升溫速率和溫度馴化對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受性的影響

顏 濤，趙鳳麒，張俊林，嚴(yán)俊剛，龍治海，何 斌

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究所，四川 成都 611731)

魚類是一種變溫動(dòng)物，不能生理性的調(diào)節(jié)自身溫度而必須隨環(huán)境溫度變化而改變，因此，水溫直接影響著機(jī)體新陳代謝強(qiáng)度、生長(zhǎng)發(fā)育、攝食、繁殖和行為等[1-2]。魚類熱耐受性研究對(duì)于魚類熱耐受可塑性、溫度適應(yīng)能力、種群的地理分布以及水生生態(tài)系統(tǒng)潛在的熱沖擊承受能力等方面都具有重要意義[3]。對(duì)于魚類熱耐受性的評(píng)估，普遍采用臨界溫度法(Critical thermal methodology，CTM)，通常采用臨界溫度(critical temperature)和致死溫度(lethal temperature)等指標(biāo)。對(duì)瓦氏黃顙魚(Pelteobagrusvachelli)[4]、印鯪(Cirrhinusmrigala[5]的研究發(fā)現(xiàn)，其CTmax會(huì)隨馴化溫度的不同而發(fā)生改變，說(shuō)明馴化溫度對(duì)魚類熱耐受性具有明顯的影響。目前，冰川融化、海平面上升都預(yù)示著全球氣候的變暖形勢(shì)不斷加劇，因此對(duì)魚類熱耐受性和溫度適應(yīng)性等問(wèn)題的研究顯得尤為重要。然而，國(guó)內(nèi)淡水魚類的熱耐受性研究在點(diǎn)籃子魚(Siganusguttatus)[6]、鳊魚(Parabramispekinensis)[7]等少部分魚類開(kāi)展，因此，迫切需要對(duì)更多魚類熱耐受性和溫度適應(yīng)性進(jìn)行更全面的研究。

長(zhǎng)江鱘(Acipenserdabryanus)又名達(dá)氏鱘，是長(zhǎng)江上游一種特有的特大型本土淡水魚類，主要分布在四川境內(nèi)的長(zhǎng)江上游干流和金沙江下游[8-9]。長(zhǎng)江鱘是19世紀(jì)90年代以前長(zhǎng)江上游主要的經(jīng)濟(jì)捕撈魚類之一，然而，由于過(guò)度捕撈、環(huán)境破壞以及污染等因素，其野外種群數(shù)量不斷枯竭[10-11]，目前，已列入國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物和IUCN極危名錄。本研究采用了臨界溫度法探究了升溫速率和溫度馴化對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受性的影響，旨在豐富魚類熱力學(xué)資料，也為長(zhǎng)江鱘的物種保護(hù)提供有效地參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)魚來(lái)源與馴養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)魚為2020年4月四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究所人工繁殖的5月齡長(zhǎng)江鱘幼魚，選取健康活潑、平均體重(21.1±0.8)g的長(zhǎng)江鱘幼魚180尾，將其置于水深0.3m的圓柱形平底玻璃鋼(半徑1m，高0.5m)中暫養(yǎng)1周。暫養(yǎng)期間水溫為25±0.5℃，全天不間斷充氧以保證水體溶氧達(dá)到90%飽和水平以上，每日飽食投喂紅線蟲(chóng)1次，日換水量約暫養(yǎng)水體的1/3。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 溫度馴化 將實(shí)驗(yàn)魚隨機(jī)分到9個(gè)水槽中(N=20，60L)，實(shí)驗(yàn)分為常溫(25℃，與當(dāng)季水溫基本一致)、高溫(30℃，夏季水體溫度，將水溫從25℃開(kāi)始以1℃/h的速率加溫至30℃)以及變溫(25～30℃，每日早上08:00以1℃/h的速率將水溫從25℃上升至30℃并維持2h，然后以1℃/h的速率將水溫從30℃下降至25℃并維持25℃至次日08:00)3個(gè)實(shí)驗(yàn)組，馴化時(shí)間為2周。用于常溫、高溫和變溫馴化的實(shí)驗(yàn)魚各60尾，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)平行組。溫度馴化期間實(shí)驗(yàn)魚飼養(yǎng)、水質(zhì)維護(hù)均與暫養(yǎng)階段條件一致。實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行熱耐受性測(cè)定前禁食24h以消除消化的影響。

1.2.2 熱耐受能力的測(cè)定 采用臨界溫度法測(cè)定實(shí)驗(yàn)魚的熱耐受性。以25℃長(zhǎng)江鱘幼魚為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，測(cè)試時(shí)，將待測(cè)試的實(shí)驗(yàn)魚8尾(n=8)轉(zhuǎn)移到與馴化水溫相同高溫耐受測(cè)試系統(tǒng)，使其適應(yīng)1h，之后，分別以某一個(gè)特定的速率(1，1.7，2.7，3.9℃/h)升溫，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用充氣泵不斷向測(cè)試水體泵入空氣以保證水體溶氧飽和度90%以上，用數(shù)字溫度計(jì)(誤差為±0.1℃)和二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)(誤差為±0.1℃)持續(xù)監(jiān)測(cè)水溫，保證系統(tǒng)水體每分鐘的升溫誤差范圍控制在±0.1℃。以實(shí)驗(yàn)魚初始失去平衡時(shí)的溫度作為CTmax。

挑選高溫和變溫組實(shí)驗(yàn)魚各8尾，將待測(cè)試的實(shí)驗(yàn)魚轉(zhuǎn)移到與馴化水溫相同高溫耐受測(cè)試系統(tǒng)中適應(yīng)1h，以1℃/h的速率升溫，直至魚機(jī)體活動(dòng)失去平衡，該溫度記為CTmax。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，用充氧泵不斷地向測(cè)試水體充氣，用數(shù)字溫度計(jì)(誤差為±0.1℃)和二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)(誤差為±0.1℃)持續(xù)監(jiān)測(cè)水溫。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003進(jìn)行處理后，采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件利用方差分析(One-way ANOVA)對(duì)升溫速率、馴化模式對(duì)熱耐受性參數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。P<0.05為差異顯著，所有數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SE)表示。

2 結(jié)果

2.1 升溫速率對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受性能的影響

由圖1可見(jiàn)，各個(gè)升溫速率(1、1.7、2.7和4℃/h)條件下，長(zhǎng)江鱘幼魚的CTmax分別為35.32、35.76、35.68和35.7℃。顯著性檢驗(yàn)分析結(jié)果表明，1℃/h的升溫速率顯著低于其它3個(gè)升溫速率(1.7、2.7和4℃/h)(P<0.05)。然而，在一定的升溫速率范圍內(nèi)(1.7～4℃/h)，長(zhǎng)江鱘幼魚的CTmax不受升溫速率的影響。

2.2 溫度馴化對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受性能的影響

溫度馴化對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受能力有顯著影響(P<0.05)(圖2)。常溫(25℃)、高溫(30℃)和變溫(25～30℃)的CTmax分別為35.32、35.56和35.62℃。由此可見(jiàn)，長(zhǎng)江鱘幼魚的CTmax有隨著馴化溫度升高而升高的趨勢(shì)；同時(shí)，變溫馴化可顯著提高長(zhǎng)江鱘幼魚CTmax(P<0.05)。

圖1 升溫速率對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受的影響

圖2 溫度馴化對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受的影響

3 討論

3.1 升溫速率對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受性能的影響

目前，測(cè)定魚類臨界溫度沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的程序，特別是關(guān)于升溫速率的改變[12]。已有研究表明，不同升溫速率往往會(huì)引起CTmax間的差異[13]。在一些物種，快速升溫導(dǎo)致更高的CTmax，例如孔雀魚(Poeciliareticulata)[14]和尖吻鱸(Latescalcarifer)[15]。本研究也發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江鱘幼魚的CTmax有隨著升溫速率增加而升高的趨勢(shì)，這可能是由于緩慢的升溫速率導(dǎo)致魚類較長(zhǎng)時(shí)間的高溫脅迫而使其高溫耐受力降低。然而，快速的升溫速率也會(huì)降低或不改變魚類的CTmax，這種模型被發(fā)現(xiàn)在歐洲鱸(Dicentrarchuslabrax)[16]和斑馬魚(Daniorerio)[14]。因此，升溫速率對(duì)CTmax的影響可能取決于所測(cè)試的物種，本研究的發(fā)現(xiàn)可能不適用于其它環(huán)境和物種。

3.2 溫度馴化對(duì)長(zhǎng)江鱘幼魚熱耐受性能的影響

根據(jù)溫度馴化的不同，長(zhǎng)江鱘幼魚臨界溫度范圍為35.32～35.62℃，將不同水域條件下魚類的臨界高溫進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江鱘的臨界高溫低于熱帶魚類印鯪(C.mrigala)[5]，低于齊口裂腹魚(Schizothoraxprenanti)[17]、拉薩裸裂尻魚(Schizopygopsisyounghusbandi)和異齒裂腹魚(Schizothoraxoconnori)[18]等冷水性魚類，與同水域的高體鳑鲏(Rhodeusocellatus)[19]、南方鲇(Iurusmeridionalis)[20]基本一致，這一定程度上支持“CTmax值與其棲息地的最高環(huán)境溫度相一致或正相關(guān)”[21]的觀點(diǎn)。

長(zhǎng)江鱘的熱耐受性受到溫度馴化的影響，表現(xiàn)為CTmax隨著馴化溫度的升高而升高，同時(shí)，周期性的高溫馴化也提高了CTmax值。本研究結(jié)果與鯽(Carassiusauratus)和尖頭鱥(Rhynchocyprisoxycephalus)的研究結(jié)果一致，說(shuō)明魚類的熱耐受性具有一定的可塑性。本研究結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)的溫度馴化或周期性的溫度刺激可以提高魚類的熱耐受性能，這也為魚類的高溫育種提供了一條新的思路。