瓦氏雅羅魚生殖洄游過程中離子調(diào)節(jié)相關生理變化研究

王瑞芳 劉玉輝 王 俊 齊景偉 孟和平 高玉奎 柳玉海藺浩宇 安曉萍

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院, 呼和浩特 010018; 2. 內(nèi)蒙古達里湖漁場, 赤峰 024000;3. 內(nèi)蒙古水產(chǎn)技術(shù)推廣站, 呼和浩特 010010)

魚類的生殖洄游對種群適合度有著重要的意義, 因此, 一直以來是魚類生態(tài)學的重要研究內(nèi)容[1]。魚類在生殖洄游過程中面臨著性腺的不斷發(fā)育成熟、營養(yǎng)的缺乏, 能量的重新分配等生理變化, 同時也面臨著水環(huán)境滲透壓及離子組成的改變。洄游過程中的魚類通過多種滲透壓調(diào)節(jié)器官對鹽分和水分進行調(diào)節(jié)而適應不同的鹽堿環(huán)境[2]。參與魚類滲透壓和離子調(diào)節(jié)的組織主要是腸上皮細胞、腎臟和鰓組織[3,4]。從低滲環(huán)境洄游到高滲環(huán)境后,由于體內(nèi)外滲透差的作用魚體會丟失水分, 水環(huán)境中各種離子也會通過鰓和皮膚被動擴散進入體內(nèi),為維持滲透平衡魚體通過腸道吸收大量水分, 而進入體內(nèi)的離子通過鰓等滲透調(diào)節(jié)器官排出體外; 從高滲環(huán)境洄游到低滲環(huán)境時, 魚體會丟失鹽分, 同時環(huán)境中水分擴散進入體內(nèi), 因此, 除了從食物中得到鹽分外, 魚體還需要通過鰓從水中主動吸收離子[5]。魚類的鰓在滲透調(diào)節(jié)、酸堿調(diào)節(jié)和離子調(diào)節(jié)過程中均發(fā)揮重要作用, 鰓組織中的細胞主要有線粒體豐富細胞(MR)或氯細胞、扁平細胞和黏液分泌細胞等3種不同類型, 其中氯細胞中含有Na+/K+-ATPase, 它們主要存在于基底膜和細胞質(zhì)中與許多線粒體相連接的微管系統(tǒng)中[6], 承擔在不同滲透環(huán)境中將Na+和Cl-從水中轉(zhuǎn)運到體內(nèi)或者從體內(nèi)轉(zhuǎn)出到水中的重要任務。因此, 魚類在降海洄游和溯河回游過程中, 魚鰓上氯細胞的形態(tài)和功能及Na+/K+-ATPase會進行適應性調(diào)節(jié), 而這些變化與多種激素如催乳素(PRL)、生長激素(GH)、類胰島素生長因子-1(IGF-1)的介導密切相關[7], 它們可以刺激新的轉(zhuǎn)運蛋白合成, 從而影響氯細胞的增殖、分化, 改變滲透調(diào)節(jié)組織對離子和水分的轉(zhuǎn)運能力[8,9]。

達里湖(E116°25′—116°45′, N43°13′—43°23′)是在第三世紀初內(nèi)蒙古高平原發(fā)生沉降時形成的一系列內(nèi)陸湖盆之一, 湖水的主要來源是貢格爾河、沙里河、耗來河、亮子河, 以及地下水和雨水的補給, 湖水損失主要由水體自然蒸發(fā)造成。近年來由于氣候干旱, 湖水蒸發(fā)大于內(nèi)流, 徑流入湖中鹽分在湖內(nèi)長期積累, 致使湖水含鹽量(6.46‰)、堿度(年平均53.57 mmol/L)和pH (年平均9.65)不斷增加[10]。極端鹽堿環(huán)境已嚴重限制了大多數(shù)淡水魚類的生存和繁殖, 瓦氏雅羅魚(Leuciscus waleckii)是目前達里湖中僅存的兩種經(jīng)濟魚類之一, 雖然其已進化了一些特殊的生理機制可在高堿度、高pH的達里湖中生存[11,12], 但每年4月底至5月初仍需洄游到淡水河流中進行繁殖, 產(chǎn)卵后親魚及仔稚魚再返回到湖水中攝食和生長。

近年來, 已對瓦氏雅羅魚耐鹽堿生理和分子機制開展了一些研究[13,14], 而對其生殖洄游過程中的離子調(diào)節(jié)生理了解甚少, 關于其生殖洄游的生理和分子機制尚不清楚。本研究擬比較達里湖和貢格爾河瓦氏雅羅魚血清離子含量和激素水平、滲透調(diào)節(jié)組織Na+/K+-ATPase、Ca2+/Mg2+-ATPase活性及鰓組織結(jié)構(gòu)差異, 分析急性河水暴露后達里湖瓦氏雅羅魚上述離子調(diào)節(jié)生理參數(shù)的變化, 為解析達里湖瓦氏雅羅魚生殖洄游過程中的離子調(diào)節(jié)生理機制提供基礎數(shù)據(jù), 為保護其種群資源奠定科學的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗用魚

本試驗所用瓦氏雅羅魚于2017年5月7日(生殖洄游期)分別捕于達里湖(43°22′22.63″N, 116°39′57.50″E)和貢格爾河(43°22′33.56″N, 116°42′54.83″E)中。湖魚使用網(wǎng)箔(俗稱迷魂陣)采捕, 河魚使用手操網(wǎng)捕獲于距離達里湖56 km處的貢格爾河瓦氏雅羅魚人工產(chǎn)卵場, 由內(nèi)蒙古達里湖漁場工作人員協(xié)助獲得。在捕撈后選擇雌性湖魚[(118.96±26.33) g,(19.33±1.75) cm]和河魚[(109.23±11.43) g, (18.95±0.88) cm]各45尾分別放于裝有湖水和河水的塑料箱中1h內(nèi)運回漁場實驗室, 用于樣品采集及河水暴露試驗。同時, 利用多功能水質(zhì)分析儀測定達里湖和貢格爾河水pH、溫度、鹽度和溶解氧含量, 另取水樣帶回實驗室測定Na+、Cl-、K+、Ca2+、Mg2+濃度及碳酸鹽堿度, 湖水和河水樣品各設置3個重復。

1.2 試驗方法

急性河水暴露試驗設計從捕撈的湖魚中隨機挑選雌魚12尾, 轉(zhuǎn)入河水中養(yǎng)殖, 在河水中暴露24h后取樣, 分析血清含量和激素水平以及鰓、腸和腎組織酶活性。試驗在120 L的水族箱中進行,試驗過程中不投餌, 持續(xù)充氧, 水溫保持在(12±1)℃。

樣品采集和處理分別選擇雌性湖魚和河魚各12尾, 用100 mg/L MS-222(間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽)麻醉, 尾靜脈采血, 分離血清, 4℃冰箱中放置6h, 3000 r/min, 離心20min, 取上層血清于-80℃冰箱保存, 用于測定血清離子Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量和GH、IGF-1、PRL水平。采血后在冰上解剖, 取出鰓、腸道和腎組織用預冷生理鹽水清洗, 濾紙吸干后置于2 mL細胞凍存管中, 液氮速凍, 轉(zhuǎn)入-80℃冰箱保存, 用于測定Na+/K+-ATPase和Ca2+/Mg2+-ATPase活性。另每尾魚取鰓絲放入10%中性甲醛溶液中固定, 用于制作石蠟組織切片。

急性河水暴露試驗結(jié)束后樣品采集方法同上。

血清離子水平測定血清Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量均采用比色法進行測定, 試劑盒購于南京建成生物工程研究所。根據(jù)不同離子的標準曲線計算血清離子濃度, 河水和湖水中陽離子含量采用火焰原子吸收法(Aanalyet 800 原子吸收光譜儀, 美國鉑金埃爾默公司)進行測定, 陰離子采用比色法測定, 單位均為mmol/L。

血清激素水平測定GH、IGF-1和PRL均采用定制的魚ELISA試劑盒進行測定(武漢基因美生物科技有限公司)。根據(jù)標準曲線推算血清中激素含量。GH標準曲線為y=0.123x+0.179,R2=0.968, 單位為ng/mL; IGF-1的標準曲線為y=0.175x+0.133,R2=0.982, 單位為g/L; PRL的標準曲線為y=0.0006x+0.195,R2=0.947, 單位為pg/mL。

Na+/K+-ATPase和Ca2+/Mg2+-ATPase活性測定將瓦氏雅羅魚鰓、腎和腸道組織解凍, 鰓去鰓弓留鰓絲, 稱重, 每種組織均加入9倍體積預冷生理鹽水(0.86%), 用玻璃組織勻漿器破碎組織, 勻漿液4℃, 1000 r/min, 離心5min。上清液稀釋到適宜比例后采用磷鉬酸比色法測定Na+/K+-ATPase和Ca2+/Mg2+-ATPase活性。試劑盒購于南京建成生物工程研究所。

酶活力單位定義為: 每小時每毫克組織中ATP酶分解ATP產(chǎn)生1 μmoL無機磷的量為一個ATPase酶活力單位, 即μmol Pi/(mg prot·h)組織中蛋白含量采用BCA法進行測定, 以牛血清蛋白為標準。

鰓組織切片制作瓦氏雅羅魚鰓組織樣品,經(jīng)梯度酒精脫水, 水楊酸甲酯透明, 制作常規(guī)石蠟切片, 切片厚度為5 μm, HE染色, 中性樹脂封片后使用蔡司顯微鏡觀察和拍照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗所有數(shù)據(jù)均用平均值±標準誤(Mean±SEM)表示, 采用SPSS16.0軟件進行統(tǒng)計分析, 達里湖、貢格爾河和急性河水暴露組瓦氏雅羅魚離子含量、酶活性及激素水平采用單因素方差分析(One-Way ANOVA), 若差異顯著再進行多重比較(LSD’s test),P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 達里湖和貢格爾河水化學參數(shù)比較

達里湖水的堿度、pH和鹽度遠高于貢格爾河水, 溶解氧含量略低于河水, Na+、K+、Cl-、Mg2+含量均高于河水, 而貢格爾河水中Ca2+含量為達里湖水中Ca2+含量的20倍; 與世界河流中平均離子水平相比, 貢格爾河水中Ca2+、Mg2+和Na+含量偏高,Cl-含量相近, 而K+含量偏低(表 1)。

2.2 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚血清離子含量比較

與達里湖中瓦氏雅羅魚相比, 洄游到貢格爾河后血清Na+含量顯著降低(P＜0.05), Cl-含量顯著升高(P＜0.05), K+、Ca2+和Mg2+含量無顯著變化。達里湖中瓦氏雅羅魚轉(zhuǎn)入到貢格爾河水中24h后, 其血清Cl-含量顯著升高(P＜0.05)、K+含量顯著降低(P＜0.05), 而Na+、Ca2+和Mg2+含量無顯著變化(圖 1)。

2.3 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚鰓、腸和腎組織Na+/K+-ATPase與Ca2+/Mg2+-ATPase活性變化

與達里湖中瓦氏雅羅魚相比, 洄游到貢格爾河后其腎臟和腸道組織中Na+/K+-ATPase活性顯著升高(P＜0.05), 而鰓組織Na+/K+-ATPase活性無顯著變化; 將達里湖瓦氏雅羅魚轉(zhuǎn)入到貢格爾河水中24h后, 其鰓、腸、腎組織Na+/K+-ATPase活性均顯著升高(P＜0.05, 圖 2)。達里湖中瓦氏雅羅魚及轉(zhuǎn)入河水中24h后其腸道和鰓組織中Na+/K+-ATPase活性均顯著高于腎臟組織(P＜0.05), 而當其洄游到貢格爾河后, 腎臟組織中Na+/K+-ATPase活性最高, 腸道次之, 鰓組織中最低(圖 2)。

與達里湖中瓦氏雅羅魚相比, 洄游到貢格爾河后鰓組織Ca2+/Mg2+-ATPase活性無顯著變化, 而將達里湖瓦氏雅羅魚轉(zhuǎn)入到貢格爾河水后24h后, 其鰓組織中Ca2+/Mg2+-ATPase活性顯著升高(P＜0.05,圖 3)。

2.4 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚血清激素水平的變化

與達里湖中瓦氏雅羅魚相比, 洄游到貢格爾河后其血清中GH、IGF-1和PRL水平均無顯著變化;而將達里湖瓦氏雅羅魚轉(zhuǎn)入貢格爾河水中24h后,其血清IGF-1和PRL水平均顯著升高(P＜0.05), 而血清GH水平在河水轉(zhuǎn)運后未見顯著變化(表 2)。

2.5 瓦氏雅羅鰓組織結(jié)構(gòu)變化

瓦氏雅羅魚鰓小片整齊的排列在鰓絲兩側(cè), 呈半圓形扁平囊狀, 鰓絲上皮由多層上皮細胞組成,可見扁平細胞、泌氯細胞、黏液細胞等。鰓小片上有扁平細胞、柱狀細胞以及血管道, 血道內(nèi)存在血細胞。在達里湖中, 瓦氏雅羅魚鰓小片基部可見大量黏液細胞, 少量氯細胞(圖 4a), 洄游到貢格爾河后黏液細胞數(shù)量顯著減少, 氯細胞數(shù)量無明顯變化, 但體積略增大(圖 4b)。

3 討論

3.1 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚血清離子濃度的變化

魚體液滲透壓是由體液中溶質(zhì)總濃度決定的,主要是無機電解質(zhì), 而Na+、Cl-是體液中主要的電解質(zhì), 因此, 魚體調(diào)節(jié)Na+、Cl-的穩(wěn)定對于滲透壓調(diào)節(jié)至關重要[15]。本試驗測定了不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚血清離子濃度, 發(fā)現(xiàn)達里湖瓦氏雅羅魚在湖中和洄游到河中后血清離子水平均在典型鯉科魚類和其他淡水硬骨魚類的離子水平范圍內(nèi)[16]。

大多數(shù)廣鹽性硬骨魚類從半咸水轉(zhuǎn)運到淡水環(huán)境后, 由于被動擴散從而引起鹽的損失, 最終導致血漿離子水平降低[17,18]。本試驗發(fā)現(xiàn)洄游到貢格爾河后雅羅魚血清Na+水平降低, 因河水中Na+、Cl-含量較低, 按照等滲原理, 洄游到河水中后瓦氏雅羅魚體內(nèi)Na+流失率增加, 使得血清中Na+水平顯著降低, 但這一值仍在大多數(shù)鯉科魚類血清Na+濃度的范圍內(nèi)[16]。與Na+不同, 洄游到貢格爾河后瓦氏雅羅魚血清Cl-含量顯著升高, 這一結(jié)果與Wang等[19]的研究中發(fā)現(xiàn)洄游到河流中的青海湖裸鯉(Gymnocypris przewalskii)血漿中Cl-含量顯著高于其在湖水中的值結(jié)果是一致的。Wang等[19]認為,對洄游到河里的青海湖裸鯉而言, 較高的血清離子含量可以提供更適宜的魚體內(nèi)部環(huán)境, 從而應對其從湖洄游到河后能量的平衡、代謝重新調(diào)整和酸堿平衡及離子平衡等生理的挑戰(zhàn), 在生理上是一種優(yōu)勢。另外, 洄游到河水中后瓦氏雅羅魚生理活動(如出現(xiàn)繁殖行為、攝食水平降低、激素水平改變)的變化也可能引起血清離子濃度發(fā)生改變。因此, 血清離子含量的變化是魚體在低離子水平的河水中主動調(diào)節(jié)的結(jié)果。

瓦氏雅羅魚洄游到貢格爾河后血清Ca2+和Mg2+濃度維持在穩(wěn)定水平。相似的結(jié)果在Wang等[19]對青海湖裸鯉的研究中也曾報道。大多數(shù)魚類在正常情況下, 通過腸道和鰓的吸收, 之后調(diào)動骨骼和軟組織中的Mg2+或?qū)g2+沉積在骨骼和軟組織中, 通過腎的分泌和重吸收作用, 而使細胞外液Mg2+可以穩(wěn)定維持在較低水平[20], 腎臟的分泌和重吸收作用被認為是維持Mg2+穩(wěn)態(tài)的主要機制。另外, 血漿中Mg2+水平可以很好的調(diào)控可能是腎臟通過Na+/Mg2+交換機制嚴格調(diào)控的結(jié)果, 通過尿排出過多的Mg2+[21]。

在本試驗中將達里湖瓦氏雅羅魚急性轉(zhuǎn)入河水中后, 血清Cl-濃度升高, 而K+濃度降低, 這與將青海湖裸鯉直接轉(zhuǎn)運到河水中48h后的試驗結(jié)果一致[20]。Cl-升高和K+降低可能與環(huán)境滲透濃度突然降低后大量水分進入體內(nèi)有關。此外, 達里湖瓦氏雅羅魚在轉(zhuǎn)入到河水中24h后Na+和Ca2+、Mg2+維持穩(wěn)定水平, 表明其具有完善的Na+和Ca2+、Mg2+調(diào)節(jié)機制, 可以快速調(diào)節(jié)體內(nèi)外離子轉(zhuǎn)運達到平衡,這可能是將達里湖瓦氏雅羅魚轉(zhuǎn)入河水中后PRL、IGF-1水平升高, 激素水平的升高可刺激新的Na+/K+-ATPase和鰓Ca2+/Mg2+-ATPase轉(zhuǎn)運蛋白合成, 從而提高鰓、腸和腎組織酶活性的結(jié)果。

圖 1 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚血清Na+ (A)、Cl- (B)、K+ (C)、Ca2+ (D)和Mg2+ (E)含量變化Fig. 1 Concentrations of serum Na+ (A)、Cl- (B)、K+ (C)、Ca2+ (D)和Mg2+ (E) in Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake,Gongger River and during 24 h transfer form Dali Nor Lake to Gongger River water柱子上方不同小寫字母代表存在顯著差異, 顯著性水平定義為0.05, 下圖同Different superscript letters indicate significant differences (P＜0.05). The same applies bellow

圖 2 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚鰓、腸和腎組織Na+/K+-ATPase活性變化Fig. 2 Na+/K+-ATPase activities in gills, intestine and kidney tissues of Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake,Gongger River and during 24h transfer form Dali Nor Lake to Gongger River water

3.2 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚鰓、腸和腎Na+/K+-ATPase活性變化

鰓是魚類重要的滲透壓調(diào)節(jié)器官, 滲透環(huán)境改變后廣鹽性魚類能夠通過改變鰓上皮氯細胞的形態(tài)和功能來調(diào)節(jié)離子的吸收或分泌。位于鰓氯細胞基底側(cè)膜及微小管系統(tǒng)中的Na+/K+-ATPase酶為各種離子轉(zhuǎn)運提供最終驅(qū)動力, 在魚類海水和淡水轉(zhuǎn)運過程中起到中心作用[6]。當環(huán)境中離子濃度發(fā)生改變時, 鰓Na+/K+-ATP通常會進行適應性調(diào)整。先前研究顯示, 鰓Na+/K+-ATPase活性或氯細胞數(shù)量與外部鹽度變化存在顯著的線性關系[22]。對一些洄游性魚類的研究發(fā)現(xiàn), Na+/K+-ATPase活性在洄游到淡水中時均降低[23,24]; 而也有一些研究顯示,洄游性魚類在暴露到淡水中后, Na+/K+-ATPase活性增加[19,22,25,26]。本研究結(jié)果與后者一致, 發(fā)現(xiàn)達里湖瓦氏雅羅魚轉(zhuǎn)入河水中后24h后其鰓組織Na+/K+-ATPase活性顯著升高。Na+/K+-ATPase活性的提高有助于雅羅魚從淡水環(huán)境中主動吸收Na+、Cl-等離子, 使血清離子濃度維持在魚體生理活動需要的水平, 從而保證生命活動和能量代謝的正常進行。

圖 3 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚鰓組織Ca2+/Mg2+-ATPase活性變化Fig. 3 Ca2+/Mg2+-ATPase activities in gills tissues of Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake, Gongger River and during 24h transfer form Dali Nor Lake to Gongger River water

表 2 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚血清生長激素、類胰島素生長因子-1和催乳素水平變化Tab. 2 Serum GH, IGF-1 and PRL levels of Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake, Gongger River and during 24h transfer form Dali Nor Lake to Gongger River water

圖 4 達里湖(a)和貢格爾河(b)瓦氏雅羅魚的鰓絲顯微圖片F(xiàn)ig. 4 Light micrograph of gills in Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake (a) and Gongger River (b)F. 鰓絲; L. 鰓小片; CC. 泌氯細胞; PVC. 扁平細胞; PiC. 柱狀細胞; B. 血管通道; MC. 黏液細胞F. filament; L. lamellae; CC. chloride cells; PVC. pavements cells; PiC. pillar cells; B. blood channel; MC. mucous cells

除了鰓外, 腎臟和腸道組織在不同滲透環(huán)境下離子和水分的平衡調(diào)節(jié)過程中也發(fā)揮重要作用[4,27,28]。生活在淡水環(huán)境中或由高滲進入低滲環(huán)境后魚類為了維持體內(nèi)滲透壓平衡, 腎小體和腎小球的功能增強, 魚體會將體內(nèi)吸收的過多水分不斷排出體外,增加了泌尿量并對原尿中離子進行重吸收, 腎臟上的轉(zhuǎn)運蛋白和通道如Na+/K+-ATPase、H+-ATPase和碳酸酐酶(CA)負責離子重吸收和排泄, 也會進行適應性調(diào)整。魚類腸道在低滲環(huán)境下也可以對Na+和Cl-進行重吸收, 而在高滲環(huán)境下, 通過腸道離子轉(zhuǎn)運蛋白如囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)體(CFTR)排出多余的離子, 進行輔助的離子調(diào)節(jié)[29,30]。本試驗發(fā)現(xiàn), 洄游到貢格爾河后與河水轉(zhuǎn)運后24h后的瓦氏雅羅魚腎和腸Na+/K+-ATPase活性均顯著升高, 表明瓦氏雅羅魚腸和腎在其適應低滲環(huán)境進行離子和水平衡的調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用。這一結(jié)果與Wood等[25]對青海湖裸鯉的研究結(jié)果一致, 該研究發(fā)現(xiàn)青海湖裸鯉從布哈河水到青海湖水轉(zhuǎn)運過程中湖魚鰓和腎Na+/K+-ATPase活性僅為河水中的30%和70%。因河水中離子濃度低于魚體, 因此, 魚體內(nèi)離子易流失, 雅羅魚腸道和腎Na+/K+-ATPase活性調(diào)高有利于通過腎臟和腸道對離子進行重吸收, 這也可能是瓦氏雅羅魚在淡水中維持其體內(nèi)穩(wěn)定或較高離子水平的一種適應性機制。

另外, 比較本試驗中3種滲透調(diào)節(jié)組織中Na+/K+-ATPase活性, 發(fā)現(xiàn)在湖水中雅羅魚鰓和腸Na+/K+-ATPase活性顯著高于腎, 而在河水中腎和腸Na+/K+-ATPase活性高于鰓, 表明在不同水環(huán)境中鰓、腸、腎發(fā)揮滲透調(diào)節(jié)作用的重要性可能存在差異。與鰓相比, 目前我們對腎和腸在魚類滲透調(diào)節(jié)過程中的作用了解還較少, 特別是對于生活在高鹽堿環(huán)境中的魚類, 面臨鹽度和堿度的雙重作用,腸和腎在其適應高鹽堿環(huán)境過程中如何發(fā)揮作用,還需要進一步研究予以探討。

3.3 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚血清激素水平變化

近年來研究發(fā)現(xiàn), 生長激素、類胰島素樣生長因子-1、催乳素和皮質(zhì)醇等激素在魚類離子調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用[31,32]。這些激素可通過刺激機體合成新的蛋白, 從而影響氯細胞的增殖和分化,調(diào)節(jié)氯細胞中Na+/K+-ATPase的活性, 改變氯細胞對離子和水的運輸能力[8,33,34], 以維持機體離子的平衡。本研究發(fā)現(xiàn)將達里湖瓦氏雅羅魚轉(zhuǎn)入河水中后24h后血清PRL水平顯著升高。PRL在低滲環(huán)境中升高在先前研究中已被證實。如Kakizawa等[35]發(fā)現(xiàn), 在大麻哈魚(Oncorhynchus keta)生殖洄游過程中, 捕于河中的雌、雄魚血漿PRL濃度均高于海洋和海灣中魚的濃度; Miguel等[36]研究也發(fā)現(xiàn)遠離海岸的河中金頭鯛(Sparus aurataL.)垂體PRLmRNA表達水平是海魚和海灣魚的3—5倍高; 比較海水適應性和淡水適應性羅非魚(Oreochromis mossambicus)也發(fā)現(xiàn), 前者魚鰓中催乳素受體的表達量明顯降低, 而后者血漿內(nèi)催乳素濃度顯著上升[37]; 這些研究均證實, 催乳素在廣鹽性魚類適應淡水進行離子調(diào)節(jié)的過程中發(fā)揮重要作用, 本研究結(jié)果支持這一觀點。

IGF-1基因是生長激素主要的目標基因, 生長激素調(diào)控IGF-1的表達水平, IGF-1直接作用于靶細胞, 介導生長激素的生物學效應[32]。近來的研究發(fā)現(xiàn), IGF-1除了具有生長促進作用, 似乎也在洄游性魚類海水適應過程中起重要作用[38]。Cao等[39]對青海湖裸鯉的研究發(fā)現(xiàn)湖水組青海湖裸鯉血漿IGF-1顯著高于河水組。在金鱒(Oncorhynchus mykiss)、大西洋鮭(Salmo salar)和褐鱒(Salmo trutta)的研究中也顯示, 將其轉(zhuǎn)入海水后, 鰓IGF-1 mRNA表達量增加, 抗鹽能力顯著提高[32]。與上述研究結(jié)果不同,本研究中將瓦氏雅羅魚從湖水轉(zhuǎn)入到河水后其血清IGF-1水平顯著升高, 似乎表明IGF-1與PRL一樣均為低滲敏感激素。研究顯示, IGF-1無論在體內(nèi)還是體外均能刺激鰓Na+/K+-ATPase活性增加[40],本試驗中河水轉(zhuǎn)運后瓦氏雅羅魚鰓、腸和腎Na+/K+-ATPase活性顯著升高是一致的, 這似乎也證實PRL和IGF-1均可通過調(diào)控Na+/K+-ATPase的表達而參與低滲環(huán)境下離子的調(diào)節(jié)。但IGF-1和PRL的作用似乎是短暫的, 因為洄游到河水中后瓦氏雅羅魚3種激素水平與洄游前無顯著差異, 表明IGF-1和PRL在瓦氏雅羅魚從湖到河洄游的早期階段起到調(diào)控作用, 而當體內(nèi)離子水平達到穩(wěn)態(tài)時, 激素水平也適應性降低。還需要說明的是, 與大麻哈魚的溯河洄游相似, 瓦氏雅羅魚從達里湖洄游到貢格爾河的過程中, 不僅滲透環(huán)境發(fā)生改變, 同時伴隨著性腺的發(fā)育成熟和餌料的缺乏, 機體需要動員所有能量以維持溯河洄游和產(chǎn)卵行為以及基礎代謝對能量的需求。因此, 激素水平的變化也可能是對體內(nèi)代謝發(fā)生改變后的綜合響應。

3.4 瓦氏雅羅魚生殖洄游過程中鰓組織結(jié)構(gòu)變化

魚類的鰓上皮主要由泌氯細胞和扁平細胞構(gòu)成, 對鰓生理功能的正常發(fā)揮起著重要的作用[2]。氯細胞在鹽水環(huán)境中主要參與鹽的排泄, 而在淡水環(huán)境中主要參與離子的吸收[2], 且在不同滲透環(huán)境條件下氯細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布和數(shù)量會發(fā)生適應性變化, 但不同種類間存在著一定差異[41]。本研究發(fā)現(xiàn), 瓦氏雅羅魚鰓氯細胞數(shù)量在達里湖和貢格爾河中未見明顯差異, 但在河水中氯細胞體積比湖水中略大, 這一結(jié)果與O?uz[4]對凡湖塔氏卡拉白魚(Chalcalburnus tarichi)的研究結(jié)果相似。氯細胞中含有大量的Na+, K+-ATPase, 是氯細胞進行離子轉(zhuǎn)運的重要能量來源[41], 通常氯細胞數(shù)量和形態(tài)與Na+, K+-ATPase表達在環(huán)境鹽度改變后響應一致。在本試驗中達里湖瓦氏雅羅魚鰓氯細胞數(shù)量在湖中和洄游到河中后未見明顯變化, 這與鰓Na+, K+-ATPase活性無顯著改變的結(jié)果是一致的, 而腸和腎組織中Na+, K+-ATPase活性顯著升高, 表明在湖水中鰓氯細胞可能在Na+、Cl-離子的排泄過程中發(fā)揮重要作用, 而洄游到河水中后可能主要是腸和腎組織參與離子的吸收。

黏液細胞是普遍存在于水生動物上皮中的一種腺體細胞, 能分泌黏液于上皮表面, 黏液中含有黏多糖、糖蛋白、免疫球蛋白及各種水解性酶類等多種活性物質(zhì)[42], 起到潤滑、保護和抑制微生物的作用[41]。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在達里湖中瓦氏雅羅魚鰓基底膜上分布著大量的黏液細胞, 而洄游到貢格爾河后僅見少量黏液細胞存在。鰓黏液細胞數(shù)量受水環(huán)境鹽度影響已被報道, 如將大西洋鮭從海水轉(zhuǎn)入淡水中3h后, 鰓黏液細胞數(shù)量顯著增加[43];將紅大麻哈魚從淡水轉(zhuǎn)入海水中后, 鰓上皮黏液細胞數(shù)量增加[44], 但這些研究均指出黏液細胞數(shù)量的變化還受到適應鹽度和鹽度適應過程的影響[43]。因為氯細胞的離子轉(zhuǎn)運功能已被廣泛證實, 而研究發(fā)現(xiàn)許多氯細胞存在頂隱窩, 而頂隱窩中充滿黏液樣物質(zhì); 另外, 上皮細胞中糖萼類物質(zhì)也曾被認為可能參與離子調(diào)節(jié)[45], 這些證據(jù)使得較多研究均指出黏液可能在魚類離子調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮重要作用,但到目前為止, 仍沒有直接的試驗予以證實。因此,達里湖瓦氏雅羅魚鰓黏液細胞在湖水中是否參與離子調(diào)節(jié)及其可能機制尚不清楚, 今后仍需進行深入研究。

4 結(jié)論

瓦氏雅羅魚從高離子環(huán)境的達里湖洄游到低離子環(huán)境的貢格爾河, 在這一過程中其離子調(diào)節(jié)相關生理功能發(fā)生適應性變化以調(diào)節(jié)體內(nèi)外的離子平衡, 通過提高血清PRL和IGF-1水平, 進而介導鰓、腸和腎組織中Na+/K+-ATPase活性增加, 從而維持魚體較高或穩(wěn)定的血清離子水平。