虹鱒和硬頭鱒幼魚對溫度的耐受性?

姜旭陽， 董雙林,2??， 劉騁躍， 周演根,2

(1．海水養(yǎng)殖教育部重點實驗室(中國海洋大學(xué))，山東 青島 266003； 2．青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實驗室，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)濟魚類之一[3]。硬頭鱒于1998年引入我國，并在2006年實現(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]。魚類作為變溫動物對溫度的敏感度更高[6]，其體內(nèi)生理活動強度及生物化學(xué)反應(yīng)速率也會隨環(huán)境溫度波動。一般情況下，溫度升高，酶活性增強，各組織器官更加活躍，進而引起機體代謝率的升高[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]。魚類可以通過補償代謝反應(yīng)在一定程度上適應(yīng)時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)升高對魚類，尤其對冷水性魚類，是極大的挑戰(zhàn)。虹鱒適宜生長的水溫為12～18℃，溫度過高會打破其機體生理平衡狀態(tài)，表現(xiàn)出免疫機能減退及炎癥反應(yīng)，時間過長即導(dǎo)致死亡。

在實驗室條件下，魚類對溫度的耐受性通常使用2種方法進行量化，即靜態(tài)溫度法和動態(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)測魚類狀態(tài)，獲得相關(guān)實驗參數(shù)，從而計算魚類的起始致死上限溫度(Upper incipient lethal temperature，UILT)[15]。動態(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，識別、計算魚失去平衡時的平均溫度，即CTMax[14,16]。經(jīng)過一系列的改進和完善之后，臨界溫度法已成為較為有效的研究溫度對魚類影響的工具[17-18]，CTMax則成為評估水生動物對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條件在開放海域進行鮭鱒魚類養(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，黃海冷水團海域和華東沿海區(qū)域的溫度也會發(fā)生相應(yīng)變化。因此，查明養(yǎng)殖魚類對溫度的耐受性也是評估全球氣候變化對未來黃海冷水團魚類養(yǎng)殖業(yè)潛在影響的基礎(chǔ)工作。本研究利用動態(tài)溫度法，測定了不同體重虹鱒和硬頭鱒的CTMax和低溫停食溫度，評價了它們對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 實驗材料

本實驗所用虹鱒和硬頭鱒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。實驗前飼養(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 實驗設(shè)計

選取體表健康、生長狀況良好且體重相近的2種魚個體，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 ℃。每種魚每個規(guī)格處理設(shè)3個重復(fù)，每個重復(fù)20尾魚。

實驗開始前于14 ℃水溫馴養(yǎng)一周以適應(yīng)實驗室條件。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，實驗開始前24 h停止投喂。

實驗過程中光照周期為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項指標(biāo)由便攜式多功能溶解氧測量儀(Yellow Spring Instrument Co., Yellow Spring, Ohio, USA)測定，鹽度由鹽度計(HB-211ATC手持式鹽度計)測定。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)，記錄此時的溫度，即為受試魚的CTMax。實驗期間不投喂。停食溫度的測定：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計算公式為：

式中：Tend-point為魚失去平衡的溫度；n為實驗魚數(shù)量。

停食溫度計算公式同上。

數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差(Mean ± SD)表示，以種類和體重為實驗因素，對CTMax、停食溫度結(jié)果進行雙因素方差分析?；貧w分析根據(jù)最佳線性擬合原理進行[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時最高，之后呈逐漸下降趨勢，在T120時達(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

對虹鱒CTMax與其體重進行線性回歸分析，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。

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

對硬頭鱒CTMax與其體重進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與體重的對數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

對虹鱒停食溫度與其體重進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與體重的對數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

對虹鱒停食溫度與其體重進行線性回歸分析，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，魚類很少遇到像測定CTMax時的快速升溫[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行CTMax的測定[24-25]，例如1～2 ℃/d[26-27]。雖然慢速增溫實驗周期有所延長，但有研究表明，通過較慢升溫速率獲得的數(shù)據(jù)更能反映魚類面對自然環(huán)境中熱應(yīng)激時的臨界溫度[28]。本研究選取1 ℃/24 h的升、降溫速率，較為真實的模擬魚類養(yǎng)殖過程中面臨的高溫和低溫脅迫。同時，在測定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，而對于停食溫度則虹鱒顯著低于硬頭鱒，這說明虹鱒相對于硬頭鱒，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，硬頭鱒面對溫度脅迫的機會相對較少，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。長期的進化使這兩個不同生態(tài)類型的魚形成了不同的能量分配模式[32]，這會對它們的生長產(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。

鮭鱒魚類具有很強的耐低溫能力。本研究測量了對于實際生產(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。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 ℃，也與本實驗結(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數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即隨體重增加，對高溫的耐受力下降，而對低溫耐受力增強。虹鱒對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。