虹鱒和硬頭鱒幼魚對(duì)溫度的耐受性?

姜旭陽， 董雙林,2??， 劉騁躍， 周演根,2

(1．海水養(yǎng)殖教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國海洋大學(xué))，山東 青島 266003； 2．青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266235)

硬頭鱒(Oncorhynchusmykiss, Steelhead trout)與虹鱒(O.mykiss, Rainbow trout)是同一物種的兩種不同生態(tài)類型，前者溯河洄游繁殖，稱洄游型，后者則終生生活在內(nèi)陸水域，為陸封型[1-2]。虹鱒原產(chǎn)于美國，1959年引入我國, 是目前世界各地人工養(yǎng)殖最廣泛的經(jīng)濟(jì)魚類之一[3]。硬頭鱒于1998年引入我國，并在2006年實(shí)現(xiàn)人工繁殖。由于生態(tài)類型不同，二者在生長、發(fā)育和繁殖過程中存在著較為顯著的差異[4]。

溫度是影響生物生存和繁衍的重要因素[5]。魚類作為變溫動(dòng)物對(duì)溫度的敏感度更高[6]，其體內(nèi)生理活動(dòng)強(qiáng)度及生物化學(xué)反應(yīng)速率也會(huì)隨環(huán)境溫度波動(dòng)。一般情況下，溫度升高，酶活性增強(qiáng)，各組織器官更加活躍，進(jìn)而引起機(jī)體代謝率的升高[7-8]，攝食率、健康狀況、應(yīng)激反應(yīng)、生長和存活率也在一定程度上受其影響[9-11]。魚類可以通過補(bǔ)償代謝反應(yīng)在一定程度上適應(yīng)時(shí)間跨度較大的溫度變化，例如四季交替引起的溫度變化。然而，溫度的快速或長期持續(xù)升高對(duì)魚類，尤其對(duì)冷水性魚類，是極大的挑戰(zhàn)。虹鱒適宜生長的水溫為12～18℃，溫度過高會(huì)打破其機(jī)體生理平衡狀態(tài)，表現(xiàn)出免疫機(jī)能減退及炎癥反應(yīng)，時(shí)間過長即導(dǎo)致死亡。

在實(shí)驗(yàn)室條件下，魚類對(duì)溫度的耐受性通常使用2種方法進(jìn)行量化，即靜態(tài)溫度法和動(dòng)態(tài)溫度法[12-14]。前者是將受試生物從適宜溫度的水體迅速轉(zhuǎn)移至一系列不同靜態(tài)溫度的水體中，通過監(jiān)測(cè)魚類狀態(tài)，獲得相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從而計(jì)算魚類的起始致死上限溫度(Upper incipient lethal temperature，UILT)[15]。動(dòng)態(tài)溫度法又稱臨界溫度法，可用來估算生物的臨界熱最大值(Critical thermal maxima，CTMax)，該方法是將適應(yīng)于各種溫度的魚暴露于速率較高的溫度變化中，識(shí)別、計(jì)算魚失去平衡時(shí)的平均溫度，即CTMax[14,16]。經(jīng)過一系列的改進(jìn)和完善之后，臨界溫度法已成為較為有效的研究溫度對(duì)魚類影響的工具[17-18]，CTMax則成為評(píng)估水生動(dòng)物對(duì)高溫抗逆性的重要生理生態(tài)指標(biāo)。近年來，有關(guān)魚類溫度耐受方面的研究普遍采用此方法，例如，對(duì)中華鳑鲏(Rhodeussinensis)[19]、短吻鱘(Acipenserbrevirostrum)[20]和大西洋鮭(Salmosalar)[21]的研究就采用了此方法。

我國科技工作者正在利用黃海冷水團(tuán)條件在開放海域進(jìn)行鮭鱒魚類養(yǎng)殖可行性研究，其中適宜養(yǎng)殖種類的選擇是其重要研究內(nèi)容之一。與虹鱒和硬頭鱒天然分布水域不同的是，黃海冷水團(tuán)海域和我國華東沿海區(qū)域夏季水溫更高，冬季水溫更低。因此，查明這兩類魚對(duì)高溫和低溫的耐受性及兩類魚間的差異就成為適宜養(yǎng)殖種類選擇的基礎(chǔ)。另外，隨著全球氣候變暖，黃海冷水團(tuán)海域和華東沿海區(qū)域的溫度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。因此，查明養(yǎng)殖魚類對(duì)溫度的耐受性也是評(píng)估全球氣候變化對(duì)未來黃海冷水團(tuán)魚類養(yǎng)殖業(yè)潛在影響的基礎(chǔ)工作。本研究利用動(dòng)態(tài)溫度法，測(cè)定了不同體重虹鱒和硬頭鱒的CTMax和低溫停食溫度，評(píng)價(jià)了它們對(duì)高溫和低溫耐受能力差異，以期為我國在開放海域養(yǎng)殖鮭鱒魚類、推動(dòng)我國深遠(yuǎn)海魚類養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用虹鱒和硬頭鱒6種規(guī)格分別為2、5、12、30、60和120 g，分別用T2、T5、T12、T30、T60和T120表示。魚發(fā)眼卵購自丹麥Troutex鮭鱒魚卵公司，且為同批次。在日照市萬澤豐漁業(yè)有限公司苗種繁育車間孵化、培育為幼魚。實(shí)驗(yàn)前飼養(yǎng)于圓形玻璃鋼養(yǎng)殖池(直徑6 m、深度1.2 m、有效水體體積28.3 m3)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取體表健康、生長狀況良好且體重相近的2種魚個(gè)體，放入水族箱中。水族箱規(guī)格為70 cm×50 cm×50 cm，有效水體體積為150 L。通過控溫裝置精確控制水溫，誤差小于0.5 ℃。每種魚每個(gè)規(guī)格處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)20尾魚。

實(shí)驗(yàn)開始前于14 ℃水溫馴養(yǎng)一周以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室條件。馴養(yǎng)期間飽食投喂，飼料為市售鮭鱒魚配合飼料。每天在8:00、12:00和16:00投喂3次，實(shí)驗(yàn)開始前24 h停止投喂。

實(shí)驗(yàn)過程中光照周期為12 h光照∶12 h黑暗。水體溶解氧含量、溫度、pH和鹽度分別為(8.5 ± 0.5) mg/L、(14 ± 0.4) ℃、7.1 ± 0.3和0，前3項(xiàng)指標(biāo)由便攜式多功能溶解氧測(cè)量儀(Yellow Spring Instrument Co., Yellow Spring, Ohio, USA)測(cè)定，鹽度由鹽度計(jì)(HB-211ATC手持式鹽度計(jì))測(cè)定。亞硝氮(NO2-N)、硝氮(NO3-N)和總氨氮(TAN)的含量分別為(0.10 ± 0.05) mg/L、(4.32 ± 2.5) mg/L、(0.05±0.03) mg/L。

CTMax的測(cè)定：以14 ℃為起始溫度，以1 ℃/24h的速率不斷升溫，直至魚體呈失衡狀態(tài)，記錄此時(shí)的溫度，即為受試魚的CTMax。實(shí)驗(yàn)期間不投喂。停食溫度的測(cè)定：以14 ℃為起始溫度，以1 ℃/24h的速率降溫，期間正常投喂，觀察攝食情況，直至魚停止攝食，記錄溫度。飼料及各項(xiàng)水質(zhì)條件均與暫養(yǎng)期間保持一致。

1.3 數(shù)據(jù)分析

CTMax計(jì)算公式為：

式中：Tend-point為魚失去平衡的溫度；n為實(shí)驗(yàn)魚數(shù)量。

停食溫度計(jì)算公式同上。

數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差(Mean ± SD)表示，以種類和體重為實(shí)驗(yàn)因素，對(duì)CTMax、停食溫度結(jié)果進(jìn)行雙因素方差分析。回歸分析根據(jù)最佳線性擬合原理進(jìn)行[22]。

數(shù)據(jù)分析使用SAS 9.4(SAS Institute, Cary, NC, USA)，P<0.05為顯著水平。

2 結(jié)果

2.1 高溫臨界溫度

表1是受試的虹鱒和硬頭鱒體重對(duì)CTMax影響。由表1可以發(fā)現(xiàn)，CTMax受種類、體重以及二者交互作用影響顯著(P<0.05)，且硬頭鱒的CTMax顯著低于虹鱒(P<0.05)。

表1 不同規(guī)格虹鱒和硬頭鱒的高溫臨界溫度Table 1 CTMax of different weights of rainbow trout and steelhead trout

注：不同小寫英文字母表示同種魚不同體重間差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lower case letters indicate significant differences between different body weights of the same species of fish (P<0.05).

虹鱒和硬頭鱒的CTMax見表1。虹鱒CTMax在T2時(shí)最高，為29.1℃，之后隨體重增加逐漸下降。T2、T5、T12和T30之間差異顯著(P<0.05)，T30和T60、T60和T120之間，差異不顯著(P>0.05)。T120時(shí)期CMax最低，顯著低于T2、T5、T12和T30(P<0.05)。

硬頭鱒CTMax分別在T20和T120出現(xiàn)最大值和最小值，其隨體重增加逐漸降低。T2與T5、T5與T12之間差異不顯著，其余各組間均存在顯著差異(P<0.05)。

表2是受試的虹鱒和硬頭鱒體重對(duì)CTMax影響。由表2可以發(fā)現(xiàn)，CTMax受種類、體重以及二者交互作用影響顯著(P<0.05)，且硬頭鱒的CTMax顯著低于虹鱒(P<0.05)。

表2 體重和種類對(duì)高溫臨界溫度影響的雙因素分析結(jié)果Table 2 Result of two-way ANOVAs for the effects of species and weight on CTMax

2.2 停食溫度

表3顯示，停食溫度受體重和種類及二者交互作用的顯著影響(P<0.05)，硬頭鱒的停食溫度顯著高于虹鱒(P<0.05)。

表3 體重和種類對(duì)停食溫度影響的雙因素分析結(jié)果Table 3 Result of two-way ANOVAs for the effects of species and weight on the stop feeding temperature

表4所示為虹鱒及硬頭鱒停食溫度。虹鱒T2時(shí)停食溫度最高，為2.4℃，顯著高于其余各階段(P<0.05)。T60和T120 的停食溫度顯著低于其他組(P<0.05)，但其二者之間差異不顯著。

表4 不同規(guī)格虹鱒和硬頭鱒的停食溫度Table 4 Stop feeding temperature of different weights of rainbow trout and steelhead trout

注：不同小寫英文字母表示同種魚不同體重間差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lower case letters indicate significant differences between different body weights of the same species of fish (P<0.05).

硬頭鱒的停食溫度在T2時(shí)最高，之后呈逐漸下降趨勢(shì)，在T120時(shí)達(dá)到最低。各體重間均存在顯著差異(P<0.05)。

2.3 體重與溫度的回歸曲線分析

對(duì)虹鱒CTMax與其體重進(jìn)行線性回歸分析，回歸方程為CTMax=-0.936 5ln(weight) + 29.917 9(R2= 0.974 2，P<0.000 1)(見圖1)，CTMax與體重的對(duì)數(shù)呈負(fù)相關(guān)，擬合結(jié)果良好，說明此回歸方程基本適合不同體重虹鱒的CTMax變化趨勢(shì)。

圖1 虹鱒、硬頭鱒高溫臨界溫度與體重的關(guān)系Fig. 1 Relationship between CTMax and body weight of rainbow trout and steelhead trout

對(duì)硬頭鱒CTMax與其體重進(jìn)行線性回歸分析如圖1所示，回歸方程為CTMax=-0.032 8ln(weight)+28.036 8(R2=0.935 5，P<0.000 1)，擬合結(jié)果良好，說明硬頭鱒的CTMax與體重的對(duì)數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

對(duì)虹鱒停食溫度與其體重進(jìn)行線性回歸分析如圖2所示，回歸方程為停食溫度= -0.292 9ln(weight) +2.589 5(R2= 0.855 0，P<0.000 1)，擬合結(jié)果良好，顯示虹鱒的CTMax與體重的對(duì)數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

對(duì)虹鱒停食溫度與其體重進(jìn)行線性回歸分析，回歸方程為停食溫度=-0.978 3ln(weight) + 3.758 4(R2= 0.855，P<0.000 1)(見圖2)，擬合結(jié)果良好，顯示虹鱒的CTMax與體重的對(duì)數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

圖2 虹鱒、硬頭鱒停食溫度與體重的關(guān)系Fig. 2 Relationship between stopp feeding temperature and body weight of rainbow trout and steelhead trout

3 討論

在自然和養(yǎng)殖條件下，魚類很少遇到像測(cè)定CTMax時(shí)的快速升溫[23]，例如1 ℃/min和1 ℃/h等。因此，許多研究人員選擇更慢的加熱速率進(jìn)行CTMax的測(cè)定[24-25]，例如1～2 ℃/d[26-27]。雖然慢速增溫實(shí)驗(yàn)周期有所延長，但有研究表明，通過較慢升溫速率獲得的數(shù)據(jù)更能反映魚類面對(duì)自然環(huán)境中熱應(yīng)激時(shí)的臨界溫度[28]。本研究選取1 ℃/24 h的升、降溫速率，較為真實(shí)的模擬魚類養(yǎng)殖過程中面臨的高溫和低溫脅迫。同時(shí)，在測(cè)定CTMax期間沒有投喂，以避免與水質(zhì)改變和投喂差異引起的混淆效應(yīng)[29]。為避免不同家系和年齡對(duì)溫度耐受能力的差異，本研究受試魚都是同日受精的同批次魚類受精卵孵出的幼魚。

不同鮭科魚類的溫度耐受能力存在較大的差異。例如3個(gè)月的幼魚，以1 ℃/d的速率升溫，大西洋鮭(Salmonsalar)的CTMax顯著高于溪鱒(Salve1inusfontinalis)和虹鱒[30]。本研究中，即使是同一物種，陸封型虹鱒的CTMax也顯著高于洄游型硬頭鱒，而對(duì)于停食溫度則虹鱒顯著低于硬頭鱒，這說明虹鱒相對(duì)于硬頭鱒，有更寬的溫度耐受范圍。生物的溫度耐受范圍與其棲息地的季節(jié)性溫度變化范圍相關(guān)，溫度耐受范圍寬的種類通常具有更大的分布范圍[31]。海洋的溫度較為穩(wěn)定，且范圍大，硬頭鱒面對(duì)溫度脅迫的機(jī)會(huì)相對(duì)較少，并且其通過遷徙可尋找適宜的棲息地，這是其溫度耐受能力不如虹鱒的原因。長期的進(jìn)化使這兩個(gè)不同生態(tài)類型的魚形成了不同的能量分配模式[32]，這會(huì)對(duì)它們的生長產(chǎn)生影響。

本研究中，隨著體重的增加，2種魚CTMax均逐漸下降。Matthew等[33]報(bào)道了阿帕奇鱒魚和里奧格蘭德鱒魚也存在這種規(guī)格和耐熱性之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系。史鯤鵬測(cè)定了不同規(guī)格的3種鮭科魚類的CTMax，發(fā)現(xiàn)T20 組CTMax顯著高于T40、T80和T120組[34]。本研究中T120組虹鱒和硬頭鱒的CTMax分別為25.5 和24.3 ℃，與文獻(xiàn)中2類魚的最大耐受溫度相近或略高[35-37]，這可能是規(guī)格和家系間的差異。

鮭鱒魚類具有很強(qiáng)的耐低溫能力。本研究測(cè)量了對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)意義更大的低溫停食溫度。隨體重增加，虹鱒和硬頭鱒停食溫度逐漸降低，說明它們耐低溫能力逐漸增強(qiáng)。T2、T5、T12、T30、T60的硬頭鱒停食溫度高于虹鱒，而后均趨于1.1 ℃。Saunders等[38]報(bào)道了體長26 cm的虹鱒在海水中始終攝食，直至溫度低于1 ℃，也與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。

線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，CTMax、低溫停食溫度與體重對(duì)數(shù)呈負(fù)相關(guān)。然而，有的魚類的溫度耐受能力同規(guī)格之間沒有明顯的關(guān)系。如，Wagner等[39]研究了平均重量從0.7到2.9 g美洲鮭高溫耐受性，并發(fā)現(xiàn)不同規(guī)格之間沒有差異。Ospina和Mora[40]也發(fā)現(xiàn)從幼魚到成年大小的7種熱帶珊瑚礁魚類的CTMax和臨界熱最小值(CTMin)幾乎沒有變化。

4 結(jié)語

虹鱒和硬頭鱒的CTMax和低溫停食溫度受其生態(tài)類型和體重及二者交互作用影響顯著。2～120 g體重的虹鱒和硬頭鱒的最高臨界溫度和低溫停食溫度與體重的對(duì)數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即隨體重增加，對(duì)高溫的耐受力下降，而對(duì)低溫耐受力增強(qiáng)。虹鱒對(duì)溫度的耐受范圍與硬頭鱒重疊，但前者寬于后者，即虹鱒的CTMax顯著高于硬頭鱒，而停食溫度顯著比硬頭鱒低。