時段下試驗所需溫度。試驗觀察并記錄魚的形態、活動情況和呼吸頻率變化情況等, 直到試驗魚全部死完或者水溫降到0為止, 以出現50%死亡數的水溫作為臨界水溫[4]。

呼吸頻率測定在某一溫度條件下, 測定每條魚每分鐘鰓蓋張合次數, 即為每分鐘魚的呼吸頻率, 每一溫度測定3條魚, 每條魚測定3次, 計算每分鐘的平均呼吸頻率, 作為該溫度下的呼吸頻率。

1.3 試驗數據處理與分析

數據采用Excel2010進行整理、分析和圖表繪制, 利用SPSS18.0進行單因素方差分析,P<0.05為顯著差異, 并對其作Duncan氏多重比較, 選定R2最大值的函數關系式來作為最佳曲線。

2 結果

2.1 三種規格拉薩裂腹魚的高溫耐受性

實驗結果表明(表 1和表 2): 三種規格拉薩裂腹魚的對高溫的耐受程度存在差異, 對水溫變化的敏感度也不完全相同。試驗組中大規格拉薩裂腹魚在溫度低于23℃的條件下, 活動正常, 且無死亡個體, 在24℃及以上的溫度條件下, 陸續有魚開始死亡; 在25—27℃時, 部分魚開始離群獨游, 反應強烈并頻繁游動, 死亡率為20.8%; 在28—29℃時, 部分魚長時間停留在水面并抽搐, 呼吸加快, 死亡率為16.8%; 在30—31℃時, 部分魚失去平衡, 身體僵直,時而沉入水底, 時而浮出水面, 死亡率為12.5%; 在32℃時, 魚間歇性上躥, 失去平衡, 呼吸加快, 不久后全部死亡。試驗組中中規格拉薩裂腹魚在溫度低于21℃條件下, 活動正常, 集群明顯, 但在22—23℃時, 均有個體死亡, 死亡率為10.0%; 在24—27℃時, 部分魚反應激烈, 頻繁游動, 間歇性的探出水面; 死亡率為33.4%; 在28—29℃時, 集群消失, 部分魚間歇性的在水面活動, 死亡率為3.3%; 在30—32℃時, 魚失去平衡并側游, 呼吸加快, 死亡率為50.0%; 在33℃時, 魚間歇性上躥, 失去平衡, 呼吸加快, 不久后全部死亡。試驗組中小規格拉薩裂腹魚在溫度低于26℃的條件下, 活動正常, 集群明顯, 但在20—21℃時, 均有個體死亡, 死亡率為8.9%, 可能的原因是運輸過程中相互擠壓引起試驗魚的體表黏液脫落或內臟受傷等人為傷害, 又或者是試驗過程操作不當引起魚的死亡。在26—29℃時, 部分魚離群獨游, 反應激烈, 頻繁游動, 死亡率為8.9%; 在30—31℃時, 部分魚在水面活動, 呼吸加快, 死亡率為6.7%; 在32—33℃時, 部分魚失去平衡, 間歇性探出水面, 呼吸加快, 死亡率為26.7%; 在34—35℃時,部分魚失去平衡并側游, 另有部分魚在水面中上層游動, 時而緩慢游動, 時而加速, 時而上下亂躥, 并間歇性回正, 呈僵直狀, 死亡率為26.7%; 在36℃時,大部分魚間歇性上躥, 而后沉入水底, 間歇性往復,并失去平衡, 呼吸加快, 不久后全部死亡。試驗過程中空白對照組均未出現死亡。

表 1 溫度升高三種規格拉薩裂腹魚死亡情況Tab. 1 Mortality of three sizes of Schizothorax waltoni with the increased temperature

2.2 三種規格拉薩裂腹魚的低溫耐受性

實驗結果表明(表 3和表 4): 三種規格拉薩裂腹魚的對低溫的耐受程度存在種間差異, 對水溫變化的敏感度也不完全相同。試驗組中大規格拉薩裂腹魚在溫度高于6℃的條件下, 活動正常; 在4—6℃時, 部分魚活動緩慢, 游動有些僵硬; 在2—3℃時,呼吸不規律, 反應遲緩; 在0—1℃時, 魚軀體柔軟,反應遲緩, 并有部分魚斜著身體靜臥水底, 幾乎不動, 試驗組大規格拉薩裂腹魚均無死亡。試驗組中中規格拉薩裂腹魚在溫度高于5℃條件下, 活動正常; 在4—5℃時, 活動緩慢; 在2—3℃時, 呼吸不規律, 反應遲緩, 部分魚靜臥水底; 在0—1℃時, 魚軀體柔軟, 部分魚身體失去平衡, 試驗組中規格拉薩裂腹魚均無死亡。試驗組中小規格拉薩裂腹魚在溫度高于4℃的條件下, 活動正常, 在4—12℃均無死亡個體; 在3—4℃時, 活動緩慢, 無死亡個體; 在0—2℃時, 部分魚失去平衡, 呼吸不規律, 反應遲緩,基本不活動, 但在0—1℃時, 均有個體死亡, 死亡率為13.3%。試驗過程中空白對照組均未出現死亡。

2.3 溫度對三種規格拉薩裂腹魚呼吸頻率的影響

升溫對三種規格拉薩裂腹魚呼吸頻率的影響試驗結果顯示(表 5), 各溫度下拉薩裂腹魚呼吸頻率不同, 隨著水溫的升高, 其呼吸頻率呈現增大的趨勢, 且不同規格拉薩裂腹魚間呼吸頻率存在著顯著差異(P<0.05)。在13—31℃逐漸上升的溫度下, 大規格拉薩裂腹魚呼吸頻率變化范圍為43.3—163.7次/min且呈現波動上升趨勢, 其中呼吸頻率增加的最大量為278.1%, 并且在水溫為31℃時呼吸急促, 呼吸頻率可達163.7次/min; 在13—32℃逐漸上升的溫度下, 中規格拉薩裂腹魚呼吸頻率變化范圍為92.7—166.3次/min且呈現波動上升趨勢,其中呼吸頻率增加的最大量為79.4%, 并且在水溫為31℃時呼吸急促, 呼吸頻率可達166.3次/min; 在13—35℃逐漸上升的溫度下, 小規格拉薩裂腹魚呼吸頻率變化范圍為126.7—173.0次/min且呈現波動上升趨勢, 其中呼吸頻率增加的最大量為36.5%, 并且在27℃時呼吸急促, 呼吸頻率可達173.0次/min。

降溫對三種規格拉薩裂腹魚呼吸頻率的影響試驗結果顯示(表 6), 各溫度下拉薩裂腹魚呼吸頻率不同, 隨著水溫的降低, 其呼吸頻率呈現逐漸減小的趨勢, 且不同規格拉薩裂腹魚間呼吸頻率存在著顯著差異(P<0.05)。在0—12℃內, 大規格拉薩裂腹魚呼吸頻率變化為12—46次/min呈波動下降趨勢, 呼吸頻率減小的最大量為383.3%; 中規格拉薩裂腹魚呼吸頻率變化為16—101.7次/min呈波動下降趨勢, 呼吸頻率減小的最大量為635.6%;小規格拉薩裂腹魚呼吸頻率變化為11.7—118.7次/min呈波動下降趨勢, 呼吸頻率減小的最大量為1014.5%; 其中在水溫為0時, 大規格魚平均呼吸頻率降為12.0次/min; 中規格魚平均呼吸頻率降為16.0次/min; 小規格魚平均呼吸頻率降為11.7次/min。

3 討論

3.1 三種規格拉薩裂腹魚對溫度的耐受性

謝爾福德耐受性定律(Shelford’s law of tolerance)表明生物對其生存環境的適應有一個生態最小量和生態最大量的界限, 生物只有處于這兩個限度范圍之間才能生存, 這個最小到最大的限度稱為生物的耐受性范圍[15,16], 魚類屬于變溫動物, 環境溫度是其最為重要的外界因素之一, 它影響魚類的全部生命活動[17]。魚類具有一個溫度耐受的上限和下限, 它們之間的范圍被稱為溫度耐受幅[19], 是評價魚類溫度耐受特征的重要指標。

研究表明, 虹鱒(Oncorhynchus mykiss)作為冷水性魚類, 其極限最高溫度和極限最低溫度分別為29.1℃和0.2℃, 對應的其最大溫度耐受幅為28.9℃[19];南方鯰(Silurus meridionalisChen)作為溫水性魚類,其極限最高溫度和極限最低溫度分別為38.2℃和5.9℃, 對應的其最大溫度耐受幅為32.3℃[20]; 南亞野鯪(Labeo rohita)作為熱帶魚類, 其極限最高溫度和極限最低溫度分別為41.6℃和14.2℃, 對應的其最大溫度耐受幅為27.4℃[21]。魚類的溫度耐受性受個體大小的影響[14]。本次試驗結果表明, 大規格、中規格和小規格拉薩裂腹魚的極限最高溫分別為30℃、30℃和33℃; 極限最低溫度均為0, 極限溫度與溫水性魚類[20,22]和熱帶魚類[21,23]相比, 呈現高溫耐受性低, 低溫耐受性高的特點, 但與齊口裂腹魚(Sclizothorax prenanti)[24]及虹鱒(Oncorhynchus mykiss)[19]等部分冷水魚類接近; 而大規格、中規格和小規格拉薩裂腹魚的溫度耐受幅分別是30℃、30℃和33℃, 較大部分冷水性魚類溫度耐受幅大[24,25],這是由于生物的適應溫度是與其生活方式和棲息地的季節性溫度變化相關聯, 即生活于環境變化較大的生物比生活于環境變化相對穩定的狹溫生物具有較大的廣溫性[26], 加之西藏地區環境氣候變化較大, 如雅魯藏布江周年水溫最大溫差為16℃[27],這就使得拉薩裂腹魚較其他冷水魚類具有較大的廣溫性。相關研究顯示魚類所表現出的活力狀態可能與乙酰膽堿脂酶(AchE)在溫度脅迫下活性變化相關, 乙酰膽堿脂酶是一種分解酶, 可水解乙酰膽堿, 保證神經興奮與抑制協調統一[28]。然而拉薩裂腹魚體內乙酰膽堿脂酶(AchE)行使正常功能的溫度耐受范圍及其影響魚體活動狀態情況還有待進一步研究。

表 2 三種規格拉薩裂腹魚對溫度升高的耐受情況Tab. 2 The tolerance of three sizes of Schizothorax waltoni with the increased temperature

3.2 三種規格拉薩裂腹魚在不同溫度下呼吸頻率變化規律

升溫試驗下呼吸頻率變化規律當水體溶解氧飽和度達65%以上的范圍內, 溫度是影響呼吸頻率的主要因素[29]。水溫升高1℃, 其代謝速率增加10%; 水溫升高10℃, 其代謝速率增加1倍[30], 與此同時用來維持代謝的重要組織器官活性增強, 機體內相應酶的活性也會隨之提高, 機體的活動強度增大, 基礎代謝旺盛, 表現出耗氧率上升的結果[31]。本試驗在升溫過程中, 呼吸頻率隨溫度的上升呈現規律性增加。可能原因是在一定氧飽和狀態下, 溫度高的水比溫度低的水的溶氧相對要少, 魚體在溫水中為了達到與在低溫水中等量的氧氣, 其鰓部就要過濾更多的溫水, 就必須加快呼吸頻率, 使更多的溫水通過腮部[32], 所以在一定溫度范圍內, 呼吸頻率隨溫度上升而增加; 另外, 水溫升高時, 通過增加呼吸頻率來攝取更多的氧氣, 是維持較高代謝速率的有效途徑[29]。通過比較發現, 在相同溫度及相似溶解氧條件下, 規格越大的拉薩裂腹魚, 其呼吸頻率越低, 即大規格<中規格<小規格, 這與陳松波等[29]和曹維勤等[33]的相關研究結果相一致。通過比較其呼吸頻率增加最大量, 發現拉薩裂腹魚規格越大, 其呼吸頻率增加量越大, 即大規格>中規格>小規格; 說明規格越小, 在高溫環境中, 魚適應能力越強, 水溫變化對魚影響越小, 即代謝速率增加量越小[29]。因此, 隨著溫度的升高, 拉薩裂腹魚體內代謝增強, 通過增加呼吸頻率獲取更多的氧氣, 以維持體內較高的代謝過程, 而魚的規格越大, 體內代謝越強, 呼吸頻率變化量越大, 對高溫環境適應性越差。

表 3 溫度降低三種規格拉薩裂腹魚死亡情況Tab. 3 Mortality of three sizes of Schizothorax waltoni with the reduced temperature

表 4 三種規格拉薩裂腹魚對溫度降低的耐受情況Tab. 4 The tolerance of three sizes of Schizothorax waltoni with the reduced temperature

降溫試驗下呼吸頻率變化規律在降溫試驗中, 呼吸頻率隨溫度的降低呈現規律性的減小,陳松波等[29]認為魚類呼吸頻率逐漸下降, 魚體的生理活動能力隨之逐漸下降, 其代謝率也隨之減小,這與本次試驗中所觀察到的行為活動一致。在低溫條件下, 水體的溶氧相對高溫的溶氧要多, 并且楊凱等[31]認為在低溫條件下, 魚類耗氧率可能會低于高溫下的耗氧率; 這就使得魚體不需要提高呼吸頻率來獲取更多的氧氣參與到代謝中, 故呼吸頻率下降。通過比較其呼吸頻率減小最大量, 發現規格越小, 其呼吸頻率減小最大量越大, 即大規格<中規格<小規格, 說明規格越小, 魚適應能力越弱, 水溫變化對魚影響越大; 規格越大, 魚適應能力越強, 水溫變化對魚影響越小, 這與神仙魚[34]的研究結果一致。另一些研究表明[30]魚類有其耐受生存的溫度,但不是其最適生理溫度, 通過比較分析拉薩裂腹魚的活力狀態和呼吸頻率, 對于自然條件下拉薩裂腹魚來說, 溫度越低對其生長不一定有害, 因為在西藏寒冷季節水溫低的條件, 魚體規格越大, 更容易通過調節自身體內生理生化速率, 減緩代謝速度,使其耗能減慢, 避免由于食物短缺而造成饑餓死亡,能夠更好的度過低溫的季節。

表 5 溫度升高對三種規格拉薩裂腹魚呼吸頻率的影響Tab. 5 The effect of increased temperature on the breathing rate of three sizes of Schizothorax waltoni

表 6 溫度降低對三種規格拉薩裂腹魚呼吸頻率的影響Tab. 6 The effect of reduced temperature on the breathing rate of three sizes of Schizothorax waltoni

拉薩裂腹魚呼吸頻率與溫度的變化關系在溫度升高的條件下, 生物有氧代謝降低[35], 此時呼吸頻率會代償性上升, 當達到較高溫度時, 蛋白質就會發生變性, 從而誘導熱休克蛋白的產生, 來維持細胞熱穩態, 然而當達到魚類熱耐受上限時, 也會造成魚類死亡[36]。因此, 高溫會造成魚類死亡。研究表明, 在溫度降低的條件下, 魚的呼吸頻率減緩, 生理活性降低, 代謝減慢, 此時在低溫時魚體更能通過自身調節而存活下來[29]。

圖 1 三種規格拉薩裂腹魚呼吸頻率與溫度變化Fig. 1 The relationship between the breathing rate and temperature of three different sizes of Schizothorax waltoni

由圖 1可知, 利用線性回歸方法, 將所得到的所有數據進行擬合, 得到大規格、中規格和小規格拉薩裂腹魚的R2值分別為0.9519、0.9729和0.9686, 擬合效果好, 可信度高, 且在眾多因素中, 溫度對呼吸頻率的影響是最大的, 試驗效果明顯。由此說明當試驗水體中溶解氧適宜時, 影響呼吸頻率的主要因素是溫度, 不同規格間的拉薩裂腹魚的呼吸頻率數值均不相同, 但均表現為溫度高呼吸頻率總體加快,溫度低呼吸頻率總體下降的變化趨勢, 即溫度與魚體的呼吸頻率呈正相關關系, 由此可通過養殖水體的溫度, 來預測此時魚體的活動狀態。這對人工養殖條件下的溫度調控具有一定的參考價值, 從而有效降低應激反應，提高養殖成活率。

3.3 拉薩裂腹魚適宜養殖水溫分析

在冷水性魚類中, 水溫為8—20℃是其適宜的養殖范圍[37]。在一定溫度范圍內, 較高的溫度可以促進魚類的生長, 較低的溫度會減緩魚類的生長;倘若溫度驟變, 魚類因不能馬上適應環境的變化,而會導致死亡發生[37]。本次試驗結果表明, 拉薩裂腹魚大規格、中規格和小規格可適應的溫度范圍分別為7—24℃、6—23℃和5—25℃, 故不同規格的拉薩裂腹魚可適應的溫度范圍隨著體重的變化而變化, 這與大西洋鰭魚的研究結果相一致[38]。資料顯示, 雅魯藏布江年平均水溫低于10℃, 部分水域12月到翌年2月份平均水溫基本保持在0℃左右, 最高水溫出現7—8月份, 平均水溫在15℃左右[39]。目前, 雅魯藏布江流域及周邊區域均是拉薩裂腹魚主要養殖繁育區域, 結合上述極限溫度以及溫度耐受幅, 在人工養殖或者漁業資源養護過程中, 建議對于當年培育或者野外捕獲的小規格拉薩裂腹魚可通過在溫室中培育, 以保證其較高的存活率和正常生長發育。

4 總結

大規格、中規格和小規格拉薩裂腹魚的極限最高溫度分別是30℃、30℃和33℃; 極限最低溫度均為0℃; 溫度耐受幅分別是30℃、30℃和33℃。在高溫環境中, 通過比較其呼吸頻率變化量, 得出規格越小, 魚適應能力越強, 水溫變化對魚影響越小, 規格越大, 其呼吸頻率變化量越大, 體內代謝越強, 對高溫環境適應性越差; 在低溫環境中, 通過比較其呼吸頻率變化量, 得出規格越大, 魚適應能力越強, 水溫變化對魚影響越小; 此外, 在西藏寒冷季節, 魚體規格越大, 更容易通過調節自身體內生理生化速率, 減緩代謝速度, 使其耗能減慢, 避免由于食物短缺而造成饑餓死亡, 能夠更好的度過低溫的季節。因此, 在人工養殖或者漁業資源養護過程中,

對于當年培育或者野外捕獲的小規格拉薩裂腹魚,

由于魚體規格較小, 在有條件的情況下, 將魚苗移入溫室大棚中養殖, 從而保證較高成活率和正常生長。