擁擠脅迫對(duì)水生生物影響的研究進(jìn)展

徐 賀， 王桂芹， 陳秀梅， 叢林梅

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130118）

在現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖條件下，水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物極易受到外界環(huán)境的影響，如溫度、鹽度、氧氣變化以及高密度養(yǎng)殖而造成的擁擠脅迫等 （徐赟霞等，2010）。擁擠脅迫是水產(chǎn)養(yǎng)殖中比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，原因是人們?yōu)榱俗非筝^高的經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)增加水體的放養(yǎng)密度達(dá)到提高單位水體的產(chǎn)魚(yú)量（Schra等，2006）。高密度的養(yǎng)殖模式使水產(chǎn)動(dòng)物不能維持正常的生理狀態(tài)，引起水質(zhì)惡化，水中有害物質(zhì)含量增加 （亞硝酸鹽、氨氮等），導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)飼料利用率降低，生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，免疫力降低，對(duì)病原易感性增加等（朱建新等，2011）。

1 擁擠脅迫的反應(yīng)過(guò)程及機(jī)制

1.1 激素水平的變化 水產(chǎn)動(dòng)物的內(nèi)分泌系統(tǒng)可通過(guò)兩個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)來(lái)調(diào)控脅迫，即下丘腦-垂體-腎間組織軸（HPI）和交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)（于淼，2008）。在擁擠脅迫狀態(tài)下，水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物HPI受到連續(xù)的刺激，引起頭腎細(xì)胞中皮質(zhì)醇激素的合成與釋放，而養(yǎng)殖動(dòng)物的交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)也受到刺激，引起機(jī)體中腎上腺髓質(zhì)的嗜鉻細(xì)胞釋放兒茶酚胺 （去甲腎上腺素和腎上腺素二者統(tǒng)稱(chēng)）（周顯青等，2001）。脅迫的反應(yīng)機(jī)制是由內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)二者共同參與，由合成代謝轉(zhuǎn)向分解代謝 （Pickering等，1992）。兒茶酚胺可促進(jìn)機(jī)體中肝臟、骨骼肌以及心肌內(nèi)糖原的分解，為機(jī)體短時(shí)間供給能源，皮質(zhì)醇可增強(qiáng)機(jī)體中能源物質(zhì)（蛋白質(zhì)、酯類(lèi)、糖原）的分解代謝，為機(jī)體長(zhǎng)期供給能量（Gamperl等，1994）。

水產(chǎn)動(dòng)物為抵抗應(yīng)激產(chǎn)生的皮質(zhì)醇在機(jī)體中不被儲(chǔ)存，直接進(jìn)入血液，所以血漿中皮質(zhì)醇的含量是衡量水產(chǎn)動(dòng)物所受脅迫強(qiáng)度的指標(biāo)。有研究表明，魚(yú)類(lèi)受到急性擁擠脅迫時(shí)，血清中皮質(zhì)醇濃度快速升高，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后回落到正?；蚪咏Ｋ?，因?yàn)槠べ|(zhì)醇能夠促進(jìn)能源物質(zhì)代謝，脅迫期間可滿足機(jī)體對(duì)能量需求的增加（林浩然等，1999）。 Rotllant 等（1997）對(duì)紅色棘鬣魚(yú)（Pagrpa grus）、王文博等（2004a）對(duì)鯽（Carassius cuvieri）、Ruane 和 Komen（2003）對(duì)鯉魚(yú)（Cyprinus carpio）的研究表明，因高密度養(yǎng)殖模式引起的擁擠脅迫可以導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)血清中皮質(zhì)醇濃度快速升高，其作用強(qiáng)度與飼養(yǎng)密度呈正相關(guān)。水生生物在擁擠脅迫狀態(tài)下，血清中皮質(zhì)醇水平并不是持續(xù)上升的。Barton 和 Wama（1991）對(duì)虹鱒（Salmo gairdneri）、逯尚尉等（2011）對(duì)點(diǎn)帶石斑魚(yú)（Epinephelus malabaricus）的研究表明，高密度養(yǎng)殖引起的擁擠脅迫開(kāi)始時(shí)，血液中皮質(zhì)醇水平迅速上升，隨著應(yīng)激時(shí)間的增加，機(jī)體對(duì)應(yīng)激產(chǎn)生了一定的適應(yīng)，皮質(zhì)醇水平有所降低或恢復(fù)到接近正常水平。慢性擁擠脅迫引起皮質(zhì)醇低水平現(xiàn)象，可能是因?yàn)槌跗诟邼舛绕べ|(zhì)醇對(duì)HPI負(fù)反饋?zhàn)饔靡鸬模≧otllant等，2000），也可能是皮質(zhì)醇的代謝途徑改變?cè)斐傻模╒ijayan，1990）。血液中皮質(zhì)醇的濃度可作為水產(chǎn)動(dòng)物急性脅迫的敏感指標(biāo)，但并非高密度持續(xù)養(yǎng)殖造成的擁擠脅迫的敏感評(píng)價(jià)指標(biāo)。機(jī)體受到脅迫引起血液中兒茶酚胺升高是因?yàn)榻桓猩窠?jīng)受到刺激，產(chǎn)生興奮，引起兒茶酚胺類(lèi)物質(zhì)的釋放（林浩然等，1999）。兒茶酚胺可作為一種神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)心血管活動(dòng)，也可作為另一種應(yīng)激激素對(duì)機(jī)體免疫功能產(chǎn)生影響，在哺乳動(dòng)物方面，可抑制有絲分裂原誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞的增殖，而在水產(chǎn)動(dòng)物方面主要是皮質(zhì)類(lèi)固醇對(duì)免疫功能的影響（Maule和Schreck，1990）。血液中皮質(zhì)醇水平長(zhǎng)時(shí)間上升也可導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物的免疫系統(tǒng)功能受到阻礙，使水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)各種疾病的易感性增強(qiáng) （Demers和Bayne，1997）。

1.2 基因組效應(yīng) 在機(jī)體內(nèi)糖皮質(zhì)激素（GC）最主要的生理作用是基因組效應(yīng)，即與胞漿中游離的糖皮質(zhì)激素受體（GR）結(jié)合，引起GR構(gòu)象發(fā)生改變并與熱休克蛋白（HSP）解離，形成的激素-受體復(fù)合物轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，對(duì)下游靶基因發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活化或者抑制的調(diào)節(jié)作用。在機(jī)體應(yīng)激過(guò)程中糖皮質(zhì)激素主要發(fā)揮的是轉(zhuǎn)錄抑制作用，即抑制促炎癥轉(zhuǎn)錄因子 （核因子和激活蛋白-I等）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用，從而產(chǎn)生抗炎作用，糖皮質(zhì)激素副作用的主要機(jī)制是轉(zhuǎn)錄活化作用（Weyts等，1998）。

應(yīng)激時(shí)不斷的刺激機(jī)體的HPI軸興奮分泌大量的糖皮質(zhì)激素，通過(guò)轉(zhuǎn)錄抑制起到抗炎作用，降低轉(zhuǎn)錄活化作用，緩解應(yīng)激負(fù)面影響。糖皮質(zhì)激素過(guò)多導(dǎo)致細(xì)胞機(jī)能降低，引起淋巴細(xì)胞的溶解（Takashi和 Tenyuki，2002）。 HSP 的保護(hù)機(jī)制為其本身對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象的穩(wěn)定作用，調(diào)節(jié)應(yīng)激酶的產(chǎn)生；HSP可通過(guò)抑制核因子 （NF-kB）活性、腫瘤壞死因子（TNF-α）產(chǎn)生阻止細(xì)胞凋亡起到保護(hù)作用；參與免疫反應(yīng)對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用（王桂芹，2010）。應(yīng)激狀態(tài)下，機(jī)體細(xì)胞中熱應(yīng)激蛋白（HSP70）基因表達(dá)量快速上升，并與GR結(jié)合或者作為分子伴侶參與蛋白質(zhì)折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)、轉(zhuǎn)位及生物合成等過(guò)程，HSP70可以迅速、短時(shí)間調(diào)節(jié)脅迫反應(yīng)過(guò)程中細(xì)胞的存活功能，降低細(xì)胞損傷，有利于脅迫細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)的恢復(fù)及功能重建，使細(xì)胞產(chǎn)生耐受性（Basu等，2002）。在肝臟、骨骼肌中GR可通過(guò)調(diào)控某些酶類(lèi)而參與能量代謝，外周GR有抗免疫、抗炎作用（Weyts等，1998）。正常狀態(tài)下，機(jī)體細(xì)胞中HSP70濃度較低，應(yīng)激狀態(tài)下HSP70濃度顯著上升，HSP70濃度的增加是細(xì)胞對(duì)應(yīng)激調(diào)控的一種表現(xiàn)，緩解脅迫帶來(lái)的不良影響，對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用（Jaattela，1999）。有研究表明，因高養(yǎng)殖密度引起的慢性擁擠脅迫影響糖（腎上腺）皮質(zhì)激素受體的表達(dá)，肝臟中的糖皮質(zhì)激素的濃度隨血液中皮質(zhì)醇濃度升高而下降 （Genciana等，2005）。HSP70是機(jī)體對(duì)應(yīng)激調(diào)控能力的敏感指標(biāo)（Basu等，2002），GRmRNA是慢性擁擠脅迫和魚(yú)類(lèi)福利狀況的敏感指標(biāo)（Macle和 Schreck，1991）。

2 擁擠脅迫對(duì)水生生物的影響

2.1 擁擠脅迫對(duì)水生生物行為的影響 動(dòng)物行為的改變是更好地適應(yīng)環(huán)境的第一手段 （張廷軍等，1998）。通常情況下，水生生物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，行為改變表現(xiàn)為呼吸加快、驚慌躲竄、警惕性增強(qiáng)、煩躁不安、運(yùn)動(dòng)頻率增加、翻滾跳躍以及不斷地游泳等。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間應(yīng)激后，水生生物的運(yùn)動(dòng)頻率下降，游泳速度緩慢，在水面漂浮不攝食、無(wú)力，由輕度浮頭轉(zhuǎn)變成重度浮頭時(shí)，時(shí)而漂浮水面時(shí)而沉在水底，受驚嚇不動(dòng)，體表顏色加深，接近死亡（胡應(yīng)高，2004）。據(jù)報(bào)道，魚(yú)類(lèi)在擁擠脅迫情況下，游泳行為出現(xiàn)異常，運(yùn)動(dòng)頻率增加，同時(shí)魚(yú)類(lèi)的好斗性受到影響 （Mcfarlane等，2004）。 中華鱘（Acipenser sinensis Gray）在擁擠脅迫下行為出現(xiàn)變化，隨著養(yǎng)殖密度的增加，運(yùn)動(dòng)頻率加強(qiáng)，呼吸加快，警惕性增強(qiáng)，且隨著脅迫時(shí)間的持續(xù)對(duì)中華鱘行為影響加深（張建明等，2013）。高養(yǎng)殖密度降低魚(yú)類(lèi)的好斗性和對(duì)領(lǐng)土的占有欲（張廷軍等，1998）。 Cooke等 （2000） 對(duì)硬頭鱒（Oncorhynchus mykiss）研究發(fā)現(xiàn)，高密度的養(yǎng)殖會(huì)增加硬頭鱒日活動(dòng)頻率。

2.2 擁擠脅迫對(duì)水生生物生長(zhǎng)的影響 隨著養(yǎng)殖密度的增加，水生生物攝食率降低，生長(zhǎng)發(fā)育緩慢，死亡率增高（Allen，1974）。 張磊等（2007）研究表明，鯉在高密度養(yǎng)殖模式下終末體質(zhì)量、特定生長(zhǎng)率降低。張建明等（2013）研究結(jié)果顯示，高密度的養(yǎng)殖模式導(dǎo)致中華鱘生長(zhǎng)受到阻礙，攝食率下降，高密度的養(yǎng)殖對(duì)中華鱘生長(zhǎng)帶來(lái)了負(fù)面影響，不利于其生長(zhǎng)發(fā)育。李大鵬等（2004）研究發(fā)現(xiàn)，高密度的養(yǎng)殖模式抑制史氏鱘（Aclpenser schrenckii）生長(zhǎng)，且養(yǎng)殖密度和特定生長(zhǎng)率存在顯著的負(fù)相關(guān)性。這與步艷等（2013）對(duì)大雜交鱘、逯尚尉等（2011）對(duì)點(diǎn)帶石斑魚(yú)、陳亞坤等（2011）對(duì)凡納濱對(duì)蝦（Penaeus vanname）的研究結(jié)果一致。

有關(guān)擁擠脅迫導(dǎo)致水生生物生長(zhǎng)受到阻礙的原因，有學(xué)者認(rèn)為，高密度的養(yǎng)殖模式使水生生物生存空間和食物的競(jìng)爭(zhēng)加劇，水生生物運(yùn)動(dòng)消耗能量增加和飼料攝食量減少，導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物的生產(chǎn)性能下降 （Marchand和 Boisclaor，1988）。有研究認(rèn)為，隨著飼養(yǎng)密度的增加動(dòng)物餌料消耗量降低是造成養(yǎng)殖動(dòng)物生長(zhǎng)率降低的主要原因（Vijayan 和 Leatherland，1988）。 還有研究認(rèn)為，當(dāng)機(jī)體處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，魚(yú)類(lèi)的HPI受到連續(xù)刺激，造成體內(nèi)激素（皮質(zhì)醇、胰島素等）水平發(fā)生改變，養(yǎng)殖動(dòng)物為更好地適應(yīng)應(yīng)激行為模式發(fā)生改變，體內(nèi)大量的能量被消耗，致使糖異生作用增強(qiáng)，這一系列變化給魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)帶來(lái)了負(fù)面的影響（張廷軍等，1998）。水體中溶氧充足時(shí)可緩解擁擠脅迫對(duì)水生物生長(zhǎng)的抑制。Blackbum等（1990）對(duì)銀鱒（Coho salmon）、Poston 和 Williams（1988） 對(duì) 大 西 洋 鮭 （Atlantic salmon） 的 研 究 發(fā)現(xiàn)，在高密度養(yǎng)殖時(shí)，提高水體溶氧濃度可緩解應(yīng)激對(duì)生長(zhǎng)的抑制作用。

2.3 擁擠脅迫對(duì)水生生物生理生化指標(biāo)的影響擁擠脅迫對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物生理生化指標(biāo)的影響，主要表現(xiàn)對(duì)血液成分的影響上，而血液與養(yǎng)殖動(dòng)物機(jī)體的物質(zhì)代謝、能量代謝、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)及健康情況有著緊密的聯(lián)系，當(dāng)機(jī)體受到外界應(yīng)激原刺激引起一系列生理生化變化時(shí)，必定會(huì)通過(guò)血液指標(biāo)反應(yīng)。所以，血液成分變化可作為評(píng)價(jià)水產(chǎn)動(dòng)物脅迫程度的重要指標(biāo)（周玉等，2001）。

血糖、血脂、血清蛋白是水產(chǎn)動(dòng)物血液中重要的供能物質(zhì)，正常狀態(tài)下，機(jī)體內(nèi)血糖含量相對(duì)比較穩(wěn)定，而應(yīng)激出現(xiàn)時(shí)，短時(shí)間機(jī)體內(nèi)血糖含量會(huì)升高，長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)的血糖下降，且當(dāng)機(jī)體內(nèi)的血糖不足時(shí)，血脂、血清蛋白才會(huì)被動(dòng)物利用（高明輝，2008）。Montero 等（1990）對(duì)金頭鯛（Sparus aurata）的研究表明，高密度的養(yǎng)殖模式導(dǎo)致金頭鯛的紅細(xì)胞數(shù)量、血紅蛋白含量、血漿蛋白含量以及血糖含量顯著下降。Vijayan等（1990）對(duì)溪紅點(diǎn)鮭（Salvelinus fontinalis）的研究表明，鮭魚(yú)在擁擠脅迫狀態(tài)下，血糖含量降低，糖異生作用增強(qiáng)。張磊等（2007）研究表明，在擁擠脅迫下可導(dǎo)致鯉血液中皮質(zhì)醇水平增加，皮質(zhì)醇水平的高低與擁擠脅迫強(qiáng)度有關(guān)。這與李?lèi)?ài)華 （1997）對(duì)草魚(yú)（Ctenopharynodon idellus）、王文博等（2004a）對(duì)鯽的研究結(jié)果一致。擁擠脅迫使水生生物對(duì)能量的需求增強(qiáng)，水生生物通過(guò)分解供能物質(zhì)來(lái)滿足機(jī)體對(duì)能量的需求，即血糖的升高、糖異生作用加強(qiáng)及甘油三酯參與糖代謝（陳平潔等，2007）。

2.4 擁擠脅迫對(duì)水生生物免疫力的影響 當(dāng)水生生物長(zhǎng)時(shí)間處于擁擠脅迫狀態(tài)下，免疫機(jī)能受到限制，導(dǎo)致機(jī)體抵抗外界病原入侵的能力降低，誘發(fā)各種疾病，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)死亡（Di Marco等，2008）。擁擠脅迫通過(guò)影響水生生物的免疫器官、體液免疫和免疫細(xì)胞，引起水生生物的一些組織及細(xì)胞的病變（淋巴細(xì)胞病變、組織損傷等），抑制水生生物防御系統(tǒng)，降低水生生物的抗病能力（張廷軍等，1998）。 李?lèi)?ài)華（1997）對(duì)草魚(yú)進(jìn)行擁擠脅迫研究發(fā)現(xiàn)，脅迫10 d后，高密度養(yǎng)殖組草魚(yú)的脾臟體比顯著低于低密度組，表明魚(yú)類(lèi)的脾臟會(huì)受到擁擠脅迫的影響。王文博等（2004b）研究不同的養(yǎng)殖密度對(duì)草魚(yú)非特異性免疫功能影響，結(jié)果表明中度和高密度的養(yǎng)殖導(dǎo)致草魚(yú)脾臟萎縮，且抑制草魚(yú)非特異性免疫功能。陳亞坤等（2011）研究表明，隨著放養(yǎng)密度的增加，凡納濱對(duì)蝦酚氧化酶原活性、堿性磷酸酶以及溶菌酶活性下降。Rotllant等（1997）對(duì)擁擠脅迫下紅色棘鬣魚(yú)的研究表明，紅色棘鬣魚(yú)在23 d脅迫后，溶菌酶含量在脅迫16 d后明顯升高且持續(xù)到第23天，其替代途徑補(bǔ)體活性乙酰膽堿值明顯降低。這與Ortuno等 （2001）和Tort等（1996）對(duì)海鯛（Sparus aurata）的研究結(jié)果相符。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可知，擁擠脅迫可引起水生生物補(bǔ)體的活性降低，抑制免疫系統(tǒng)發(fā)揮正常功能，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的擁擠脅迫后，溶菌酶升高，緩解了擁擠脅迫對(duì)水生生物的負(fù)面影響。

3 小結(jié)與展望

擁擠脅迫阻礙水產(chǎn)動(dòng)物正常生理功能的發(fā)揮，導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物的行為活動(dòng)發(fā)生改變，生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，免疫功能降低等，嚴(yán)重時(shí)使水產(chǎn)動(dòng)物死亡?？梢?jiàn)擁擠脅迫不利于現(xiàn)代化集約化養(yǎng)殖模式的發(fā)展及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。目前，關(guān)于擁擠脅迫的研究主要集中在對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)、血液生理生化指標(biāo)、免疫力等方面的影響。今后還應(yīng)加深以下幾個(gè)方面的研究：（1）水產(chǎn)動(dòng)物在擁擠脅迫期間抗病力降低的根本原因；（2）慢性擁擠脅迫時(shí)，機(jī)體中是否存在比糖皮質(zhì)激素水平更敏感的脅迫指標(biāo)，即加強(qiáng)對(duì)慢性擁擠脅迫分子機(jī)理的研究；（3）通過(guò)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控手段提高動(dòng)物的免疫力，加強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的抗擁擠脅迫能力，降低擁擠脅迫給水產(chǎn)動(dòng)物帶來(lái)的不良影響。

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