王肇鼎,李 寧,白 嬋,王炬光,柴 毅,熊光權
(1.長江大學動物科學技術學院/農學院,湖北 荊州 434023;2.湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所/農業農村部農產品冷鏈物流技術重點實驗室,湖北 武漢 430064;3.洪湖市農業農村局,湖北 荊州 4 332003;4.湖北省農業科技創新中心農產品加工研究分中心,湖北 武漢 430064)
大口黑鱸(Micropterus salmoides)是我國重要經濟魚類之一[1],其無棘間刺、味道鮮美、營養豐富、經濟價值高并且抗病能力強[2],在我國廣東、浙江、江蘇等地廣泛養殖,2022年產量超過80萬t[3]。鮮活大口黑鱸的市場需求日益增長,目前長時間遠距離運輸市場需求量大。
在活魚的運輸過程中,高密度運輸[4]、裝卸[5]、捕撈[6]及運輸過程中氨的積累[7]等會造成應激反應,影響運輸后水產動物的存活率。采取麻醉后進行保活運輸可以減輕魚的應激反應,使魚平靜,減少運動,降低運輸中的壓力和疼痛[8]。目前國內外批準用于食用魚的麻醉藥物數量有限且具有特殊預防措施[9],如美國食品藥品監督管理局(FDA)批準唯一魚類麻醉藥MS-222 使用后需要經過21 d 休藥期才能食用[10],而苯佐卡因和丁香酚等新型麻醉劑由于藥物消退期問題也存在爭議[11]。CO2從1943年起就被認為是魚體有效麻醉劑[12],作為公認的安全(GRAS)食品成分[8],CO2麻醉后運輸的魚不存在食品安全方面問題。
CO2麻醉作為麻醉劑在廣泛溫度范圍內均有效,但長時間CO2麻醉會減弱呼吸頻率,使魚體內有氧呼吸轉變為無氧呼吸,可能導致魚類呼吸衰竭致死,因此其毒性在很大程度上與水溫和使用時長有關[13-15]。目前關于CO2麻醉運輸大口黑鱸相關研究報道較少。本研究通過單因素實驗確定最佳運輸水溫和CO2麻醉濃度,在最佳條件下探究CO2麻醉處理對保活運輸過程中大口黑鱸血清中皮質醇、葡萄糖含量,乳酸脫氫酶、谷草轉氨酶活性等的影響,肌肉中蛋白質、乳酸、糖原含量等指標的影響,以達到提高大口黑鱸運輸后存活率和運輸效果的目的,同時為CO2麻醉使用安全提供理論基礎。
大口黑鱸(M.salmoides)購自湖北省嘉魚縣三湖漁業有限責任公司,用裝滿充氧淡水的1 t運輸罐將健康無病、生長趨勢良好的大口黑鱸迅速運輸至實驗場地,運輸罐上覆蓋黑色塑料布以減少運輸途中產生的應激反應。實驗前,將大口黑鱸放置在直徑100 cm、高90 cm 的圓柱形循環缸(水溫12~15 ℃,pH 7.3±0.1,溶氧量5.5~7.5 mg/L)中暫養大口黑鱸以確保狀態穩定。暫養時每天投喂一次通威加州鱸膨化配合飼料,實驗前停飼24 h。實驗時,大口黑鱸的平均體質量為(509.0 ± 26.8)g,平均體長為(32.95±1.65)cm。
納氏試劑購自平根科技檢測技術服務中心;酒石酸鉀鈉溶液購自江標檢測科技有限公司。皮質醇(Cortisol,COR)試劑盒購買自武漢純度生物科技有限公司;葡萄糖(Glucose,GLU)、肌酐(Creatinine,CR)、尿素氮(Blood urea nitrogen,BUN)、谷草轉氨酶(Aspartate aminotransferase,AST)、谷丙轉氨酶(Alanine amiotransferase,ALT)、乳酸脫氫酶(Lactate sehydrogenase,LDH)、乳酸(Lactic acid,LD)、糖原(Glycogen,GLY)含量測定試劑盒均購買自南京建成生物工程研究所。
3K15 高速冷凍離心機(德國Sigma 公司);HITACH UH5300 紫外可見分光光度計(日本HITACHI 公司);多功能酶標儀SPARK(瑞士Tecan儀器公司);BT25S 電子分析天平(精度0.001 g,德國Sartorius 公司);HQ40 哈希HACH 便攜式雙路輸入多參數數字化分析儀(上海哈希水質分析儀器有限公司);便攜式氨氮測定儀(杭州齊威儀器有限公司);FE28 pH 計(瑞士梅特勒-托利多國際有限公司);全自動凱氏定氮儀(海能儀器)。
1.3.1 大口黑鱸麻醉和復蘇時間測定 從暫養水箱中隨機網取20 尾大口黑鱸放入裝有15 L 曝氣后實驗用水的玻璃魚缸中,分別在7 ℃和14 ℃時通入V(CO2)∶V(O2)=1∶1(流速為0.1 L/ min)的混合氣體,每個實驗組設置3 個平行組(n=3)。參照Holloway 等[15]的分期標準,通過觀察大口黑鱸行為判斷麻醉階段,用秒表記錄進入各麻醉階段的時間,用CO2測定儀測定水體CO2含量,并根據鰓蓋運動以確定各階段的呼吸頻率[16]。當大口黑鱸處于不同麻醉狀態時,將大口黑鱸轉入相同水溫裝有15 L曝氣后實驗用水的玻璃魚缸中進行復蘇,通過觀察大口黑鱸的行為判斷大口黑鱸復蘇狀態,用秒表記錄魚體平衡可以自由游動,反應恢復靈敏階段(R4)的時間。采取同一觀察者進行大口黑鱸行為特征的觀察、麻醉和復蘇階段的判斷并進行時間記錄。
1.3.2 麻醉時水溫的測定 從暫養水箱中隨機網取20尾大口黑鱸,放置在裝有15 L曝氣后實驗用水的玻璃魚缸中模擬保活,分別在水溫5、10、15、20 和25 ℃時通入V(CO2)∶V(O2)=1∶1(流速為0.1 L/min,CO2質量濃度為1.8 g/L)的混合氣體,每個實驗組設置3 個平行組(n=3)。在模擬保活的12、24、36 和48 h進行復蘇,記錄大口黑鱸死亡數,計算平均存活率,篩選最佳的麻醉時水溫。
1.3.3 麻醉時CO2濃度的測定 從暫養水箱中隨機網取20 尾大口黑鱸放置在裝有15 L 曝氣后的實驗用水的玻璃魚缸中,水溫控制在15 ℃,然后分別通入V(CO2)∶V(O2)=1∶1(流速為0.1 L/min)的混合氣體3、4、6、8 min,靜置8 min。用CO2測定儀測量玻璃水缸中CO2質量濃度分別為1.8、4.8、6.8 和9.8 g/L。在上述四種CO2濃度下對魚進行保活模擬運輸,以不添加CO2的組作為對照組,每個實驗組設置3個平行組(n=3)。在保活模擬運輸的24、48、72和96 h 記錄大口黑鱸的死亡數,計算平均存活率,篩選最佳的麻醉時CO2濃度。
1.3.4 模擬運輸 從暫養水箱中隨機網取20尾大口黑鱸放入裝有15 L 曝氣后實驗用水的玻璃魚缸中,根據1.3.3和1.3.4節的結果選取水溫15 ℃和CO2質量濃度6.8 g/L 為CO2處理組,以不添加CO2的組作為對照組,在黑暗中進行模擬運輸。其間每0.5 h振蕩3 次,震蕩條件為90 次/min,振蕩5 min。分別在保活模擬運輸的0、12、24、36 和48 h 隨機選擇5 尾魚,擦拭干凈魚表皮黏液,用注射器從尾部血管采集1.5 mL 血液,單尾魚只采樣一次。然后迅速解剖魚體,收集肝臟和每尾魚同側面側線上頭部到背鰭之間魚背肌肉(長、寬、高為3、1、1 cm)組織,用0.01 mol/L 磷酸鹽緩沖液(PBS,pH:7.4)清洗后,放置于無菌無酶的10 mL 離心管中用液氮迅速冷凍后,保存于-80 ℃冰箱待用。
1.4.1 水中氨氮的測定 在1.3.4的保活模擬運輸的0、24、48 和72 h 分別取水樣,參照HJ 535—2009《水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法》[17]進行水中總氨氮濃度的測定。
1.4.2 生化指標測定 全血樣品在4 ℃下靜置4 h,待血液分層后在4 000 r/min 條件下離心10 min,小心吸取上層血清置于10 mL 離心管,保存于-80 ℃冰箱。保存過程中如若出現沉淀則同樣條件再次離心。吸取上層血清分裝于離心管,冰水浴中解凍血清樣本,然后根據檢測試劑盒(南京建成生物工程研究所,)操作步驟測定GLU、CR、BUN、AST、ALT、LDH和LD等指標。
1.4.3 肌肉營養成分的測定 稱取1 g 左右凍存魚肉,按照質量∶體積=1 g∶9 mL 的比例加入4 ℃的質量分數0.65%生理鹽水,在冰水浴中勻漿,然后在4 ℃、2 500 r/min 條件下離心20 min,仔細收集質量分數10%的組織勻漿上清液,保存于-80 ℃冰箱備用。根據檢測試劑盒(南京建成生物工程研究所)說明書操作步驟測定大口黑鱸組織的GLY、LD 等指標。蛋白質含量測定采用凱氏定氮法(GB 5009.5—2016)[18]進行。水分含量的測定采用直接干燥法(GB 5009.3—2016)[18]進行。
實驗均進行三次重復。實驗結果為各測定值的平均值± 標準差。用SPSS 19.0 進行統計分析,組間差異采用單因素方差分析(One-way ANOVA),顯著性差異檢驗采用Duncan's 檢驗,顯著性水平α=0.05,用Graphpad Prism 8作圖。
參照Summerfelt[19]和Prince 等[20]對麻醉有效階段的定義、Holloway 等的分類標準[15],結合大口黑鱸的實際情況,麻醉階段和復蘇階段分期及相應時間記錄如表1。大口黑鱸達到失去平衡、喪失肌肉張力的A4 階段,在7 ℃下需要15.23 min,而在14 ℃下僅需10.33 min。達到魚體恢復平衡可以自由游動、反應恢復靈敏的R4 階段,在水溫為7 ℃時需要10.20 min,14 ℃時僅需要3.53 min。復蘇24 h后大口黑鱸的存活率隨著溫度的上升而提高,當水溫為7 ℃時,60%的魚能存活24 h。當溫度為14 ℃時,大口黑鱸存活率可達100%。結果表明,水溫較低時,大口黑鱸進入麻醉期的時間和麻醉之后的復蘇時間延長,并且影響麻醉后的存活率。這可能是因為溫度越低,CO2通過魚鰓進入體內的滲透速率減慢,魚體的代謝速率低、能量消耗減少,導致麻醉時間和復蘇時間都增加[13]。根據Marking 等研究[10],理想麻醉劑的誘導時間應該在3 min 以內,恢復時間在5 min以內,并且根據Summerfelt等[21]列出的理想麻醉劑應有特征,本研究中所使用的的CO2是大口黑鱸的理想麻醉劑。

表1 水溫對大口黑鱸麻醉和復蘇時間的影響Table 1 Effect of water temperature on anesthesia and resuscitation of largemouth bass(Lepomis macrochirus)
由圖1(a)可得,隨著運輸時間的延長,各溫度組大口黑鱸存活率逐漸下降。5 ℃組的大口黑鱸在運輸24 h 出現死亡,10 和20 ℃組在運輸36 h 出現死亡,15 ℃組在運輸48 h 出現死亡,25 ℃組在運輸12 h 出現死亡。運輸48 h,水溫10 ℃和15 ℃下大口黑鱸存活率較高,為90.00%和86.67%。由此可知,在本研究條件下對大口黑鱸進行保活運輸時,運輸最佳水溫為15 ℃。由于魚類的細胞結構和功能只能在特定的溫度范圍內保持,所以溫度變化會導致魚類應激致死[22]。當水溫較低時,大口黑鱸存活率下降,可能是低溫應激導致魚類細胞功能障礙并且刺激了相關凋亡基因的表達[21]。而在水溫較高時,CO2通過滲透調節方面具有重要作用的鰓[23]進入魚體的滲透速率加快,雖然麻醉作用下鰓蓋運動減少導致大口黑鱸通氣量減少,但這并不阻礙CO2進入血流[15],此時CO2大量累積在血液中,導致大口黑鱸在運輸過程中麻醉致死。因此CO2麻醉大口黑鱸進行保活運輸時,適宜選取水溫為15 ℃。這與Tan 等[22]認為低溫結合CO2麻醉可有效延長大黃魚(Pseudosciaena crocea)存活率結果相似。

圖1 不同水溫和CO2質量濃度對模擬保活運輸大口黑鱸存活率的影響Fig.1 Effects of water temperature and CO2 concentration on the survival rate of largemouth bass(Lepomis macrochirus)
由圖1(b)可知,隨著運輸時間的延長,各CO2處理組大口黑鱸存活率逐漸下降。在水溫為15 ℃、CO2質量濃度為4.8、6.8 g/L 時,大口黑鱸模擬保活運輸96 h后存活率仍為100%,此時CO2質量濃度為1.8 g/L 和9.8 g/L 組大口黑鱸全部死亡,對照組存活率為50.67 %。模擬運輸24 h,CO2質量濃度為9.8 g/L 組存活率為50.67%,其余組為100%。模擬運輸48 h,對照組、1.8 g/L 組和9.8 g/L 組存活率分別為83.67%、60.67%和20.67%。模擬運輸72 h,對照組和1.8 g/L 組存活率為66.33%和30.33%,而9.8 g/L 組魚全部死亡。以上結果表明,使用CO2進行麻醉時,濃度過高或過低均不利于魚類存活,本研究條件下CO2最佳麻醉質量濃度為4.8、6.8 g/L。低濃度CO2會導致麻醉過程不能達到魚類麻醉標準[15],使大口黑鱸未處于低代謝、低能量消耗狀態,導致麻醉后魚體提前復蘇,產生急性應激反應,并且麻醉本身會導致輕度或中度應激反應[24]。隨著CO2濃度的增加和運輸時間的延長,大口黑鱸體內的CO2含量也不斷累計,高CO2含量會影響魚類體內的酸堿平衡[25],從而影響CO2麻醉后魚類的存活率。
由圖2可知,隨著模擬運輸時間的延長,對照組及各CO2濃度組水中氨氮含量均有一定增加,但相較于對照組增加較少。同一運輸時間下,CO2濃度增加,水中氨氮的含量反而逐漸減少。這表明通入CO2可一定程度抑制水中氨氮含量的上升。但經9.8 g/L CO2麻醉的大口黑鱸模擬運輸組率先出現死亡現象,這可能是實驗過程中排泄的CO2、氨積累及不良的水交換使水質降低[7],同時魚被CO2過度麻醉造成高碳酸血癥導致的[8],同時CO2濃度的增加會導致血液和組織呼吸色素酸化,使氧氣攝入和輸送的減少[26]。Rimmer 等[27]也認為運輸過程中的封閉水體水質的變化主要受CO2的影響,與本研究結果相似。

圖2 不同CO2濃度對模擬運輸過程中氨氮濃度的影響Fig.2 Effect of different CO2 concentrations on ammonianitrogen concentration during simulated transport
如圖3(a)所示,在模擬保活運輸過程中,6.8 g/L CO2麻醉處理組血清中COR 質量濃度低于對照組,且CO2處理組在各運輸時間點之間具有顯著差異(P<0.05),對照組在運輸12、36 h 血清中COR 質量濃度無顯著差異(P>0.05)。隨著運輸時間的增加,CO2處理組血清中COR 含量呈現先降低(0~12 h)后升高(12~48 h)的趨勢,這可能是因為CO2麻醉降低了魚類的新陳代謝并補償了溫度變化引起的應激[22],而隨著運輸時間增長,應激導致促腎上腺皮質激素釋放,從而引起COR 合成和分泌,導致COR在運輸后期出現峰值[28-29]。

圖3 CO2麻醉對模擬保活運輸大口黑鱸血清中皮質醇、葡萄糖和乳酸脫氫酶的影響Fig.3 Effects of CO2 anesthesia on COR(a),GLU(b),and LDH(c)in the serum of simulated live-transported largemouth bass(Lepomis macrochirus)
如圖3(b)所示,在保活模擬運輸過程中,大口黑鱸血清中GLU 含量在0~36 h 呈增長趨勢,之后下降。各運輸時間之間具有顯著差異(P<0.05),且對照組血清中的GLU 含量顯著高于CO2處理組(P<0.05)。可能是因為運輸前期血液中COR 含量增加導致糖原分解、糖異生作用加強[16],另外此時麻醉的魚呼吸頻率減緩,血液中會釋放相對較高的兒茶酚胺,也會引起GLU 升高[30]。但后期模擬運輸時間增加,長期饑餓使糖原脫支酶被抑制,糖原分解減少,GLU含量減少[31]。
LDH 可反映糖原分解產生乳酸的程度和葡萄糖厭氧代謝的程度。如圖3(c)所示,在進行保活模擬運輸的過程中,隨著運輸時間的增加,大口黑鱸LDH 摩爾濃度不斷增加,且對照組和CO2處理組之間均具有顯著差異(P<0.05),運輸12~48 h 間對照組中LDH 摩爾濃度顯著高于CO2處理組(P<0.05),可能是因為運輸前期血液中GLU 含量上升,為處于應激狀態下的需氧組織(心臟或鰓)提供能量[29],但CO2處理組麻醉時鰓蓋運動、通氣頻率、通氣量減少[28],組織氧供應減少從需氧代謝轉換為無氧代謝[32],相較于對照組消耗了更少的能量,有更多的能量供給應激狀態下的需氧組織(心臟或鰓),從而減少了由于魚類應激導致心肌細胞的破損,降低了心肌細胞中LDH 的流出,從而CO2處理組血清中LDH 摩爾濃度顯著低于對照組(P<0.05),表明經CO2麻醉處理之后進行保活模擬運輸可以減輕因應激導致的心肌損傷。
由圖4(a、b)可知,AST 活性在CO2處理組和對照組的各模擬運輸時間之間均有顯著差異(P<0.05),且同一時間下對照組AST 活性顯著高于CO2處理組(P<0.05)。隨著運輸時間的延長,AST活性也增加,在模擬運輸48 h 時,AST 活性達到最高,為(26.85± 1.93)U/L。CO2處理組ALT 活性在各模擬運輸時間之間存在顯著差異(P<0.05),對照組在運輸0~12 h不具有顯著差異(P>0.05),隨著運輸時間的延長,ALT活性增加,CO2處理組ALT活性在模擬運輸48 h 時達到最高,為(43.00 ± 1.93)U/L。AST 作為生物體內作用于氨代謝的酶,在心肌中廣泛分布[33]。ALT可以協助糖異生產生葡萄糖和氨基酸代謝,并作為應激中肝臟受損的主要指標[13]。在保活模擬運輸過程中,大口黑鱸產生應激反應,導致機體細胞損傷、凋亡基因表達,AST 和ALT 作為細胞損傷和死亡的標志物在血流中釋放,引起血清中AST和ALT質量濃度上升[16]。

圖4 CO2麻醉對模擬保活運輸大口黑鱸血清中谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶、尿素氮和肌酐的影響Fig.4 Effects of CO2 anesthesia on AST(a),ALT(b),BUN(c)and CR(d)in the serum of simulated live-transported largemouth bass(Lepomis macrochirus)
BUN 作為魚體內除氨外的重要含氮排泄物,經常被用作腎損傷指標[34]。CR 水平升高說明結構損傷導致腎功能障礙[35]、腎小球濾過率能力降低和血液中產生許多不會被清除的廢物[36]。由圖4(c、d)可知,CO2處理組的BUN 和CR 濃度在各模擬運輸時間均差異顯著(P<0.05),并且隨著運輸時間不斷增加,對照組BUN和CR濃度均大于CO2處理組,說明對照組大口黑鱸在模擬運輸過程中發生了腎功能損害,CO2處理減輕了大口黑鱸的應激反應、新陳代謝水平和呼吸頻率,使血液中BUN、CR 的流入量減少。
由圖5(a)可知,隨著運輸時間的增加,魚背肌肉中蛋白質質量分數整體呈下降趨勢,CO2處理組在12~48 h 之間蛋白質質量分數顯著高于對照組(P<0.05)。隨著運輸時間的增長,魚背肌肉中蛋白質質量分數下降,一方面是因為魚類在運輸過程中降解一些營養物質(糖原、蛋白質等)為生物體提供營養并使其保持活力[37],另一方面,不利的環境因素(運輸過程中的振動)不斷刺激魚體消耗能量,從而促進能量供應物質的分解[38],并且隨著運輸時間的增加,機體pH 降低酸化也會抑制蛋白質的生物合成[39]。

圖5 CO2麻醉對模擬保活運輸大口黑鱸肌肉蛋白質、pH值、糖原和乳酸的影響Fig.5 Effect of CO2 anesthesia on protein(a),pH(b),GLY(c)and LD(d)in the muscle of simulated live-transported largemouth bass(Lepomis macrochirus)
由圖5(b-d)可知,隨著運輸時間延長,pH 在運輸中呈現先降低(0~12 h)后升高(12~48 h)的趨勢,但CO2處理組和對照組的pH 差異不顯著(P>0.05)。在運輸過程中對照組乳酸質量摩爾濃度顯著高于CO2處理組(P<0.05),隨著運輸時間延長,呈現先升高后降低趨勢,在運輸24 h 最高,此時CO2處理組和對照組乳酸質量摩爾濃度分別為(0.82 ± 0.07)和(1.12 ± 0.03)mmol/g。糖原質量分數在模擬運輸過程中呈現下降趨勢,且0~36 h 間變化顯著(P<0.05),CO2處理組在運輸過程中糖原質量分數顯著高于對照組(P<0.05)。經過長時間模擬運輸,血液中CO2濃度增加,CO2分壓增大使魚類呼吸性酸中毒導致高碳酸血癥[40],而高碳酸血癥會導致組織產生大量乳酸[41],并且模擬運輸過程中低溫缺氧也會導致體內乳酸積累,同時糖原會被分解產生乳酸,糖酵解途徑轉變為脂肪分解代謝[42],因此糖原含量隨模擬運輸時間的增長而下降,乳酸含量隨模擬運輸時間的增長而上升。運輸早期糖原被分解產生乳酸會降低pH,在機體酸化和pH 降低的情況下,魚體通過兒茶酚胺蛋白進行離子交換來提高pH[43],并且蛋白質分解產生的堿性物質也會導致pH 上升[44],所以模擬運輸過程中pH 呈現先降后升趨勢。
本研究發現,7 ℃相較于14 ℃大口黑鱸進入麻醉和恢復階段需要更長的時間,并且恢復24 h 后14 ℃組存活率為100%,7 ℃組存活率僅為60%,說明麻醉溫度會影響大口黑鱸體內代謝速率和存活率。隨著運輸時間的增加,水中氨氮濃度呈現增加的趨勢,其中CO2處理組水中氨氮濃度低于對照組,表明通入CO2可一定程度抑制水中氨氮含量的上升,延緩水質惡化速度。確定大口黑鱸進行模擬保活運輸采用15 ℃水溫,6.8 g/L CO2麻醉時運輸效果最佳,此條件可以減輕大口黑鱸在模擬運輸過程中的應激反應,使COR、GLU、LDH、AST、ALT、BUN和CR 等指標隨著運輸時間的延長,其在體內增加的水平顯著低于對照組(P<0.05),可以減少運輸過程中肌肉乳酸的產生量,減緩運輸過程中肌肉蛋白質及糖原的流失速率,但同時也減弱了大口黑鱸的呼吸頻率,使大口黑鱸體內有氧呼吸轉變為無氧呼吸,導致體內肝腎受損,進而影響存活率。因此,建議采用水溫為15 ℃,CO2質量濃度為6.8 g/L 保活運輸大口黑鱸時運輸時長不宜超過36 h。