升溫速率和溫度馴化對長江鱘幼魚熱耐受性的影響

顏 濤，趙鳳麒，張俊林，嚴俊剛，龍治海，何 斌

(四川省農(nóng)業(yè)科學院水產(chǎn)研究所，四川 成都 611731)

魚類是一種變溫動物，不能生理性的調節(jié)自身溫度而必須隨環(huán)境溫度變化而改變，因此，水溫直接影響著機體新陳代謝強度、生長發(fā)育、攝食、繁殖和行為等[1-2]。魚類熱耐受性研究對于魚類熱耐受可塑性、溫度適應能力、種群的地理分布以及水生生態(tài)系統(tǒng)潛在的熱沖擊承受能力等方面都具有重要意義[3]。對于魚類熱耐受性的評估，普遍采用臨界溫度法(Critical thermal methodology，CTM)，通常采用臨界溫度(critical temperature)和致死溫度(lethal temperature)等指標。對瓦氏黃顙魚(Pelteobagrusvachelli)[4]、印鯪(Cirrhinusmrigala[5]的研究發(fā)現(xiàn)，其CTmax會隨馴化溫度的不同而發(fā)生改變，說明馴化溫度對魚類熱耐受性具有明顯的影響。目前，冰川融化、海平面上升都預示著全球氣候的變暖形勢不斷加劇，因此對魚類熱耐受性和溫度適應性等問題的研究顯得尤為重要。然而，國內淡水魚類的熱耐受性研究在點籃子魚(Siganusguttatus)[6]、鳊魚(Parabramispekinensis)[7]等少部分魚類開展，因此，迫切需要對更多魚類熱耐受性和溫度適應性進行更全面的研究。

長江鱘(Acipenserdabryanus)又名達氏鱘，是長江上游一種特有的特大型本土淡水魚類，主要分布在四川境內的長江上游干流和金沙江下游[8-9]。長江鱘是19世紀90年代以前長江上游主要的經(jīng)濟捕撈魚類之一，然而，由于過度捕撈、環(huán)境破壞以及污染等因素，其野外種群數(shù)量不斷枯竭[10-11]，目前，已列入國家一級保護動物和IUCN極危名錄。本研究采用了臨界溫度法探究了升溫速率和溫度馴化對長江鱘幼魚熱耐受性的影響，旨在豐富魚類熱力學資料，也為長江鱘的物種保護提供有效地參考。

1 材料與方法

1.1 實驗魚來源與馴養(yǎng)

實驗魚為2020年4月四川省農(nóng)業(yè)科學院水產(chǎn)研究所人工繁殖的5月齡長江鱘幼魚，選取健康活潑、平均體重(21.1±0.8)g的長江鱘幼魚180尾，將其置于水深0.3m的圓柱形平底玻璃鋼(半徑1m，高0.5m)中暫養(yǎng)1周。暫養(yǎng)期間水溫為25±0.5℃，全天不間斷充氧以保證水體溶氧達到90%飽和水平以上，每日飽食投喂紅線蟲1次，日換水量約暫養(yǎng)水體的1/3。

1.2 實驗方案

1.2.1 溫度馴化 將實驗魚隨機分到9個水槽中(N=20，60L)，實驗分為常溫(25℃，與當季水溫基本一致)、高溫(30℃，夏季水體溫度，將水溫從25℃開始以1℃/h的速率加溫至30℃)以及變溫(25～30℃，每日早上08:00以1℃/h的速率將水溫從25℃上升至30℃并維持2h，然后以1℃/h的速率將水溫從30℃下降至25℃并維持25℃至次日08:00)3個實驗組，馴化時間為2周。用于常溫、高溫和變溫馴化的實驗魚各60尾，每個處理設3個平行組。溫度馴化期間實驗魚飼養(yǎng)、水質維護均與暫養(yǎng)階段條件一致。實驗前進行熱耐受性測定前禁食24h以消除消化的影響。

1.2.2 熱耐受能力的測定 采用臨界溫度法測定實驗魚的熱耐受性。以25℃長江鱘幼魚為實驗對象，測試時，將待測試的實驗魚8尾(n=8)轉移到與馴化水溫相同高溫耐受測試系統(tǒng)，使其適應1h，之后，分別以某一個特定的速率(1，1.7，2.7，3.9℃/h)升溫，在整個實驗過程中用充氣泵不斷向測試水體泵入空氣以保證水體溶氧飽和度90%以上，用數(shù)字溫度計(誤差為±0.1℃)和二等標準水銀溫度計(誤差為±0.1℃)持續(xù)監(jiān)測水溫，保證系統(tǒng)水體每分鐘的升溫誤差范圍控制在±0.1℃。以實驗魚初始失去平衡時的溫度作為CTmax。

挑選高溫和變溫組實驗魚各8尾，將待測試的實驗魚轉移到與馴化水溫相同高溫耐受測試系統(tǒng)中適應1h，以1℃/h的速率升溫，直至魚機體活動失去平衡，該溫度記為CTmax。在整個測試過程中，用充氧泵不斷地向測試水體充氣，用數(shù)字溫度計(誤差為±0.1℃)和二等標準水銀溫度計(誤差為±0.1℃)持續(xù)監(jiān)測水溫。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 所有實驗數(shù)據(jù)用Excel 2003進行處理后，采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件利用方差分析(One-way ANOVA)對升溫速率、馴化模式對熱耐受性參數(shù)進行顯著性檢驗。P<0.05為差異顯著，所有數(shù)據(jù)均以平均值±標準誤(mean±SE)表示。

2 結果

2.1 升溫速率對長江鱘幼魚熱耐受性能的影響

由圖1可見，各個升溫速率(1、1.7、2.7和4℃/h)條件下，長江鱘幼魚的CTmax分別為35.32、35.76、35.68和35.7℃。顯著性檢驗分析結果表明，1℃/h的升溫速率顯著低于其它3個升溫速率(1.7、2.7和4℃/h)(P<0.05)。然而，在一定的升溫速率范圍內(1.7～4℃/h)，長江鱘幼魚的CTmax不受升溫速率的影響。

2.2 溫度馴化對長江鱘幼魚熱耐受性能的影響

溫度馴化對長江鱘幼魚熱耐受能力有顯著影響(P<0.05)(圖2)。常溫(25℃)、高溫(30℃)和變溫(25～30℃)的CTmax分別為35.32、35.56和35.62℃。由此可見，長江鱘幼魚的CTmax有隨著馴化溫度升高而升高的趨勢；同時，變溫馴化可顯著提高長江鱘幼魚CTmax(P<0.05)。

圖1 升溫速率對長江鱘幼魚熱耐受的影響

圖2 溫度馴化對長江鱘幼魚熱耐受的影響

3 討論

3.1 升溫速率對長江鱘幼魚熱耐受性能的影響

目前，測定魚類臨界溫度沒有一個統(tǒng)一的程序，特別是關于升溫速率的改變[12]。已有研究表明，不同升溫速率往往會引起CTmax間的差異[13]。在一些物種，快速升溫導致更高的CTmax，例如孔雀魚(Poeciliareticulata)[14]和尖吻鱸(Latescalcarifer)[15]。本研究也發(fā)現(xiàn)，長江鱘幼魚的CTmax有隨著升溫速率增加而升高的趨勢，這可能是由于緩慢的升溫速率導致魚類較長時間的高溫脅迫而使其高溫耐受力降低。然而，快速的升溫速率也會降低或不改變魚類的CTmax，這種模型被發(fā)現(xiàn)在歐洲鱸(Dicentrarchuslabrax)[16]和斑馬魚(Daniorerio)[14]。因此，升溫速率對CTmax的影響可能取決于所測試的物種，本研究的發(fā)現(xiàn)可能不適用于其它環(huán)境和物種。

3.2 溫度馴化對長江鱘幼魚熱耐受性能的影響

根據(jù)溫度馴化的不同，長江鱘幼魚臨界溫度范圍為35.32～35.62℃，將不同水域條件下魚類的臨界高溫進行比較可以發(fā)現(xiàn)，長江鱘的臨界高溫低于熱帶魚類印鯪(C.mrigala)[5]，低于齊口裂腹魚(Schizothoraxprenanti)[17]、拉薩裸裂尻魚(Schizopygopsisyounghusbandi)和異齒裂腹魚(Schizothoraxoconnori)[18]等冷水性魚類，與同水域的高體鳑鲏(Rhodeusocellatus)[19]、南方鲇(Iurusmeridionalis)[20]基本一致，這一定程度上支持“CTmax值與其棲息地的最高環(huán)境溫度相一致或正相關”[21]的觀點。

長江鱘的熱耐受性受到溫度馴化的影響，表現(xiàn)為CTmax隨著馴化溫度的升高而升高，同時，周期性的高溫馴化也提高了CTmax值。本研究結果與鯽(Carassiusauratus)和尖頭鱥(Rhynchocyprisoxycephalus)的研究結果一致，說明魚類的熱耐受性具有一定的可塑性。本研究結果表明，在一定范圍內的溫度馴化或周期性的溫度刺激可以提高魚類的熱耐受性能，這也為魚類的高溫育種提供了一條新的思路。