冀芳爍,楊振才
(河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河北石家莊 050024)
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飼養(yǎng)模式及光周期對(duì)中華鱉RNA/DNA比值晝夜節(jié)律的影響
冀芳爍,楊振才
(河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河北石家莊 050024)
為了探究光周期對(duì)中華鱉(Pelodiscussinensis)生長(zhǎng)晝夜節(jié)律的影響及中華鱉養(yǎng)殖中常用的群體養(yǎng)殖模式(群養(yǎng))與實(shí)驗(yàn)室研究中常用的單獨(dú)養(yǎng)殖模式(單養(yǎng))對(duì)瞬時(shí)生長(zhǎng)的影響,實(shí)驗(yàn)選用RNA/DNA比值反映中華鱉的瞬時(shí)生長(zhǎng)情況,以光周期(12 L∶12 D與24 L∶0 D)和飼養(yǎng)模式(單養(yǎng)與群養(yǎng))為處理因素.實(shí)驗(yàn)進(jìn)行15 d后,連續(xù)24 h內(nèi)每隔2 h分別從各組隨機(jī)取5只鱉,解剖取肌肉組織,測(cè)定其RNA/DNA比值.結(jié)果表明,中華鱉的RNA/DNA比值存在內(nèi)源性晝夜節(jié)律變化,而群養(yǎng)模式下光周期對(duì)該節(jié)律的影響更加強(qiáng)烈,完全掩飾了其原本的節(jié)律;單養(yǎng)模式下中華鱉的RNA/DNA比值顯著高于群養(yǎng)模式.所以在中華鱉相關(guān)研究中,單養(yǎng)模式能更好地反映動(dòng)物內(nèi)在的生理過(guò)程.
中華鱉;RNA/DNA比值;單/群養(yǎng);光周期
中華鱉(Pelodiscussinensis)是古老的次生水生爬行動(dòng)物,隸屬于龜鱉目(Testudinata)、鱉科(Trionychidae),在動(dòng)物界占有獨(dú)特的地位,具有重要的研究?jī)r(jià)值;同時(shí)中華鱉也是營(yíng)養(yǎng)豐富的水生動(dòng)物,在中國(guó)已有很大的養(yǎng)殖規(guī)模,已成為中國(guó)一種名特優(yōu)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè).中華鱉養(yǎng)殖模式、養(yǎng)殖管理技術(shù)、疾病防治和飼料的研究逐步深入,但相對(duì)于養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,中華鱉的基礎(chǔ)研究水平還很滯后.
在中華鱉養(yǎng)殖和資源管理的研究中,生長(zhǎng)情況是最重要的研究指標(biāo)之一.動(dòng)物的生長(zhǎng)速度多采用測(cè)定一段時(shí)間的動(dòng)物體重的變化來(lái)獲得,無(wú)法反映動(dòng)物瞬時(shí)生長(zhǎng)狀況.近年來(lái),許多學(xué)者開(kāi)始探尋能夠反映生長(zhǎng)的瞬時(shí)生長(zhǎng)指標(biāo).RNA/DNA比值能夠反映動(dòng)物體在幾小時(shí)或幾天內(nèi)生長(zhǎng)的變化,該比值已被證實(shí)能夠用來(lái)指示動(dòng)物的生長(zhǎng)速度、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)以及生長(zhǎng)潛能[1-3].RNA/DNA比值作為瞬時(shí)生長(zhǎng)指標(biāo)的應(yīng)用是基于如下假設(shè)——細(xì)胞中總RNA表達(dá)量會(huì)隨著蛋白合成需求的增加以及動(dòng)物體的生長(zhǎng)而相應(yīng)增加,而每個(gè)細(xì)胞內(nèi)DNA的含量是相對(duì)恒定的[4].大量研究已經(jīng)證實(shí)水生動(dòng)物的RNA/DNA比值與生長(zhǎng)正相關(guān)[1-2,5].
晝夜節(jié)律是在動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中形成和發(fā)展的一種普遍現(xiàn)象,也是與環(huán)境節(jié)律變化相適應(yīng)的一種反應(yīng).晝夜節(jié)律的研究在魚(yú)類中比較多,也比較深入.很多研究已證實(shí),魚(yú)類的生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)、消化酶活性及內(nèi)分泌代謝活動(dòng)等都存在顯著的晝夜節(jié)律[6-8].在爬行動(dòng)物尤其是龜鱉類中關(guān)于晝夜節(jié)律的研究并不多,主要集中在呼吸和代謝節(jié)律的晝夜變化規(guī)律上[9].動(dòng)物的生長(zhǎng)在一天內(nèi)不是勻速的,已有研究顯示,鰣魚(yú)(Alosafallaxfallax)、牡蠣(Crassostreaangulata)、蛤仔(Ruditapesdecussatus)的RNA/DNA比值存在晝夜變化[10-11].
光周期是影響動(dòng)物生長(zhǎng)代謝活動(dòng)重要的環(huán)境因子之一.光周期對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)、攝食、個(gè)體發(fā)育及體內(nèi)代謝活動(dòng)均有顯著影響[12-13].在調(diào)控動(dòng)物晝夜節(jié)律的環(huán)境因子中,光周期是最重要的[14-15],然而其對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)及生理功能的抑制或促進(jìn)作用存在物種差異[16-17].光周期對(duì)中華鱉RNA/DNA比值晝夜節(jié)律變化存在怎樣的影響鮮有報(bào)道.社群行為(social behaviour)泛指種群中2個(gè)或更多個(gè)體間的相互作用[18].龜鱉類動(dòng)物會(huì)為了食物、筑巢地、曬背場(chǎng)所而競(jìng)爭(zhēng),會(huì)產(chǎn)生如撕咬、推拱等攻擊行為,以此在個(gè)體間建立獲取資源的等級(jí)制度[19-21].在中華鱉養(yǎng)殖中多采用大塘群體養(yǎng)殖模式(群養(yǎng)),而實(shí)驗(yàn)室研究中則多采用單獨(dú)養(yǎng)殖模式(單養(yǎng)),這種不一致使得實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果在實(shí)際養(yǎng)殖中的應(yīng)用受到了一定的限制.目前關(guān)于單養(yǎng)和群養(yǎng)研究報(bào)道的并不多,大多關(guān)注的是其造成傳統(tǒng)生長(zhǎng)指標(biāo)的差異[22-23].
本實(shí)驗(yàn)選擇瞬時(shí)生長(zhǎng)指標(biāo)RNA/DNA比值探究中華鱉生長(zhǎng)的晝夜節(jié)律,同時(shí)探究光周期以及2種飼養(yǎng)模式——單養(yǎng)與群養(yǎng)對(duì)該節(jié)律的影響,有助于完善中華鱉生長(zhǎng)機(jī)制的理論,為水產(chǎn)精確養(yǎng)殖提供理論指導(dǎo).
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
分別以光周期(12 L與24 L)和飼養(yǎng)模式(單養(yǎng)與群養(yǎng))為處理因素,實(shí)驗(yàn)共分為4個(gè)處理組,IA(單養(yǎng),24 L),ID(單養(yǎng),12 L),GA(群養(yǎng),24 L),GD(群養(yǎng),12 L).單養(yǎng)處理采用每桶1只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)模式,群養(yǎng)處理采用每桶5只實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)模式.12 L處理采用12 L∶12 D的光周期,定時(shí)開(kāi)關(guān)設(shè)定6∶00—18∶00給予光照,24 L處理采用每日24 h連續(xù)光照.
1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和實(shí)驗(yàn)條件
實(shí)驗(yàn)用稚鱉從河北石家莊中華鱉養(yǎng)殖場(chǎng)購(gòu)得,生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)在河北師范大學(xué)魚(yú)類養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行.養(yǎng)殖桶直徑60 cm,高71 cm,材質(zhì)為遮光玻璃鋼,桶內(nèi)總水體積30 L,水深15 cm.水面光強(qiáng)為150 lx.桶內(nèi)設(shè)有恒溫器,水溫保持在(30±0.1)℃;pH保持在7.5~8.0.養(yǎng)殖用水采用自來(lái)水,經(jīng)生石灰(70 mg/L)消毒、曝氣、調(diào)溫后使用,每日換水量為桶內(nèi)總水體積的1/6.實(shí)驗(yàn)所用飼料由河北海泰科技有限公司生產(chǎn),將其加工為直徑2 mm軟顆粒飼料.
1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行為期7 d的馴化,使其適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的養(yǎng)殖環(huán)境.馴化時(shí)光周期統(tǒng)一為12 L∶12 D(6∶00~18∶00給予光照).實(shí)驗(yàn)動(dòng)物每日飽食投喂2次,投喂時(shí)間為8∶30和20∶30,每次投喂30 min后用虹吸管將殘餌及糞便吸出.
馴化結(jié)束后,260只中華鱉(平均體重±標(biāo)準(zhǔn)差為(27.73±9.37)g)隨機(jī)分入4個(gè)處理組,每個(gè)處理組65只鱉,進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)期,除IA和GA 2個(gè)處理組的光周期變?yōu)?4 h全光照外,其余養(yǎng)殖條件與馴化期保持一致,正式實(shí)驗(yàn)首先進(jìn)行10 d.然后,所有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物開(kāi)始進(jìn)行饑餓處理,其余實(shí)驗(yàn)條件均不改變,禁食5 d以消除攝食對(duì)RNA/DNA比值的影響.
禁食期結(jié)束后,從10點(diǎn)開(kāi)始,連續(xù)24 h內(nèi)每隔2 h分別從各組隨機(jī)取5只鱉,使用MS-222進(jìn)行麻醉處理.解剖取其前肢肌肉組織(剔除脂肪團(tuán)),用7 g/L冰生理鹽水沖洗干凈,并用濾紙吸干后裝入凍存管中,立即液氮冷凍,并轉(zhuǎn)移到-70 ℃冰箱保存待測(cè).
1.4 RNA/DNA比值的測(cè)定
RNA/DNA比值的測(cè)定方法參考Xu等[24]的操作步驟略作修改.切取10~15 mg冰凍的組織,使用RNA提取試劑盒(GK3016,上海杰瑞生物工程有限公司)和DNA提取試劑盒(GK0122,上海杰瑞生物工程有限公司)分別將RNA和DNA從每份組織中提取出來(lái),最后通過(guò)測(cè)定樣品在260 nm處的吸光值換算出核酸含量,以(ng/mg組織濕重)作為單位.每份組織的RNA和DNA分別獨(dú)立提取,各做3個(gè)重復(fù),最終得到的RNA和DNA樣品在測(cè)定其濃度前,先進(jìn)行純度檢測(cè),即測(cè)定其OD260/OD230,該比值的正常范圍是1.8~2.0,不在正常范圍的樣品認(rèn)為測(cè)定過(guò)程中核酸受到污染或者降解,測(cè)定值不予使用,重新切取組織測(cè)定.
1.5 數(shù)據(jù)分析
所有分析均使用統(tǒng)計(jì)軟件STATISTICA(version 10.0)進(jìn)行.使用3因素方差分析來(lái)探究取樣時(shí)間、光周期和飼養(yǎng)模式對(duì)中華鱉RNA/DNA比值的影響.P< 0.05認(rèn)為達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異.
3因素方差分析顯示,飼養(yǎng)模式存在顯著差異,單養(yǎng)模式下的RNA/DNA比值顯著高于群養(yǎng)模式(F1,208=155.082,P=0),進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)IA處理組的RNA/DNA比值的平均水平比GA處理組高35.84%,ID處理組的RNA/DNA比值的平均水平比GD處理組高61.39%;取樣時(shí)間與飼養(yǎng)模式之間交互作用顯著(F12,208=2.347,P=0.008);光周期與飼養(yǎng)模式之間交互作用顯著(F1,208=7.109,P=0.008).
本實(shí)驗(yàn)中4個(gè)處理?xiàng)l件下,中華鱉RNA/DNA比值均表現(xiàn)出了顯著的晝夜變化.與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似的鰣魚(yú)、牡蠣、蛤仔的RNA/DNA比值同樣存在晝夜變化[10-11].本實(shí)驗(yàn)的單養(yǎng)模式下,全光處理組與12 L∶12 D光周期處理組RNA/DNA比值的晝夜變化模式基本相似,均是在10∶00和22∶00出現(xiàn)峰值.差異僅表現(xiàn)在次日6∶00,全光處理組的RNA/DNA比值處在較高水平的峰值,而12 L∶12 D光周期處理組的RNA/DNA比值卻處于較低的谷值(圖1).Pittendrigh[25]提出,若節(jié)律在恒定條件下仍存在,即認(rèn)為該節(jié)律是由內(nèi)部生物鐘控制的內(nèi)源性節(jié)律.所以本實(shí)驗(yàn)中RNA/DNA比值在光照持續(xù)存在的恒定條件下,仍存在與12 L∶12 D光周期下同樣的節(jié)律模式,筆者認(rèn)為中華鱉RNA/DNA比值存在內(nèi)源性節(jié)律變化.紅耳龜(Trachemysscriptaelegans)的呼吸及代謝活動(dòng)同樣被證實(shí)存在內(nèi)源性晝夜節(jié)律變化[9].此外,猜測(cè)中華鱉RNA/DNA比值的內(nèi)源晝夜節(jié)律在6∶00也存在峰值,就如全光處理下所表現(xiàn)的,但是實(shí)驗(yàn)中12 L∶12 D光周期處理組的開(kāi)燈時(shí)間正是早上6∶00,突然給予的光照刺激可能對(duì)中華鱉RNA/DNA比值的內(nèi)源晝夜節(jié)律產(chǎn)生了影響,導(dǎo)致2個(gè)光周期下中華鱉RNA/DNA比值在6∶00表現(xiàn)出較大的差異.很多文獻(xiàn)已證實(shí)光作為一個(gè)重要的環(huán)境刺激因子,能夠改變生物節(jié)律,突然給予的光照同樣會(huì)使紅耳龜?shù)暮粑痛x節(jié)律產(chǎn)生明顯的變化[9].而群養(yǎng)模式下,2個(gè)光周期RNA/DNA比值的晝夜變化模式卻大不相同(圖2).全光處理?xiàng)l件下中華鱉RNA/DNA比值的內(nèi)源晝夜節(jié)律模式基本仍存在,3個(gè)高峰出現(xiàn)在12∶00,次日0∶00及6∶00.而12 L∶12 D光周期處理組的RNA/DNA比值晝夜節(jié)律卻完全不同,僅有2個(gè)峰值分別出現(xiàn)在20∶00和次日4∶00.筆者認(rèn)為是群養(yǎng)模式中動(dòng)物的社群行為與光周期共同作用最終對(duì)動(dòng)物生理過(guò)程產(chǎn)生了影響,群養(yǎng)條件下,光周期對(duì)節(jié)律的影響更加強(qiáng)烈,幾乎完全掩飾了其原本的節(jié)律.已有研究證實(shí)動(dòng)物內(nèi)源性節(jié)律的表達(dá)是不穩(wěn)定的,會(huì)受到外界刺激因子的修飾而使節(jié)律發(fā)生比較大的變化[26].然而有研究認(rèn)為光周期對(duì)中華鱉攝食量、生長(zhǎng)、能量轉(zhuǎn)換均無(wú)顯著影響,可能是由于該實(shí)驗(yàn)鱉體重范圍較大(12~71.2 g),體重的影響掩蓋了光周期的影響[27].綜上,筆者認(rèn)為在中華鱉相關(guān)研究中,飼養(yǎng)模式的差別可能會(huì)帶來(lái)不容忽視的影響,單養(yǎng)模式更能反映動(dòng)物內(nèi)在的一些生理過(guò)程.
圖1 單養(yǎng)模式中華鱉RNA/DNA比值在不同光 周期下的晝夜變化(n=5)
圖2 群養(yǎng)模式中華鱉RNA/DNA比值在不同光 周期下的晝夜變化(n=5)
本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示,2個(gè)光周期條件下,中華鱉RNA/DNA比值均表現(xiàn)出在單養(yǎng)模式下顯著高于群養(yǎng)模式,這可能是由群體飼養(yǎng)環(huán)境下中華鱉之間的社群行為導(dǎo)致的.13周的幼年咸水鱷就已表現(xiàn)出排斥同類的行為,領(lǐng)域性很早就形成了,研究認(rèn)為攻擊行為可能是造成人工飼養(yǎng)中不同生長(zhǎng)速度的主要原因[28].一些使用傳統(tǒng)生長(zhǎng)指標(biāo)的研究結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似,群養(yǎng)的中華鱉養(yǎng)殖35 d后特定生長(zhǎng)率顯著低于單養(yǎng)的中華鱉[22].0~3周黑羽鵪鶉在生長(zhǎng)后期,隨著雛鶉身體發(fā)育逐漸完善,體溫調(diào)節(jié)能力相對(duì)穩(wěn)定,群養(yǎng)個(gè)體間開(kāi)始出現(xiàn)搶食、打斗行為,而單養(yǎng)無(wú)爭(zhēng)斗行為,從而導(dǎo)致后期單養(yǎng)組體重顯著大于群養(yǎng)組.同時(shí)單養(yǎng)組的產(chǎn)蛋量也高于群養(yǎng)組[23],說(shuō)明種內(nèi)攻擊行為會(huì)抑制動(dòng)物的生長(zhǎng).研究證實(shí)群養(yǎng)的中華鱉較單養(yǎng)組的非特異性免疫應(yīng)答有所加強(qiáng)[22],說(shuō)明群養(yǎng)模式下中華鱉可能處于應(yīng)激狀態(tài).所以,本實(shí)驗(yàn)中群養(yǎng)組的中華鱉可能也是由于存在種內(nèi)攻擊行為而處于競(jìng)爭(zhēng)的應(yīng)激狀態(tài),從而導(dǎo)致了RNA/DNA比值較低,生長(zhǎng)受到了抑制.另外,本實(shí)驗(yàn)中2種飼養(yǎng)模式養(yǎng)殖密度的差異同樣可能導(dǎo)致了中華鱉RNA/DNA比值的顯著差異.在水產(chǎn)養(yǎng)殖中,高密度是最常見(jiàn)的壓力因素之一,在擁擠脅迫壓力狀態(tài)下,動(dòng)物的活動(dòng)加強(qiáng),用于生長(zhǎng)的能量被轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)能,并且導(dǎo)致多種生理性應(yīng)答,如食欲下降,食物利用率下降,生長(zhǎng)下降等[22,29-32].對(duì)于養(yǎng)殖密度有2種描述方法,biomass/m2和individual/m2.在短時(shí)間內(nèi),體重改變微弱,所以對(duì)生理特征的影響主要是動(dòng)物數(shù)量[22].研究發(fā)現(xiàn)高密度組6只/缸(18.75 只/m2)的中華鱉活動(dòng)加強(qiáng),特定生長(zhǎng)率下降[22].與此相似,本實(shí)驗(yàn)中群養(yǎng)模式的養(yǎng)殖密度達(dá)到了5 只/缸(17.69 只/m2),說(shuō)明中華鱉可能存在擁擠壓力脅迫.所以,本實(shí)驗(yàn)中群養(yǎng)組的中華鱉同樣可能由于代謝能較多地轉(zhuǎn)移為運(yùn)動(dòng)能,從而導(dǎo)致了RNA/DNA比值較低,生長(zhǎng)受到了抑制.
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(責(zé)任編輯:趙藏賞)
Impacts of rearing mode and photoperiod on the daily rhythms of RNA/DNA ratio inPelodiscussinensis
JI Fangshuo,YANG Zhencai
(College of Life Science,Hebei Normal University,Shijiazhuang 050024,China)
In this study,the impact of photoperiod on daily growth rhythm and the impact of rearing mode on instantaneous growth ofPelodiscussinensiswere investigated.Turtles are grouply housed in fishery while they are separately housed in laboratory experiments.In this experiment,RNA/DNA ratio was chose to reflect the instantaneous growth inP.sinensis.Two photoperiod regimes—12 h light with 12 h dark (12 L∶12 D) and 24 h light with 0 h dark (24 L∶0 D) accompanied with two rearing modes—individual (I) and group (G) were used as treatment factors.Turtles were housed under specific experimental conditions for 15 days,after then five turtles were randomly sampled from each group every 2 h for 24 h.Muscle tissues were dissected for the measurement of RNA/DNA ratio.The results showed that there exists endogenous circadian rhythm of RNA/DNA ratio inP.sinensis.While the rhythm in turtles grouply housed was strongly influenced by photoperiod,the endogenous rhythm was totally masked.And the ratio in separately housed turtles was significantly higher than that in grouply housed turtles.In conclusion,the individually rearing mode can better reflect the intrinsic physiological process inP.sinensis.
Pelodiscussinensis; RNA/DNA ratio; individually/grouply housed; photoperiod
10.3969/j.issn.1000-1565.2017.01.009
2016-04-15
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31172085);河北省研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(sj2015006)
冀芳爍(1988—),女,河北平山人,河北師范大學(xué)在讀博士研究生,主要從事水生動(dòng)物學(xué)方面的研究. E-mail:jifangshuo@163.com
楊振才(1962—),男,河北行唐人,河北師范大學(xué)教授,主要從事水生動(dòng)物學(xué)方面的研究.E-mail:zcyang@hebtu.edu.cn
Q95
A
1000-1565(2017)01-0056-06