色溫對(duì)斑馬魚(yú)趨光行為影響的研究

鄧青燕，盧克祥，錢(qián)衛(wèi)國(guó)、2*，王偉杰，戴明云

(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.浙江海洋大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，浙江 舟山 316022)

不同品系的魚(yú)視覺(jué)特征各具特色，有些魚(yú)類(lèi)趨強(qiáng)光，有些魚(yú)類(lèi)趨弱光[1-5]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)魚(yú)類(lèi)的趨光行為研究已較為成熟，如肖煒等[6]運(yùn)用水平光梯度法探索發(fā)現(xiàn)，奧利羅非魚(yú)在不同光色、光強(qiáng)及生長(zhǎng)階段對(duì)光照均具有選擇性；Gehrke[7]研究了麥?zhǔn)削|適宜的光照強(qiáng)度區(qū)間和偏好的波長(zhǎng)范圍；王以堯[1]探索了從強(qiáng)到弱和從弱到強(qiáng)兩種光照強(qiáng)度模式下鯔的趨光性反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)幼鯔容易從暗適應(yīng)狀態(tài)過(guò)渡到明適應(yīng)狀態(tài)；羅會(huì)明等[8]、俞文釗等[9]對(duì)勃氏銀漢魚(yú)、孔沙丁魚(yú)、藍(lán)圓鰺、鮐魚(yú)和棱鯔的趨光反應(yīng)研究表明，不同的魚(yú)均存在最適宜照度范圍；鞏建華等[10]研究了紅鯽對(duì)環(huán)境顏色和光照強(qiáng)度的趨向性；許家煒等[11]研究了齊口裂腹魚(yú)在不同工況下的光照強(qiáng)度閾值；羅清平等[12]探討了孔雀魚(yú)對(duì)不同顏色光照強(qiáng)度的適應(yīng)范圍等。

斑馬魚(yú)Daniorerio作為一種經(jīng)典模式生物，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于魚(yú)類(lèi)生理代謝、遺傳發(fā)育、干細(xì)胞再生、心血管毒性評(píng)價(jià)等領(lǐng)域的研究[13]。在斑馬魚(yú)的趨光研究方面，Oliveira 等[14]和Spence 等[15]研究了斑馬魚(yú)對(duì)環(huán)境顏色的辨別和偏好；Fernandes等[16]和Orger 等[17]研究了斑馬魚(yú)腦部的光感受器，發(fā)現(xiàn)大腦內(nèi)部的光敏元素可影響其生理和行為；Cameron[18]運(yùn)用電生理方法探討了光感受器在斑馬魚(yú)視網(wǎng)膜中神經(jīng)活動(dòng)的生理特性；Chen 等[19]研究了斑馬魚(yú)幼體對(duì)光趨向性的時(shí)間算法。以上相關(guān)研究表明，無(wú)論是成年斑馬魚(yú)還是幼年斑馬魚(yú)均有趨向光源的行為[20-23]，表現(xiàn)出不同的刺激反應(yīng)，對(duì)斑馬魚(yú)的視覺(jué)研究越來(lái)越多地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[24-26]。目前，關(guān)于斑馬魚(yú)對(duì)不同色溫光源的選擇及趨光反應(yīng)研究鮮有報(bào)道，本研究中探究了斑馬魚(yú)在不同色溫下的宏觀行為反應(yīng)，初步分析斑馬魚(yú)適宜的光照條件和趨光性特征，以期為人工光源應(yīng)用于斑馬魚(yú)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的誘集、分苗及突變體的篩選培育等提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用斑馬魚(yú)購(gòu)自廣東惠州魚(yú)樂(lè)樂(lè)水族館，共200尾，暫養(yǎng)于上海海洋大學(xué)魚(yú)類(lèi)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)室，保持自然光照周期和水質(zhì)清新，飼養(yǎng)水溫為24 ℃，每日8:00和18:00定時(shí)投喂浮性膨化飼料，1 h后清除殘餌和糞便并換水1/3。試驗(yàn)時(shí)(2019年6月)斑馬魚(yú)6月齡，體長(zhǎng)為2.5～3.5 cm。

3種白色光源色溫分別為3122K、4021K、6567 K(BPZ550-Q830.E27. 9290019009.U、BPZ600-Q840E27.9290019010.U、BPZ550-Q865E27.92900- 19022.U，昕諾飛投資有限公司，中國(guó))，初始光效為100 lm/W，光源參數(shù)如表1所示。水下照度計(jì)1臺(tái)(ZDS-10W，上海嘉定學(xué)聯(lián)儀表廠)，攝像頭2臺(tái)(DS-2CD3T45-I3，?？低?。

表1 白色刺激光源的光學(xué)參數(shù)Tab.1 Parameters of white stimulus light

1.2 方法

1.2.1 光源設(shè)置 試驗(yàn)魚(yú)缸(240 cm×60 cm×30 cm)其中一個(gè)側(cè)面(30 cm×60 cm)為透明面，缸底和其他面均為黑色不透光的有機(jī)玻璃面。魚(yú)缸沿長(zhǎng)度方向上劃分為8個(gè)面積相同的區(qū)域(1～8區(qū))，其中，1～2區(qū)表示遠(yuǎn)光區(qū)，3～4區(qū)表示弱光區(qū)，5～6區(qū)表示過(guò)渡區(qū)，7～8區(qū)表示近光區(qū)(圖1)。白光光源安裝在魚(yú)缸透明面一側(cè)，光源兩側(cè)用黑色擋板做遮光處理。刺激光源光照強(qiáng)度沿8區(qū)到1區(qū)由強(qiáng)到弱衰減，用水下照度計(jì)分別測(cè)試8個(gè)區(qū)域的光照強(qiáng)度(表2)，測(cè)試水深15 cm，測(cè)試位

圖1 魚(yú)缸示意圖Fig.1 Diagram of a tank used in the experiment

表2 白色刺激光源在每個(gè)區(qū)域的光照強(qiáng)度

置為每個(gè)區(qū)域的正中心位置。為避免出現(xiàn)觀察盲區(qū)，2臺(tái)攝像頭安裝在魚(yú)缸正上方，同步拍攝魚(yú)群運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)中采用水平光梯度法，避免自然光和環(huán)境噪聲的影響，試驗(yàn)于20:00～24:00在暗室中進(jìn)行，魚(yú)缸水深15 cm。每種色溫光源下進(jìn)行一次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)選擇50尾體長(zhǎng)一致的斑馬魚(yú)在1區(qū)暗適應(yīng)30 min，暗適應(yīng)時(shí)1區(qū)與2區(qū)間用黑色不透光擋板隔開(kāi)，適應(yīng)30 min后打開(kāi)刺激光源，同時(shí)抽掉隔板，斑馬魚(yú)從暗適應(yīng)狀態(tài)過(guò)渡到明適應(yīng)狀態(tài)，攝像頭開(kāi)始記錄魚(yú)群的活動(dòng)情況，每組記錄30 min內(nèi)斑馬魚(yú)在各個(gè)區(qū)域的分布情況，試驗(yàn)開(kāi)始1 min內(nèi)每5 s統(tǒng)計(jì)一次，其余時(shí)間每1 min統(tǒng)計(jì)一次。每種色溫光源重復(fù)試驗(yàn)3次，為避免斑馬魚(yú)對(duì)光照產(chǎn)生適應(yīng)性行為，每次試驗(yàn)更換不同的斑馬魚(yú)，即測(cè)試過(guò)的斑馬魚(yú)放回暫養(yǎng)池不再使用[27-28]，每天進(jìn)行一種色溫光源試驗(yàn)，共進(jìn)行3 d。

1.2.3 指標(biāo)的計(jì)算 用趨光率、趨避指數(shù)和趨光指數(shù)描述斑馬魚(yú)在不同光照條件下的行為反應(yīng)。趨光率(η)表示斑馬魚(yú)在3種光照條件下各個(gè)區(qū)域的趨光反應(yīng)程度;趨避指數(shù)(f)反映斑馬魚(yú)對(duì)該區(qū)域光照強(qiáng)度的敏感程度;趨光指數(shù)(IP)描述斑馬魚(yú)在不同光照條件下的行為反應(yīng)，變化范圍在[-1,1]之間，IP為正值時(shí)表示正趨光性，IP為負(fù)值時(shí)表示負(fù)趨光性。計(jì)算公式分別為

η=n/N×100%，

(1)

f=∑(L×n)/(N×Lmax)×100%，

(2)

(3)

其中：n為各分區(qū)斑馬魚(yú)分布數(shù)量(ind.)；N為試驗(yàn)斑馬魚(yú)總數(shù)量(ind.)；L為分區(qū)級(jí)值(1～8)；Lmax為最高級(jí)值；n1-2、n3-4、n5-6、n7-8分別為遠(yuǎn)光區(qū)、弱光區(qū)、過(guò)渡區(qū)、近光區(qū)斑馬魚(yú)分布數(shù)量(ind.)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

參考羅清平等、楊弘等、魏開(kāi)建等[12,29-30]的方法，統(tǒng)計(jì)記錄30 min內(nèi)在3種色溫環(huán)境下各個(gè)區(qū)域斑馬魚(yú)分布的數(shù)量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±S.D.)表示。運(yùn)用Origin Pro 8軟件對(duì)斑馬魚(yú)在各區(qū)域的分布數(shù)量進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)， 顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種色溫對(duì)斑馬魚(yú)趨光行為的影響

2.1.1 1 min內(nèi)斑馬魚(yú)的瞬時(shí)反應(yīng) 從圖2可見(jiàn)：跟蹤記錄光源打開(kāi)后1 min內(nèi)的變化情況，斑馬魚(yú)表現(xiàn)出在近光源端的區(qū)域(近光區(qū)、過(guò)渡區(qū))分布數(shù)量逐漸增加，在遠(yuǎn)離光源端的區(qū)域(弱光區(qū)、遠(yuǎn)光區(qū))分布迅速減少的趨勢(shì)；過(guò)渡區(qū)首次出現(xiàn)斑馬魚(yú)的時(shí)間為暖白光第5 s，早于中性光和冷白光的第10 s，即瞬時(shí)反應(yīng)強(qiáng)度為暖白光組>冷白光組=中性光組；近光區(qū)首次出現(xiàn)斑馬魚(yú)的時(shí)間為暖白光第5 s、中性光第25 s、冷白光第15 s，即瞬時(shí)反應(yīng)強(qiáng)度為暖白光組>冷白光組>中性光組，但10 s時(shí)暖白光環(huán)境下近光區(qū)斑馬魚(yú)消失，直到25 s時(shí)再次出現(xiàn)在近光區(qū)。

過(guò)渡區(qū)，中性光環(huán)境下斑馬魚(yú)數(shù)量在15～55 s內(nèi)明顯高于暖白光和冷白光，55 s后開(kāi)始減少，最終低于暖白光環(huán)境；暖白光環(huán)境下斑馬魚(yú)數(shù)量在0～60 s內(nèi)持續(xù)增加；冷白光環(huán)境下斑馬魚(yú)數(shù)量在0～45 s內(nèi)持續(xù)增加，之后呈減少趨勢(shì)(圖2-A)。

近光區(qū)，在暖白光環(huán)境下斑馬魚(yú)分布數(shù)量在25～60 s內(nèi)穩(wěn)定上升；冷白光環(huán)境下斑馬魚(yú)數(shù)量在15～60 s內(nèi)穩(wěn)定上升；中性光環(huán)境下斑馬魚(yú)數(shù)量在25～55 s內(nèi)穩(wěn)定上升，高于暖白光和冷白光，55～60 s內(nèi)數(shù)量開(kāi)始減少，但依舊高于暖白光和冷白光分布數(shù)量(圖2-B)。

遠(yuǎn)光區(qū)，斑馬魚(yú)分布數(shù)量在1 min內(nèi)隨時(shí)間的變化而減少，55 s后中性光環(huán)境下分布數(shù)量開(kāi)始增加(圖2-C)。

弱光區(qū)，斑馬魚(yú)分布數(shù)量總體呈先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，30～60 s內(nèi)中性光環(huán)境下斑馬魚(yú)數(shù)量逐漸減少，并低于暖白光和冷白光，40～60 s內(nèi)暖白光環(huán)境下分布數(shù)量逐漸減少，在1 min內(nèi)冷白光環(huán)境下斑馬魚(yú)數(shù)量先增加后趨于穩(wěn)定(圖2-D)。

2.1.2 30 min內(nèi)斑馬魚(yú)的分布 從表3可見(jiàn)：5 min內(nèi)3種色溫環(huán)境下，斑馬魚(yú)分布數(shù)量均表現(xiàn)為遠(yuǎn)光區(qū)>弱光區(qū)>近光區(qū)>過(guò)渡區(qū)，其中，遠(yuǎn)光區(qū)顯著大于其他各區(qū)(P<0.05)；近光區(qū)和過(guò)渡區(qū)分布數(shù)量一致，均為暖白光>冷白光>中性光。隨著曝光時(shí)間延長(zhǎng)到30 min，斑馬魚(yú)對(duì)光照環(huán)境適應(yīng)，繼續(xù)游向光源端，近光區(qū)分布量明顯增加，遠(yuǎn)光區(qū)、弱光區(qū)分布量明顯減少；近光區(qū)的分布數(shù)量依次為冷白光>暖白光>中性光，過(guò)渡區(qū)分布數(shù)量依次為暖白光>中性光>冷白光。

表3 5 min和30 min內(nèi)斑馬魚(yú)的分布數(shù)量Tab.3 Number distribution of zebrafish within 5 minutes and 30 minutes ind.

注：標(biāo)有不同字母者表示同一時(shí)間下不同組間有顯著性差異(P<0.05)，標(biāo)有相同字母者表示組間無(wú)顯著性差異(P>0.05)，下同Note:The means with different letters in the same time are significantly different in the different groups at the 0.05 probability level, and the means with the same letters are not significant differences, et sequentia圖2 斑馬魚(yú)1 min內(nèi)分布數(shù)量隨時(shí)間的變化Fig.2 Changes in amount of zebrafish distribution in 1 min with time

從圖3可見(jiàn)：隨著時(shí)間變化，斑馬魚(yú)在4個(gè)分布區(qū)域的數(shù)量變化規(guī)律表現(xiàn)為近光區(qū)較高、過(guò)渡區(qū)較低、弱光區(qū)較低、遠(yuǎn)光區(qū)較高的“U”形分布；暖白光環(huán)境下，第3 min時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)“U”形分布，之后一直保持這種分布狀態(tài)；中性光環(huán)境下第2 min時(shí)出現(xiàn)“U”形分布，早于暖白光環(huán)境，但第4、5 min時(shí)“U”形分布狀態(tài)有短暫消失，直到30 min時(shí)分布模型均為“U”形分布；冷白光環(huán)境下，第4 min時(shí)出現(xiàn)“U”形分布，晚于暖白光、中性光環(huán)境，第5 min時(shí)遠(yuǎn)光區(qū)、弱光區(qū)數(shù)量增加，過(guò)渡區(qū)和近光區(qū)數(shù)量減少，“U”形分布暫時(shí)消失，直到30 min時(shí)才恢復(fù)為“U”形分布。

圖3 3種色溫環(huán)境下斑馬魚(yú)出現(xiàn)“U”形分布的時(shí)間Fig.3 Time of U-shaped distribution found in zebrafish at three color temperatures

2.1.3 5 min內(nèi)各區(qū)域斑馬魚(yú)的敏感程度 暖白光環(huán)境下，近光區(qū)在5 min內(nèi)趨避指數(shù)(f)持續(xù)穩(wěn)定的增加，弱光區(qū)、過(guò)渡區(qū)及遠(yuǎn)光區(qū)呈現(xiàn)輕微的下降趨勢(shì)；第3 min時(shí)近光區(qū)f值超過(guò)另外3個(gè)區(qū)域，3～5 min內(nèi)各區(qū)域的f值依次為近光區(qū)>過(guò)渡區(qū)>弱光區(qū)>遠(yuǎn)光區(qū)(圖4-A)。

中性光環(huán)境下，近光區(qū)f值起伏變化明顯，在前3 min增長(zhǎng)較快，第4 min時(shí)急速下降，第5 min時(shí)又回升；過(guò)渡區(qū)在剛開(kāi)始3 min內(nèi)下降，第4 min時(shí)近光區(qū)斑馬魚(yú)游回過(guò)渡區(qū)，指數(shù)回升；弱光區(qū)低于近光區(qū)，整體起伏變化平緩，無(wú)明顯增長(zhǎng)；遠(yuǎn)光區(qū)前4 min無(wú)明顯變化，第5 min時(shí)下降，斑馬魚(yú)向光源端游動(dòng)；最終f值依次為近光區(qū)>過(guò)渡區(qū)>弱光區(qū)>遠(yuǎn)光區(qū)(圖4-B)。

冷白光環(huán)境下，近光區(qū)和過(guò)渡區(qū)f值表現(xiàn)起伏增長(zhǎng)的模式，過(guò)渡區(qū)前4 min總體表現(xiàn)為增長(zhǎng)，而第5 min時(shí)下降；而弱光區(qū)和遠(yuǎn)光區(qū)的變化趨勢(shì)相同，前4 min下降，第5 min時(shí)增長(zhǎng)，這與近光區(qū)和過(guò)渡區(qū)的變化趨勢(shì)剛好相反，即斑馬魚(yú)在前4 min內(nèi)對(duì)近光區(qū)和過(guò)渡區(qū)表現(xiàn)明顯的敏感程度，且這種趨勢(shì)一直在加強(qiáng)，第5 min時(shí)部分斑馬魚(yú)開(kāi)始洄游到弱光區(qū)和遠(yuǎn)光區(qū)，但各區(qū)f值依然是近光區(qū)>過(guò)渡區(qū)=弱光區(qū)>遠(yuǎn)光區(qū)(圖4-C)。

圖4 5 min內(nèi)各區(qū)域斑馬魚(yú)趨避指數(shù)的變化Fig.4 Changes in approach-avoidance index of zebrafish in each zone in 5 min

2.1.4 1 min內(nèi)各區(qū)域斑馬魚(yú)的敏感程度 遠(yuǎn)光區(qū)，1 min內(nèi)斑馬魚(yú)在3種色溫下f值均表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，同一時(shí)間內(nèi)f值依次為冷白光組>暖白光組>中性光組(圖5-A)。弱光區(qū)，在中性光和暖白光環(huán)境下f值呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后減小的變化趨勢(shì)，中性光光照環(huán)境25 s時(shí)f值達(dá)到最高(14.8%)，早于暖白光照環(huán)境40 s時(shí)達(dá)到最高(17.0%)，此時(shí)斑馬魚(yú)對(duì)弱光區(qū)趨向性最強(qiáng)，冷白光照環(huán)境下0～35 s時(shí)呈現(xiàn)增長(zhǎng)模式，35～45 s時(shí)略微下降，隨后繼續(xù)增長(zhǎng)，60 s時(shí)f值達(dá)最高(17.4%)(圖5-B)。過(guò)渡區(qū)，3種色溫光照環(huán)境下的f值隨時(shí)間變化增大，整體上f值依次為中性光組>暖白光組>冷白光組，斑馬魚(yú)對(duì)暖白光環(huán)境的敏感度一直加強(qiáng)，中性光的敏感程度總體上加強(qiáng)，但在45 s和60 s時(shí)出現(xiàn)減弱趨勢(shì)，而冷白光環(huán)境下敏感程度先增強(qiáng)，45 min后出現(xiàn)減弱趨勢(shì)，敏感程度降低(圖5-C)。近光區(qū)，在3種色溫環(huán)境下的f值均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，20～35 s內(nèi)f值增長(zhǎng)較為緩慢，30 s后快速增長(zhǎng)，斑馬魚(yú)對(duì)近光區(qū)的敏感程度明顯增強(qiáng)，f值依次為中性光組>冷白光組>暖白光組，60 s時(shí)中性光環(huán)境下斑馬魚(yú)有回避的趨勢(shì)，敏感程度出現(xiàn)降低的情況(圖5-D)。

圖5 1 min內(nèi)各區(qū)域馬魚(yú)趨避指數(shù)的變化Fig.5 Changes in approach-avoidance index of zebrafish in each zone in 1 min

2.2 3種色溫光源光照強(qiáng)度對(duì)斑馬魚(yú)趨光率的影響

光源開(kāi)啟后，斑馬魚(yú)表現(xiàn)出明顯的驚愕反應(yīng)，迅速逃離暗光區(qū)，隨后緩慢游向光源區(qū)，逐漸穩(wěn)定。從表4可見(jiàn)：光照強(qiáng)度為0～100 lx時(shí)，3種色溫環(huán)境下斑馬魚(yú)分布較為密集，冷白光和中性光組斑馬魚(yú)數(shù)量顯著高于暖白光(P<0.05)；當(dāng)光照強(qiáng)度為100～200 lx時(shí)，斑馬魚(yú)分布無(wú)顯著性差異(P>0.05)；當(dāng)光照強(qiáng)度為200～400 lx時(shí)，暖白光和冷白光色溫組斑馬魚(yú)分布數(shù)量有顯著性差異(P<0.05)，斑馬魚(yú)分布數(shù)量為暖白光組>中性光組>冷白光組；當(dāng)光照強(qiáng)度為400～900 lx時(shí)，各組斑馬魚(yú)分布量均減少，其中，暖白光色溫組數(shù)量顯著高于中性光(P<0.05)；當(dāng)光照強(qiáng)度為900～2000 lx時(shí)，3種色溫環(huán)境下斑馬魚(yú)分布量均無(wú)顯著性差異(P>0.05)，分布數(shù)量為冷白光組>暖白光組>中性光組。3種不同色溫環(huán)境下，冷白光組和暖白光組相比，在較低光照強(qiáng)度(0～100 lx)和較高光照強(qiáng)度(900～1200 lx)條件下，斑馬魚(yú)偏向冷白光，中等光照強(qiáng)度(200～900 lx)時(shí)更偏向暖白光。

表4 3種色溫環(huán)境下斑馬魚(yú)的趨光率(η)Tab.4 Phototaxis for illumination intensity of zebrafish for three color temperature conditions

2.3 3種色溫光源對(duì)斑馬魚(yú)趨光指數(shù)的影響

趨光指數(shù)IP為正表示正趨光性，IP為負(fù)表示負(fù)趨光性，3種色溫的光照環(huán)境下，斑馬魚(yú)在打開(kāi)刺激光源30 min內(nèi)的IP如圖6所示。斑馬魚(yú)對(duì)3種色溫光源的趨光性表現(xiàn)差異明顯，打開(kāi)光源后，斑馬魚(yú)從暗適應(yīng)狀態(tài)過(guò)渡到明適應(yīng)狀態(tài)，前5 min內(nèi)表現(xiàn)為負(fù)趨光性，似有回避的跡象。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，在第10 min時(shí)，斑馬魚(yú)開(kāi)始適應(yīng)暖白光光照環(huán)境，表現(xiàn)為正趨光性，并且這種趨向性越來(lái)越明顯，IP值一直增大。在中性光光照環(huán)境下，可以觀察到前25 min內(nèi)斑馬魚(yú)均表現(xiàn)為明顯的負(fù)趨光反應(yīng)，對(duì)該光照環(huán)境極為不敏感，25 min后斑馬魚(yú)才逐漸適應(yīng)該環(huán)境，表現(xiàn)為正趨光性。在冷白光光照環(huán)境下，打開(kāi)光源后10 min內(nèi)斑馬魚(yú)存在一個(gè)回避適應(yīng)的過(guò)程，表現(xiàn)為負(fù)趨光反應(yīng)，在15～25 min內(nèi)，斑馬魚(yú)對(duì)該光照環(huán)境表現(xiàn)出持續(xù)增強(qiáng)的正趨光性，到30 min時(shí)IP值為負(fù)表現(xiàn)為負(fù)趨光性。可以看出，前期斑馬魚(yú)在打開(kāi)光源后，需要一個(gè)適應(yīng)期接受相應(yīng)的光照環(huán)境，暖白光適應(yīng)時(shí)間最短，冷白光次之，中性光適應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)。

圖6 3種色溫環(huán)境下斑馬魚(yú)的趨光指數(shù)Fig.6 Phototaxis index of zebrafish under three color temperature conditions

3 討論

3.1 斑馬魚(yú)對(duì)3種光源的敏感特性分析

不同種類(lèi)的水生動(dòng)物對(duì)光照波長(zhǎng)、色溫及光照強(qiáng)度的敏感性不同。本試驗(yàn)中，打開(kāi)光源瞬間，斑馬魚(yú)會(huì)有一個(gè)稱為驚嚇?lè)磻?yīng)的活動(dòng)高峰[31]，斑馬魚(yú)對(duì)3種光源環(huán)境的瞬間反應(yīng)明顯表現(xiàn)為暖白光敏感程度最強(qiáng)，冷白光次之，中性光敏感程度最弱。隨著時(shí)間變化，過(guò)渡區(qū)和近光區(qū)斑馬魚(yú)不斷增加，遠(yuǎn)光區(qū)和弱光區(qū)斑馬魚(yú)持續(xù)減少?？梢钥闯觯陂_(kāi)燈瞬間，即短時(shí)間內(nèi)，斑馬魚(yú)對(duì)暖白光瞬間反應(yīng)最強(qiáng)，其次是冷白光，中性光最低；隨后斑馬魚(yú)逐漸適應(yīng)3種光環(huán)境，反應(yīng)普遍增強(qiáng)，尤其是對(duì)中性光環(huán)境的反應(yīng)增強(qiáng)趨勢(shì)較穩(wěn)定，且對(duì)中性光環(huán)境反應(yīng)表現(xiàn)最強(qiáng)，其次是暖白光。在整個(gè)適應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)程中，斑馬魚(yú)對(duì)中性光的反應(yīng)表現(xiàn)出穩(wěn)定增強(qiáng)的變化趨勢(shì)，但是在55 s時(shí)出現(xiàn)斑馬魚(yú)洄游情況，反應(yīng)程度開(kāi)始減弱，而另外兩種光環(huán)境則繼續(xù)表現(xiàn)增強(qiáng)的狀態(tài)。初步分析其反應(yīng)特征，斑馬魚(yú)對(duì)暖白光瞬時(shí)反應(yīng)強(qiáng)烈，在明暗環(huán)境交替瞬間，相較于中性光和冷白光，斑馬魚(yú)能更快速地從暗環(huán)境適應(yīng)狀態(tài)下切換到暖白光環(huán)境。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，對(duì)中性光反應(yīng)增強(qiáng)幅度最大，持續(xù)時(shí)間短，冷白光和暖白光環(huán)境下斑馬魚(yú)反應(yīng)也隨時(shí)間變化增強(qiáng)，幅度低于中性光，但是持續(xù)的時(shí)間較中性光長(zhǎng)。

本試驗(yàn)中所用的白色光源是由不同成分的單色光組合成的復(fù)合光，測(cè)試3種色溫光源的光源參數(shù)發(fā)現(xiàn)，白色光源的組成成分間有明顯的差異(表1)。而國(guó)外學(xué)者在對(duì)斑馬魚(yú)的顏色偏好性、可見(jiàn)光的趨光性及紫外光的避光性研究中，證實(shí)斑馬魚(yú)視覺(jué)器官中存在4色視網(wǎng)膜，具有4色性顏色視覺(jué)能力，吸收峰值分別是363、415、480、570 nm[15,18,26,32-33]，即斑馬魚(yú)對(duì)可見(jiàn)光中的紅色、綠色、藍(lán)色光敏感。但Brockerhoff等[34]研究表明，紅色敏感的視錐細(xì)胞會(huì)在初期形成后迅速消失，出現(xiàn)對(duì)這種色彩的選擇性失明。因此，斑馬魚(yú)對(duì)不同色溫白光的敏感反應(yīng)特征，還需要結(jié)合光感受器在斑馬魚(yú)發(fā)育過(guò)程中的表達(dá)情況展開(kāi)進(jìn)一步研究。

3.2 斑馬魚(yú)在白色光源環(huán)境下的“U”形分布特征

色溫是白光光源的重要參數(shù)，不同色溫光源對(duì)水生動(dòng)物的生活行為有重要的影響。本試驗(yàn)中選擇暖白光、中性光、冷白光3種色溫的光源為刺激光源，研究了斑馬魚(yú)在3種環(huán)境下的趨光行為，分析30 min的觀察結(jié)果表明，3種色溫環(huán)境下斑馬魚(yú)的分布特征最終均表現(xiàn)為魚(yú)缸首尾兩端分布量明顯高于中間分布量，即“U”形分布(表3、圖3)。魏開(kāi)建等[30]在鱖魚(yú)趨光特性的研究中也發(fā)現(xiàn)，無(wú)論哪個(gè)發(fā)育時(shí)期，鱖魚(yú)均趨于選擇光箱兩端的暗區(qū)或亮區(qū)，由此認(rèn)為鱖魚(yú)是根據(jù)照度的相對(duì)值而非絕對(duì)值選擇照度[35]；鞏建華等[10]對(duì)紅鯽趨光性探究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了相似的分布特征，無(wú)論哪種顏色光照下，紅鯽魚(yú)均會(huì)優(yōu)先選擇魚(yú)缸左右兩側(cè)，紅鯽具有靠邊生活的習(xí)性，這很有可能是導(dǎo)致此結(jié)果的原因；方金等[36]研究網(wǎng)箱養(yǎng)殖大黃魚(yú)對(duì)顏色和光強(qiáng)的反應(yīng)時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)在遠(yuǎn)離燈源的4區(qū)和近燈源的1區(qū)分布密集，而2、3區(qū)分布較低的情況。本試驗(yàn)形成“U”形分布的過(guò)程中，斑馬魚(yú)體現(xiàn)的不是單一的正趨光性或負(fù)趨光性，可能與斑馬魚(yú)的群聚生活習(xí)性相關(guān)，聚集在魚(yú)缸兩端相對(duì)中間區(qū)域較安全，這需要通過(guò)設(shè)計(jì)斑馬魚(yú)對(duì)不同波長(zhǎng)光照的趨光反應(yīng)來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。

3.3 光照時(shí)間對(duì)斑馬魚(yú)趨光行為的影響

魚(yú)類(lèi)行為學(xué)研究中，不同種類(lèi)魚(yú)有不同的試驗(yàn)時(shí)間。本試驗(yàn)周期設(shè)定為1 h，暗適應(yīng)時(shí)間為30 min，測(cè)試觀察時(shí)間為30 min，通過(guò)觀察分析發(fā)現(xiàn)，光源開(kāi)啟早期，斑馬魚(yú)對(duì)暖白光環(huán)境反應(yīng)敏銳，對(duì)中性光光照環(huán)境反應(yīng)略微遲鈍，但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，逐漸適應(yīng)中性光環(huán)境，聚集在中性光環(huán)境下的斑馬魚(yú)數(shù)量明顯高于暖白光和冷白光環(huán)境；而且斑馬魚(yú)在開(kāi)燈初期對(duì)3種光照環(huán)境均表現(xiàn)出負(fù)趨光性，在持續(xù)光照條件下，最終表現(xiàn)為一個(gè)穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。這說(shuō)明斑馬魚(yú)在不同時(shí)間段對(duì)光反應(yīng)有不同的行為特征，只在特定時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出正趨光性或負(fù)趨光性，且對(duì)3種光照環(huán)境的適應(yīng)周期也依據(jù)光源色溫而不同。郭柏福等[37]在研究中華鱘子二代仔魚(yú)對(duì)光照強(qiáng)度的趨性行為時(shí)也設(shè)定30 min為試驗(yàn)周期，發(fā)現(xiàn)中華鱘子二代仔魚(yú)在特定的時(shí)間段具有趨光性，隨時(shí)間延續(xù)，中華鱘會(huì)逐步適應(yīng)不同光照強(qiáng)度。

視覺(jué)正常的斑馬魚(yú)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間暗適應(yīng)后，打開(kāi)光源，周?chē)h(huán)境立即有一個(gè)明暗轉(zhuǎn)變，斑馬魚(yú)會(huì)做出迅速逃離這個(gè)區(qū)域的動(dòng)作[20]，即斑馬魚(yú)驚嚇?lè)磻?yīng)的時(shí)間。本研究中通過(guò)分析1 min內(nèi)斑馬魚(yú)群的行為反應(yīng)可知，暖白光環(huán)境下僅需要5 s，斑馬魚(yú)就在近光區(qū)出現(xiàn)，這種現(xiàn)象與Mueller等[3]描述的結(jié)果一致，在正向的趨光性過(guò)程中，斑馬魚(yú)首先轉(zhuǎn)向光源，然后迅速靠近光源。這種明顯的快速活動(dòng)，取決于刺激光源的特性，在本試驗(yàn)中3種特性的白光，冷白光下需要15 s，而中性光需要25 s。在負(fù)向的趨光性過(guò)程中，斑馬魚(yú)首先遠(yuǎn)離光源然后再緩慢移向別處，在30 min的試驗(yàn)周期內(nèi)體現(xiàn)出逐步轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

4 結(jié)論

(1)斑馬魚(yú)在3種色溫環(huán)境下表現(xiàn)出不同程度的趨光反應(yīng)，斑馬魚(yú)對(duì)暖白光的瞬間反應(yīng)程度最明顯，相較于中性光和冷白光，斑馬魚(yú)能更快速地從暗適應(yīng)狀態(tài)切換到暖白光環(huán)境；

(2)短時(shí)間光照條件下斑馬魚(yú)對(duì)中性光最敏感，其次是冷白光和暖白光，但隨時(shí)間延長(zhǎng)，斑馬魚(yú)在適應(yīng)光照的過(guò)程中對(duì)暖白光表現(xiàn)為緩慢加強(qiáng)的正趨光性；

(3)長(zhǎng)時(shí)間光照時(shí)斑馬魚(yú)在暖白光光照下最為舒適，而中性光和冷白光短時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出快速吸引斑馬魚(yú)的優(yōu)勢(shì)。