環(huán)境因子脅迫對魚類生理生化和免疫指標影響的研究進展

謝國強

（河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院， 鄭州 450044）

魚類在水體一定環(huán)境指標下生長， 其生活環(huán)境的變化對魚類的生長、繁育、攝食、行為均有直接或間接的影響。 水體中的溫度、pH值、鹽度、氨氮、亞硝酸鹽、底質(zhì)等對魚類的健康生長至關(guān)重要。 近年來，隨著極端天氣頻發(fā)以及集約化養(yǎng)殖的快速發(fā)展，極易導(dǎo)致養(yǎng)殖水體溫度驟變或水體底質(zhì)惡化， 在水體中相關(guān)環(huán)境因子的突然改變， 嚴重影響著魚類的正常生長和生理代謝， 從而對魚類產(chǎn)生一定程度的環(huán)境脅迫。

環(huán)境脅迫指一種環(huán)境因子或多種環(huán)境因子綜合作用對其生存狀態(tài)產(chǎn)生的壓力， 打破原來魚類與環(huán)境之間所形成結(jié)構(gòu)完整性和功能平衡性， 影響魚類體內(nèi)的正常生理代謝功能， 機體的物質(zhì)代謝和能量代謝出現(xiàn)紊亂。 通常情況下，脅迫可分為急性環(huán)境脅迫和慢性環(huán)境脅迫，無論哪種脅迫，都會對魚體造成一定程度的傷害。 本文總結(jié)了近年來相關(guān)環(huán)境因子脅迫對魚類抗氧化酶以及免疫指標影響的研究進展，旨在為漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 抗氧化酶概述

當(dāng)水體環(huán)境發(fā)生變化會引起魚體內(nèi)多種生理應(yīng)激反應(yīng)， 魚體受到應(yīng)激反應(yīng)后產(chǎn)生大量活性氧自由基（ROS），對魚類的生長和生理代謝水平有著直接的影響。 然而作為抗氧化酶，如：過氧化氫酶(Catalase，CAT)、 超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase，GSH-PX)等均有清除生物體內(nèi)過量ROS的能力，對增強生物機體抗氧化、 防御能力以及提升其免疫力具有重要作用[1]。其中，SOD 、CAT是抗氧化酶系統(tǒng)中極其重要的功能酶， 二者聯(lián)合起來有清除ROS 的能力。 有研究表明，當(dāng)魚類機體受到外界脅迫時，SOD和CAT在清理過量自由基時具有一定的協(xié)同性，當(dāng)其活性下降時，表明其清除ROS的能力下降[2]。 總抗氧化能力(T-AOC)通常用于衡量抗氧化系統(tǒng)功能，在一定程度上可以反應(yīng)生物機體清除ROS的能力[3]。 丙二醛（MDA） 是衡量生物機體氧化脅迫程度的指標之一，可以反映機體細胞膜過氧化的程度，它還能加劇細胞膜的損傷， 反映組織細胞受ROS 攻擊的程度[4]。溶菌酶（LZM）是魚體非常重要的免疫因子，其活性與水溫、鹽度等環(huán)境因子密切相關(guān)，通常情況下，環(huán)境因子的急劇變化會顯著抑制機體的免疫功能。 免疫球蛋白M(IgM)是魚體內(nèi)一種重要的免疫球蛋白，主要分布在血液中，IIM是反應(yīng)魚類機體免疫應(yīng)答的重要指標，與LZM相似，當(dāng)其受到外界環(huán)境急劇變化時，其免疫功能會受到顯著抑制[5]。

2 相關(guān)環(huán)境因子脅迫對魚類生理生化指標的影響

2.1 溫度

魚類作為變溫動物， 溫度的變化對魚的生長及生理代謝有直接影響。 管敏等[6]研究發(fā)現(xiàn)溫度驟變使史氏鱘 (Acipenser schrenckii）SOD、CAT 活性、GSH含量、 MDA 含量和LZM活性均發(fā)生不同程度的變化，IgM 含量呈先下降后升高的趨勢，這也表明急性低溫脅迫對史氏鱘幼魚肝臟機能產(chǎn)生了不利影響，并顯著抑制了其抗氧化防御能力和免疫功能。 在溫度脅迫對雙帶隱帶麗魚(Apistogramma bitaeniata)抗氧化酶和免疫指標的研究中發(fā)現(xiàn)， 在養(yǎng)殖過程中遇到溫度驟變時， 在24 h內(nèi)進行補救是及時有效的；20℃和32℃組SOD 和CAT 活性、GSH 和MDA 含量的變化趨勢基本一致， 而與32℃處理組比20℃處理組更能促使雙帶隱帶麗魚產(chǎn)生更多的LZM， 表明32℃處理組在受到高溫脅迫后對雙帶隱帶麗魚幼魚產(chǎn)生了一定的保護機制； 各處理組IgM 含量變化不顯著[7]。在溫度對大口黑鱸幼魚不同組織抗氧化酶影響的研究中， 在21～33℃條件下， 大口黑鱸SOD和CAT 活性在鰓中含量最高且變化較大， 鰓中SOD和CAT 活性隨著溫度升高而先降低后升高，而29℃組活性最低；與SOD和CAT 活性相似，MDA 含量在鰓中較高，其中鰓和腸中的MDA含量均在21℃組含量最高。 肝臟、鰓和腸中均有較高GSH，整體隨溫度升高而呈先降低后升高的趨勢。 肝臟中T-AOC處于較高，肌肉中最低，整體隨溫度升高呈波動性變化，在29℃組最低[8]。 研究發(fā)現(xiàn)將大口黑鱸幼魚置于31℃、34℃和37℃的水中，34℃和37℃處理組成活率均低于50%，在48 h 時，31℃和34℃組SOD、GSH-PX、CAT、LZM活力均顯著高于對照組[9]，因此，在日常養(yǎng)殖過程中，應(yīng)將水溫控制在34℃以下。 在急性溫度脅迫對銀鯧(Pampus argenteus)幼魚抗氧化酶和免疫指標的研究中發(fā)現(xiàn)， 在銀鯧幼魚肝臟中，22℃組SOD和CAT活性均呈先上升后下降的趨勢，GSH-PX和MDA均出現(xiàn)不同程度的變化， 這也意味著急性溫度脅迫對銀鯧幼魚的肝臟造成了一定程度的損傷， 并對其抗氧化能力和免疫應(yīng)答反應(yīng)產(chǎn)生了一定的影響。 在對翹嘴鱖（Siniperca chuatsi）幼魚進行96 h溫度脅迫過程中，翹嘴鱖幼魚肝臟SOD和CAT活性呈先降低后升高再降低的變化趨勢，其SOD和CAT活性在整個實驗過程中變化趨勢比較一致， 相似的結(jié)果在在吉富羅非魚（Oreochromis niloticus）中也有出現(xiàn)。高溫脅迫對美洲鰣（Alosa sapidissima）的研究中發(fā)現(xiàn)[10]，在肝中，28℃和30℃組CAT、 GSH-Px、SOD活性隨時間增長均呈上升變化，MDA含量呈先升后降的變化趨勢；在血清中，30℃組SOD活性和MDA含量均隨時間增長呈先升后降再升的變化，在96 h時均顯著大于24℃和28℃組（P＜0.05），而24℃和28℃組均較穩(wěn)定，28℃組CAT和GSH-Px活性均隨時間增長呈上升趨勢，24℃組基本穩(wěn)定，30℃組在48 h呈下降趨勢， 表明高溫脅迫對美洲鰣抗氧化酶產(chǎn)生了較大影響。

2.2 氨氮

氨氮是養(yǎng)殖水環(huán)境中主要的污染因子之一，其來源于蛋白質(zhì)最終的分解代謝產(chǎn)物， 通常以總氨氮來衡量水中的氨， 其以離子氨 （NH4+） 和非離子氨（NH3）兩種形式存在。 魚類對氨氮的毒性非常敏感，當(dāng)魚類長時間處于氨氮脅迫環(huán)境下并且超過自身機體調(diào)節(jié)限度時， 機體的非特異性免疫系統(tǒng)就會被破壞，其中抗氧化系統(tǒng)最容易被破壞，機體中部分抗氧化物質(zhì)的含量下降，抗氧化酶的活性降低，從而導(dǎo)致魚類免疫力下降嚴重影響魚類的健康。 在氨氮脅迫對刀鱭(coilia nasus)稚幼魚研究中發(fā)現(xiàn)，在脅迫24 h后稚幼魚T-AOC活力顯著下降， GSH-PX活力上升但不顯著，T-SOD 、CAT活力均顯著上升； 恢復(fù)24 h后各種酶的活性都在向正常水平恢復(fù)， 但是最終都沒有恢復(fù)到對照組水平,表明刀鱭在受到氨氮脅迫后對抗氧化系統(tǒng)產(chǎn)生了一定的應(yīng)激反應(yīng)并影響其生長。 管敏等在慢性氨氮脅迫對子二代中華鱘(Acipenser sinensis)研究中發(fā)現(xiàn)，子二代中華鱘血清和肝臟SOD、CAT、T-AOC活性及GSH含量隨氨氮濃度的增加呈逐漸降低的趨勢， 而MDA含量呈升高趨勢，血清、肝臟LZM活性及IgM含量均顯著下降，慢性氨氮脅迫顯著抑制了子二代中華鱘的生長，降低了魚體的抗氧化能力和免疫能力。在急性氨氮脅迫對翹嘴鱖幼魚的研究中發(fā)現(xiàn)， 翹嘴鱖幼魚肝臟SOD、CAT活性和GSH含量均呈先升高后降低的變化趨勢，可能是隨著氨氮脅迫時間的延長， 魚體內(nèi)ROS含量不斷增加，肝臟組織受到氨氮毒性影響，從而抑制了其抗氧化酶活性，最終導(dǎo)致抗氧化功能被削弱；此外，該研究還發(fā)現(xiàn)翹嘴鱖幼魚肝臟SOD、CAT和GSH三者具有協(xié)同作用。在慢性氨氮脅迫對史氏鱘（Acipenser schrenckii）幼魚的研究中發(fā)現(xiàn)，慢性氨氮脅迫顯著抑制了史氏鱘幼魚的生長，降低了魚體的抗氧化能力和免疫能力；隨著氨氮濃度的增加， 肝臟SOD、CAT、T-AOC活性和GSH含量呈下降趨勢，MDA含量呈上升趨勢。免疫指標中，LZM活性和IgM含量受氨氮脅迫影響顯著。

2.3 鹽度

鹽度是水生動物的限制生態(tài)因子之一， 養(yǎng)殖環(huán)境的鹽度波動對水生動物生長、 發(fā)育及滲透壓調(diào)節(jié)均有重要的影響。 水體鹽度變化會導(dǎo)致魚類的內(nèi)外滲透壓失衡， 從而使其啟動一系列生理調(diào)節(jié)功能以適應(yīng)環(huán)境鹽度的改變。 有研究表明， 大鱗副泥鰍（Paramisgurnus dabryanus）對一定濃度的鹽度具有調(diào)節(jié)適應(yīng)能力，在大鱗副泥鰍受到鹽度脅迫后，其肝臟SOD和CAT活性均表現(xiàn)為先上升、 后下降的趨勢，且分別于脅迫12 h和2‰時達到最大值，GSH-PX活性在脅迫后的12 h內(nèi)有所升高， 之后所有鹽度試驗組均回落至正常水平，MDA含量分別在1‰和7‰時達到最大值，且顯著高于淡水對照組。 在鹽度對云紋石斑魚研究中發(fā)現(xiàn)，其SOD 與CAT 活性呈先下降后上升的趨勢，最終恢復(fù)至正常水平，而MDA含量呈先上升后下降的趨勢，表明酶活力初期會受到抑制，隨后恢復(fù)，以抵御脅迫傷害。 溶菌酶活力隨時間延長先升高后降低，在非特異性免疫中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，黃河鯉幼魚在養(yǎng)殖用水鹽度0 ～6‰ 范圍內(nèi)適當(dāng)提高鹽度可提高其肝臟抗氧化性能， 各鹽度組黃河鯉幼魚肝臟組織的SOD、CAT、LZM、GSH-Px 活性隨脅迫時間的延長均有先升高后下降的趨勢，且SOD、CAT、GSH-Px 活性在鹽度為6 ‰時能在脅迫96h 內(nèi)維持較高水平， 各鹽度組的MDA 含量均在脅迫6 h達峰值， LZM 酶活性在脅迫96h 內(nèi)均顯著高于對照組。 在對點籃子魚（Siganus guttatus）的研究中發(fā)現(xiàn)，點籃子魚對低鹽的耐受力比較強， 在鹽度快速改變時， 點籃子魚能通過調(diào)節(jié)自身的抗氧化酶活力來清除體內(nèi)過量的ROS； 點籃子魚直接放入鹽度為10和20的水體中， 其SOD、CAT 和GSH-PX 活性雖有一定程度的升高，但與對照組無顯著性差異，直接放入鹽度為5‰的水體中SOD 酶活性與對照組無顯著性差異， 而CAT 和GSH-PX 活性與對照組有顯著性差異，但在24h時均恢復(fù)到對照組水平。

3 小結(jié)與展望

相關(guān)環(huán)境因子脅迫使魚類無法保持正常的生理狀態(tài)， 促使抗氧化水平和免疫指標發(fā)生一定程度的變化或無法恢復(fù)至正常水平，而在日常養(yǎng)殖過程中，嚴重影響魚類的正常生長、發(fā)育、攝食等行為，最終導(dǎo)致抗病力下降、生長緩慢，甚至出現(xiàn)大面積死亡現(xiàn)象。因此，今后需對相關(guān)環(huán)境因子對魚類的影響進行更深入的研究， 探究不同環(huán)境因子聯(lián)合對魚類影響的作用機制， 根據(jù)抗氧化酶的變化作為水質(zhì)檢測和魚類健康的重要依據(jù)， 建立環(huán)境因子脅迫對魚的反應(yīng)與水質(zhì)監(jiān)測和相結(jié)合的預(yù)警方案， 為漁業(yè)健康養(yǎng)殖發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。