環境因子脅迫對魚類生理生化和免疫指標影響的研究進展

謝國強

（河南省水產科學研究院， 鄭州 450044）

魚類在水體一定環境指標下生長， 其生活環境的變化對魚類的生長、繁育、攝食、行為均有直接或間接的影響。 水體中的溫度、pH值、鹽度、氨氮、亞硝酸鹽、底質等對魚類的健康生長至關重要。 近年來，隨著極端天氣頻發以及集約化養殖的快速發展，極易導致養殖水體溫度驟變或水體底質惡化， 在水體中相關環境因子的突然改變， 嚴重影響著魚類的正常生長和生理代謝， 從而對魚類產生一定程度的環境脅迫。

環境脅迫指一種環境因子或多種環境因子綜合作用對其生存狀態產生的壓力， 打破原來魚類與環境之間所形成結構完整性和功能平衡性， 影響魚類體內的正常生理代謝功能， 機體的物質代謝和能量代謝出現紊亂。 通常情況下，脅迫可分為急性環境脅迫和慢性環境脅迫，無論哪種脅迫，都會對魚體造成一定程度的傷害。 本文總結了近年來相關環境因子脅迫對魚類抗氧化酶以及免疫指標影響的研究進展，旨在為漁業可持續發展提供一定的科學依據。

1 抗氧化酶概述

當水體環境發生變化會引起魚體內多種生理應激反應， 魚體受到應激反應后產生大量活性氧自由基（ROS），對魚類的生長和生理代謝水平有著直接的影響。 然而作為抗氧化酶，如：過氧化氫酶(Catalase，CAT)、 超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase，GSH-PX)等均有清除生物體內過量ROS的能力，對增強生物機體抗氧化、 防御能力以及提升其免疫力具有重要作用[1]。其中，SOD 、CAT是抗氧化酶系統中極其重要的功能酶， 二者聯合起來有清除ROS 的能力。 有研究表明，當魚類機體受到外界脅迫時，SOD和CAT在清理過量自由基時具有一定的協同性，當其活性下降時，表明其清除ROS的能力下降[2]。 總抗氧化能力(T-AOC)通常用于衡量抗氧化系統功能，在一定程度上可以反應生物機體清除ROS的能力[3]。 丙二醛（MDA） 是衡量生物機體氧化脅迫程度的指標之一，可以反映機體細胞膜過氧化的程度，它還能加劇細胞膜的損傷， 反映組織細胞受ROS 攻擊的程度[4]。溶菌酶（LZM）是魚體非常重要的免疫因子，其活性與水溫、鹽度等環境因子密切相關，通常情況下，環境因子的急劇變化會顯著抑制機體的免疫功能。 免疫球蛋白M(IgM)是魚體內一種重要的免疫球蛋白，主要分布在血液中，IIM是反應魚類機體免疫應答的重要指標，與LZM相似，當其受到外界環境急劇變化時，其免疫功能會受到顯著抑制[5]。

2 相關環境因子脅迫對魚類生理生化指標的影響

2.1 溫度

魚類作為變溫動物， 溫度的變化對魚的生長及生理代謝有直接影響。 管敏等[6]研究發現溫度驟變使史氏鱘 (Acipenser schrenckii）SOD、CAT 活性、GSH含量、 MDA 含量和LZM活性均發生不同程度的變化，IgM 含量呈先下降后升高的趨勢，這也表明急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚肝臟機能產生了不利影響，并顯著抑制了其抗氧化防御能力和免疫功能。 在溫度脅迫對雙帶隱帶麗魚(Apistogramma bitaeniata)抗氧化酶和免疫指標的研究中發現， 在養殖過程中遇到溫度驟變時， 在24 h內進行補救是及時有效的；20℃和32℃組SOD 和CAT 活性、GSH 和MDA 含量的變化趨勢基本一致， 而與32℃處理組比20℃處理組更能促使雙帶隱帶麗魚產生更多的LZM， 表明32℃處理組在受到高溫脅迫后對雙帶隱帶麗魚幼魚產生了一定的保護機制； 各處理組IgM 含量變化不顯著[7]。在溫度對大口黑鱸幼魚不同組織抗氧化酶影響的研究中， 在21～33℃條件下， 大口黑鱸SOD和CAT 活性在鰓中含量最高且變化較大， 鰓中SOD和CAT 活性隨著溫度升高而先降低后升高，而29℃組活性最低；與SOD和CAT 活性相似，MDA 含量在鰓中較高，其中鰓和腸中的MDA含量均在21℃組含量最高。 肝臟、鰓和腸中均有較高GSH，整體隨溫度升高而呈先降低后升高的趨勢。 肝臟中T-AOC處于較高，肌肉中最低，整體隨溫度升高呈波動性變化，在29℃組最低[8]。 研究發現將大口黑鱸幼魚置于31℃、34℃和37℃的水中，34℃和37℃處理組成活率均低于50%，在48 h 時，31℃和34℃組SOD、GSH-PX、CAT、LZM活力均顯著高于對照組[9]，因此，在日常養殖過程中，應將水溫控制在34℃以下。 在急性溫度脅迫對銀鯧(Pampus argenteus)幼魚抗氧化酶和免疫指標的研究中發現， 在銀鯧幼魚肝臟中，22℃組SOD和CAT活性均呈先上升后下降的趨勢，GSH-PX和MDA均出現不同程度的變化， 這也意味著急性溫度脅迫對銀鯧幼魚的肝臟造成了一定程度的損傷， 并對其抗氧化能力和免疫應答反應產生了一定的影響。 在對翹嘴鱖（Siniperca chuatsi）幼魚進行96 h溫度脅迫過程中，翹嘴鱖幼魚肝臟SOD和CAT活性呈先降低后升高再降低的變化趨勢，其SOD和CAT活性在整個實驗過程中變化趨勢比較一致， 相似的結果在在吉富羅非魚（Oreochromis niloticus）中也有出現。高溫脅迫對美洲鰣（Alosa sapidissima）的研究中發現[10]，在肝中，28℃和30℃組CAT、 GSH-Px、SOD活性隨時間增長均呈上升變化，MDA含量呈先升后降的變化趨勢；在血清中，30℃組SOD活性和MDA含量均隨時間增長呈先升后降再升的變化，在96 h時均顯著大于24℃和28℃組（P＜0.05），而24℃和28℃組均較穩定，28℃組CAT和GSH-Px活性均隨時間增長呈上升趨勢，24℃組基本穩定，30℃組在48 h呈下降趨勢， 表明高溫脅迫對美洲鰣抗氧化酶產生了較大影響。

2.2 氨氮

氨氮是養殖水環境中主要的污染因子之一，其來源于蛋白質最終的分解代謝產物， 通常以總氨氮來衡量水中的氨， 其以離子氨 （NH4+） 和非離子氨（NH3）兩種形式存在。 魚類對氨氮的毒性非常敏感，當魚類長時間處于氨氮脅迫環境下并且超過自身機體調節限度時， 機體的非特異性免疫系統就會被破壞，其中抗氧化系統最容易被破壞，機體中部分抗氧化物質的含量下降，抗氧化酶的活性降低，從而導致魚類免疫力下降嚴重影響魚類的健康。 在氨氮脅迫對刀鱭(coilia nasus)稚幼魚研究中發現，在脅迫24 h后稚幼魚T-AOC活力顯著下降， GSH-PX活力上升但不顯著，T-SOD 、CAT活力均顯著上升； 恢復24 h后各種酶的活性都在向正常水平恢復， 但是最終都沒有恢復到對照組水平,表明刀鱭在受到氨氮脅迫后對抗氧化系統產生了一定的應激反應并影響其生長。 管敏等在慢性氨氮脅迫對子二代中華鱘(Acipenser sinensis)研究中發現，子二代中華鱘血清和肝臟SOD、CAT、T-AOC活性及GSH含量隨氨氮濃度的增加呈逐漸降低的趨勢， 而MDA含量呈升高趨勢，血清、肝臟LZM活性及IgM含量均顯著下降，慢性氨氮脅迫顯著抑制了子二代中華鱘的生長，降低了魚體的抗氧化能力和免疫能力。在急性氨氮脅迫對翹嘴鱖幼魚的研究中發現， 翹嘴鱖幼魚肝臟SOD、CAT活性和GSH含量均呈先升高后降低的變化趨勢，可能是隨著氨氮脅迫時間的延長， 魚體內ROS含量不斷增加，肝臟組織受到氨氮毒性影響，從而抑制了其抗氧化酶活性，最終導致抗氧化功能被削弱；此外，該研究還發現翹嘴鱖幼魚肝臟SOD、CAT和GSH三者具有協同作用。在慢性氨氮脅迫對史氏鱘（Acipenser schrenckii）幼魚的研究中發現，慢性氨氮脅迫顯著抑制了史氏鱘幼魚的生長，降低了魚體的抗氧化能力和免疫能力；隨著氨氮濃度的增加， 肝臟SOD、CAT、T-AOC活性和GSH含量呈下降趨勢，MDA含量呈上升趨勢。免疫指標中，LZM活性和IgM含量受氨氮脅迫影響顯著。

2.3 鹽度

鹽度是水生動物的限制生態因子之一， 養殖環境的鹽度波動對水生動物生長、 發育及滲透壓調節均有重要的影響。 水體鹽度變化會導致魚類的內外滲透壓失衡， 從而使其啟動一系列生理調節功能以適應環境鹽度的改變。 有研究表明， 大鱗副泥鰍（Paramisgurnus dabryanus）對一定濃度的鹽度具有調節適應能力，在大鱗副泥鰍受到鹽度脅迫后，其肝臟SOD和CAT活性均表現為先上升、 后下降的趨勢，且分別于脅迫12 h和2‰時達到最大值，GSH-PX活性在脅迫后的12 h內有所升高， 之后所有鹽度試驗組均回落至正常水平，MDA含量分別在1‰和7‰時達到最大值，且顯著高于淡水對照組。 在鹽度對云紋石斑魚研究中發現，其SOD 與CAT 活性呈先下降后上升的趨勢，最終恢復至正常水平，而MDA含量呈先上升后下降的趨勢，表明酶活力初期會受到抑制，隨后恢復，以抵御脅迫傷害。 溶菌酶活力隨時間延長先升高后降低，在非特異性免疫中發揮重要作用。研究發現，黃河鯉幼魚在養殖用水鹽度0 ～6‰ 范圍內適當提高鹽度可提高其肝臟抗氧化性能， 各鹽度組黃河鯉幼魚肝臟組織的SOD、CAT、LZM、GSH-Px 活性隨脅迫時間的延長均有先升高后下降的趨勢，且SOD、CAT、GSH-Px 活性在鹽度為6 ‰時能在脅迫96h 內維持較高水平， 各鹽度組的MDA 含量均在脅迫6 h達峰值， LZM 酶活性在脅迫96h 內均顯著高于對照組。 在對點籃子魚（Siganus guttatus）的研究中發現，點籃子魚對低鹽的耐受力比較強， 在鹽度快速改變時， 點籃子魚能通過調節自身的抗氧化酶活力來清除體內過量的ROS； 點籃子魚直接放入鹽度為10和20的水體中， 其SOD、CAT 和GSH-PX 活性雖有一定程度的升高，但與對照組無顯著性差異，直接放入鹽度為5‰的水體中SOD 酶活性與對照組無顯著性差異， 而CAT 和GSH-PX 活性與對照組有顯著性差異，但在24h時均恢復到對照組水平。

3 小結與展望

相關環境因子脅迫使魚類無法保持正常的生理狀態， 促使抗氧化水平和免疫指標發生一定程度的變化或無法恢復至正常水平，而在日常養殖過程中，嚴重影響魚類的正常生長、發育、攝食等行為，最終導致抗病力下降、生長緩慢，甚至出現大面積死亡現象。因此，今后需對相關環境因子對魚類的影響進行更深入的研究， 探究不同環境因子聯合對魚類影響的作用機制， 根據抗氧化酶的變化作為水質檢測和魚類健康的重要依據， 建立環境因子脅迫對魚的反應與水質監測和相結合的預警方案， 為漁業健康養殖發展提供重要的科學依據。