許氏平鲉低氧耐受能力及血液學(xué)和鰓組織學(xué)變化

高云濤，高云紅，李明月，王嘉偉，孟 振，關(guān)長(zhǎng)濤,3，賈玉東,3*

(1.上海海洋大學(xué)，水產(chǎn)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 上海 201306；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237；3.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東 青島 266071)

溶解氧是影響包括魚類在內(nèi)的大部分水生生物生存和繁衍的重要環(huán)境因子[1-2]。魚類作為物種多樣的高等水生生物，為適應(yīng)水環(huán)境中溶解氧含量變化，在進(jìn)化和繁衍過程中，形成了不同應(yīng)答模式和適應(yīng)性調(diào)控機(jī)制，通過一系列行為、生理和組織結(jié)構(gòu)變化，如改變呼吸模式、增強(qiáng)血氧親和力等，獲取充足的氧氣或者限制組織對(duì)氧氣的需求以降低能量消耗，從而維持正常生理功能[3-4]，不同魚類低氧耐受能力存在顯著差異[5]。臨界氧分壓(critical oxygen tension，Pcrit)和失去平衡點(diǎn)(loss of equilibrium，LOE)是被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)魚類低氧耐受能力的有效指標(biāo)[6]，Pcrit和LOE 越低，表明魚類低氧耐受能力越強(qiáng)，反之則越弱。對(duì)大多數(shù)魚類而言，5 mg/L 溶解氧含量可滿足其正常生長(zhǎng)和生命活動(dòng)，4.5 mg/L 溶解氧含量即會(huì)嚴(yán)重阻礙其生長(zhǎng)發(fā)育，缺氧生理耐受閾值約為2 mg/L或更低[7]。魚類還可以通過改變運(yùn)動(dòng)和呼吸等行為，調(diào)整血液生理生化指標(biāo)來達(dá)到適應(yīng)低氧環(huán)境、代謝補(bǔ)償?shù)哪康腫8-9]，如葡萄糖、皮質(zhì)醇等[10]。此外，低氧環(huán)境下，魚類還可以通過鰓組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)的改變，如增加鰓小片長(zhǎng)度(secondary lamellar length,SLL)、間距(interlamellar distance,ID)、周長(zhǎng)(perimeter)等方式增大鰓組織與氧氣接觸面積，從而攝取更多的氧氣，增強(qiáng)自身低氧耐受性[4]。因此，魚類在應(yīng)對(duì)低氧環(huán)境脅迫時(shí)，可通過一系列行為、生理和結(jié)構(gòu)改變，以提高自身適應(yīng)環(huán)境低氧變化的能力。

許氏平鲉(Sebastes schlegelii)是我國(guó)北方沿海增殖放流、深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的主選品種之一[11-12]。隨著許氏平鲉增養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，學(xué)者們?cè)谄浞N苗繁育、生長(zhǎng)調(diào)控和免疫抗性等方面進(jìn)行了深入研究[13-14]，同時(shí)對(duì)許氏平鲉全基因組進(jìn)行了注釋解析[15]。此外，環(huán)境是影響許氏平鲉養(yǎng)殖的關(guān)鍵因素之一。面對(duì)全球變暖導(dǎo)致的海水溫度逐年升高，高溫導(dǎo)致水中溶解氧含量逐漸下降，缺氧是水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)。許氏平鲉作為重要的經(jīng)濟(jì)魚類，水中溶解氧含量的改變易導(dǎo)致其出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)[16-17]，因此急需研究溶解氧含量的改變對(duì)許氏平鲉的影響。張亞晨等[18]發(fā)現(xiàn)了水體溶解氧含量低于4.0 mg/L 時(shí)，許氏平鲉出現(xiàn)顯著的脅迫反應(yīng)。Mu 等[19]也證實(shí)急性低氧應(yīng)激[(4.48±0.25) mg/L]顯著誘導(dǎo)了許氏平鲉熱休克蛋白70 表達(dá)水平上調(diào)和甲狀腺激素升高，上述相關(guān)研究并未對(duì)許氏平鲉低氧耐受生理閾值進(jìn)行界定和詳細(xì)闡述，沒有明確許氏平鲉低氧耐受關(guān)鍵點(diǎn)(Pcrit和LOE)溶解氧值，也未從組織學(xué)角度說明低氧對(duì)許氏平鲉的影響，同時(shí)低氧對(duì)許氏平鲉行為和生理機(jī)能的影響尚不完善。在許氏平鲉增養(yǎng)殖過程中缺乏科學(xué)的行為、生理和組織學(xué)依據(jù)，不能對(duì)許氏平鲉養(yǎng)殖提供準(zhǔn)確的預(yù)警溶解氧含量，給苗種和成魚養(yǎng)成以及增殖放流造成隱患。鑒于此，本研究通過檢測(cè)許氏平鲉Pcrit、LOE、氣體交換率(proportion available gas exchange,PAGE)和呼吸頻率以明確其低氧耐受能力，查明低氧脅迫和恢復(fù)過程中許氏平鲉血液生理生化指標(biāo)和鰓組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，探討其對(duì)低溶解氧的適應(yīng)性。相關(guān)結(jié)果可為實(shí)際養(yǎng)殖提供低氧預(yù)警機(jī)制，減少因氧氣含量下降而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用許氏平鲉為煙臺(tái)開發(fā)區(qū)天源水產(chǎn)有限公司提供，體質(zhì)健康、活力旺盛、規(guī)格整齊，平均體長(zhǎng)(21.00±6.00) cm，平均體重(88.01±5.34)g。實(shí)驗(yàn)桶(15 尾/桶，90 L)中暫養(yǎng)2 周，暫養(yǎng)期間保持正常流水(水流量大于1 000 mL/min)，養(yǎng)殖水溫18 °C，鹽度30，pH 值7.85，溶解氧含量(8.73±0.36) mg/L，氨氮濃度小于0.1 mg/L，自然光照610～630 lx。每天分別在9:00 和16:00 按照體重的3 %投喂商品化顆粒飼料(海童，中國(guó)濰坊三通生物工程有限公司)，充分?jǐn)z食后及時(shí)清除殘餌和糞便，實(shí)驗(yàn)前1 天停止投喂。實(shí)驗(yàn)過程中操作人員嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理規(guī)范，并按照中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所倫理委員會(huì)制定的規(guī)章制度執(zhí)行。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

低氧耐受能力實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)參考封閉靜水式方法，并進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，取3 個(gè)實(shí)驗(yàn)桶，用塑料布將實(shí)驗(yàn)桶密封，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)關(guān)閉循環(huán)水系統(tǒng)，做隔絕空氣處理。通過溶氧儀(AZ86031 型，鑫恒)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、記錄水體中溶解氧含量變化，根據(jù)體重和溶解氧變化計(jì)算實(shí)驗(yàn)魚代謝率MO2[mg/(kg·h)]：

式中，[O2]t1為監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)t1時(shí)的溶解氧含量(mg/L)；[O2]t2為t2時(shí)溶解氧含量(mg/L)；V為實(shí)驗(yàn)桶的總體積減去魚的體積；t為時(shí)間點(diǎn)t1和t2的時(shí)間間隔(6 min)；BW 為實(shí)驗(yàn)魚的體重(kg)。

Pcrit表示隨溶解氧含量下降，魚類不能維持其代謝率時(shí)的水體溶解氧含量，該值大小與魚類低氧耐受能力呈反比，即Pcrit越大，魚類耐低氧能力越弱，反之越強(qiáng)。將代謝率和溶解氧含量做圖，采用雙線法找到MO2隨溶解氧含量下降而出現(xiàn)的顯著下降拐點(diǎn)，即為Pcrit[20]。

監(jiān)測(cè)記錄水體溶解氧含量變化的同時(shí)，透過塑料薄膜觀察實(shí)驗(yàn)魚游泳和呼吸行為，并隨機(jī)抽取3 尾魚，記錄每分鐘實(shí)驗(yàn)魚鰓蓋開合次數(shù)，實(shí)驗(yàn)魚鰓蓋1 次開合計(jì)為1 次，統(tǒng)計(jì)呼吸頻率(次/min)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)魚到達(dá)LOE 點(diǎn)時(shí)(側(cè)翻，腹部朝上)，記錄下此時(shí)溶解氧含量。

低氧脅迫和恢復(fù)實(shí)驗(yàn) 在明確實(shí)驗(yàn)魚Pcrit和LOE 的基礎(chǔ)上，設(shè)置1 個(gè)對(duì)照組(C)和4個(gè)處理組，每個(gè)處理組3 個(gè)平行，共計(jì)15 個(gè)養(yǎng)殖桶(60 L)，每個(gè)養(yǎng)殖桶放9 尾魚。對(duì)照組正常流水，處理組關(guān)閉循環(huán)水系統(tǒng)，并用塑料布密封，做隔絕空氣處理，桶內(nèi)放置溶氧儀(AZ86031 型，鑫恒)監(jiān)測(cè)記錄水體溶解氧含量，當(dāng)實(shí)驗(yàn)魚全部出現(xiàn)失衡現(xiàn)象后，去除密閉用塑料布，重新打開循環(huán)水系統(tǒng)，20 min 內(nèi)將水體溶解氧含量恢復(fù)至正常水平，持續(xù)24 h 結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前將對(duì)照組取樣，實(shí)驗(yàn)過程中分別在Pcrit、LOE 和恢復(fù)正常溶解氧含量12 h (R12)和24 h (R24)時(shí)采集9 尾魚的血液和鰓組織。實(shí)驗(yàn)期間，觀察許氏平鲉在低氧脅迫和恢復(fù)正常溶解氧過程中的游泳及呼吸行為變化，統(tǒng)計(jì)其呼吸頻率。

1.3 血液樣品采集與處理

血液樣本采集，每組平行樣本隨機(jī)抽取3 尾魚，共9 尾，取樣時(shí)迅速將實(shí)驗(yàn)魚撈起并立即放入濃度為200 mg/L 的MS-222 海水中深度麻醉(觸碰15 s 無反應(yīng))，尾靜脈采血。采血注射器及離心管均用20 μL 濃度為1%的肝素鈉溶液浸潤(rùn)，烘干、冷卻后使用。采集血液樣本分為2 份，一份在4 °C、3 000 r/min 條件下離心10 min 制備血漿，-80 °C 保存，用于檢測(cè)皮質(zhì)醇、葡萄糖；另一份直接用于檢測(cè)血液生理指標(biāo)[紅細(xì)胞數(shù)目(RBC)、白細(xì)胞數(shù)目(WBC)、血紅蛋白(Hb)和紅細(xì)胞積壓(HCT)]。

1.4 血液樣品分析

RBC、WBC、Hb、HCT 采用邁瑞全自動(dòng)血液細(xì)胞分析儀(BC-2800 vet)檢測(cè)。血漿皮質(zhì)醇采用放射免疫分析法(碘[125I]皮質(zhì)醇放射免疫分析藥盒)進(jìn)行檢測(cè)。葡萄糖測(cè)定試劑盒(微板法，F(xiàn)006-1-1)購(gòu)自南京建成生物工程研究所，操作方法參照試劑盒說明書。

1.5 鰓組織石蠟切片與光學(xué)顯微鏡

完整取出“血液樣品采集與處理”中采集完血液樣品的實(shí)驗(yàn)魚右側(cè)第2 片鰓組織，沿鰓絲修成若干小塊后將鰓組織放于4 %多聚甲醛(G1101，塞維爾生物科技有限公司)保存液中固定1 周。固定好的鰓組織經(jīng)過酒精梯度脫水、二甲苯透明、石蠟包埋(KH-BL，闊海醫(yī)療)后，用切片機(jī)(KHQ330，闊海醫(yī)療)連續(xù)切片，切片厚度為5 μm，再用蘇木精-伊紅(G1120，索萊寶)進(jìn)行染色，中性樹脂膠封片，放于顯微鏡(DM500，LEICA)載物臺(tái)上觀察。分析方法參考Nero 等[21]的方法并稍作修改。統(tǒng)一取許氏平鲉右側(cè)第2 片鰓的中間部分鰓絲進(jìn)行切片，采用中倍鏡(100 倍)隨機(jī)挑選5 條鰓絲，在鰓絲中部隨機(jī)挑選2 片鰓小片(共10 片)，用測(cè)微尺分別測(cè)量其SLL、鰓小片寬度(SLW)、ID 和周長(zhǎng)值用于分析，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，并通過測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出鰓小片氣體交換率 PAGE(%)[21]：

式中，SLL 為呼吸面鰓小片長(zhǎng)度，BET 為鰓小片基質(zhì)厚度(basal epithelial thickness,BET)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用“雙線法”，將代謝率和溶解氧含量做圖，分別用兩條線表示代謝率變化趨勢(shì)，找到MO2隨溶解氧含量變化而出現(xiàn)的拐點(diǎn)，即為Pcrit。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，利用SPSS 16.0 軟件單因素方差分析(One-Way ANOVA)進(jìn)行檢驗(yàn)，并采用Tukey 氏多重比較分析不同溶解氧含量下許氏平鲉重要指標(biāo)的差異，P＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 許氏平鲉低氧耐受能力和低氧行為反應(yīng)

根據(jù)“雙線法”做圖統(tǒng)計(jì)，得出許氏平鲉Pcrit水體溶解氧含量為(3.96±0.11) mg/L。LOE 水體溶解氧含量為(2.60±0.21) mg/L。正常溶解氧狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)魚在水底保持靜止?fàn)顟B(tài)或進(jìn)行規(guī)律性游動(dòng)，隨著水體中溶解氧含量逐漸降低，實(shí)驗(yàn)魚逐步由底層向上層游動(dòng)，同時(shí)呼吸頻率加快 (圖1)。

圖1 許氏平鲉臨界氧分壓(a)與溶解氧含量&呼吸頻率的變化(b)圖中不同小寫字母表示差異顯著(P＜0.05)，下同。Fig.1 Critical oxygen partial pressure of S.schlegelii (a) and dissolved oxygen consumption & respiratory rate (b)Different small letter superscripts mean significant differences (P＜0.05),the same below.

2.2 低氧脅迫對(duì)許氏平鲉血液葡萄糖、皮質(zhì)醇的影響

隨著水體中溶解氧含量下降，實(shí)驗(yàn)魚血漿皮質(zhì)醇含量逐漸升高，并在LOE 處達(dá)到最高(P＜0.05)。恢復(fù)正常溶解氧含量后，血漿皮質(zhì)醇含量逐漸降低，在恢復(fù)溶解氧24 h 時(shí)降到最低(圖2-a)，與對(duì)照組無顯著差異。隨著水體中溶解氧含量下降，血漿葡萄糖含量呈先升后降的變化趨勢(shì)，在Pcrit顯著升高(圖2-b) (P＜0.05)，但在LOE 處葡萄糖含量顯著下降(P＜0.05)，隨后恢復(fù)正常溶解氧含量直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，葡萄糖含量無顯著變化。

圖2 低氧應(yīng)激和恢復(fù)正常溶解氧過程中許氏平鲉血漿皮質(zhì)醇(a)和葡萄糖(b)濃度變化1.對(duì)照組，2.臨界氧分壓(Pcrit)，3.失去平衡點(diǎn)(LOE)，4.恢復(fù)正常氧含量12 h，5.恢復(fù)正常氧含量24 h，下同。Fig.2 Changes of plasma glucose (a) and cortisol (b) content in S.schlegelii during hypoxia and reoxygenation1.control,2.critical oxygen partial pressure (Pcrit),3.loss of equilibrium (LOE),4.12 h after reoxygenation,5.24 h after reoxygenation,the same below.

2.3 低氧脅迫對(duì)許氏平鲉血液生理指標(biāo)的影響

低氧環(huán)境對(duì)許氏平鲉血液生理指標(biāo)影響如表1 所示，RBC 在低氧脅迫和恢復(fù)正常溶解氧過程中無顯著變化(P＞0.05)，而WBC、Hb 和HCT都呈先升后降趨勢(shì)。WBC、Hb 和HCT 在Pcrit和LOE 顯著升高，在LOE 處達(dá)到最高濃度(P＜0.05)，恢復(fù)正常溶解氧之后，WBC 濃度逐漸降低，在恢復(fù)24 h 時(shí)降至最低。

表1 低氧和恢復(fù)過程中許氏平鲉血液生理指標(biāo)的變化Tab.1 Changes of blood physiological indexes of S.schlegelii during hypoxia and reoxygenation

2.4 低氧脅迫對(duì)許氏平鲉鰓組織的影響

鰓組織切片顯示，正常狀態(tài)下許氏平鲉鰓絲和鰓小片形態(tài)完整，鰓小片在鰓絲上整齊分布。隨著水中溶解氧含量降低，許氏平鲉鰓組織出現(xiàn)不同程度病變，包括鰓小片基質(zhì)肥大、增生、末端膨大和上皮細(xì)胞水腫等(圖版)。在水中溶解氧含量達(dá)到Pcrit和LOE 點(diǎn)時(shí)，鰓小片基質(zhì)肥大、增生、杵狀比例顯著增加，恢復(fù)正常溶解氧12 h 時(shí)，3 種鰓組織形態(tài)比例顯著降低，至恢復(fù)正常溶解氧24 h 時(shí)降至正常比例。鰓小片上皮細(xì)胞水腫比例在LOE 點(diǎn)處顯著增高，至恢復(fù)正常溶解氧12 h 時(shí)降至正常比例(圖3)。

圖3 低氧應(yīng)激和恢復(fù)正常溶解氧過程中許氏平鲉鰓組織形態(tài)比例“*”表示組間鰓組織形態(tài)變化比例差異顯著(P＜0.05)。Fig.3 Morphological proportions of gill tissues during hypoxia and reoxygenation in S.schlegelii“*” indicates a significant difference (P＜0.05).

正常狀態(tài)下，鰓小片呈柳葉狀向鰓絲兩側(cè)伸展，隨著水中溶解氧含量下降，SLL、SLW 和周長(zhǎng)增加，至LOE 時(shí)達(dá)到最大值(P＜0.05)。恢復(fù)正常溶解氧12 h 后，SLL、SLW 和周長(zhǎng)逐漸變小，恢復(fù)正常溶解氧24 h 時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)正常。SLW隨水中溶解氧含量下降而減小，至LOE 時(shí)達(dá)最小，在恢復(fù)正常溶解氧階段SLW 逐漸增加，至恢復(fù)正常溶解氧24 h 時(shí)與對(duì)照組無顯著差異(圖4)。

圖4 低氧應(yīng)激和恢復(fù)正常溶解氧過程中許氏平鲉鰓小片SLL、SLW、ID 及周長(zhǎng)的變化Fig.4 Changes of SLL,SLW,ID and perimeter during hypoxia and reoxygenation in S.schlegelii

圖版 低氧應(yīng)激和恢復(fù)正常溶解氧過程中許氏平鲉鰓組織的形態(tài)變化細(xì)箭頭.鰓小片基質(zhì)肥大；粗箭頭.鰓小片基質(zhì)增生；五角星.鰓小片上皮細(xì)胞水腫；三角.鰓小片末端膨大；GL.鰓小片；GF.鰓絲；SLL.鰓小片長(zhǎng)度；SLW.鰓小片寬度；ID.鰓小片間距；P.周長(zhǎng)；L.長(zhǎng)度；W.寬度。Plate Changes of gill histomorphology during hypoxia and reoxygenation in S.schlegeliiThin arrow.hypertrophy of branchial lamellar matrix;thick arrow.lamellar matrix hyperplasia;pentacle.edema of epithelial cells in gill lamella;triangle.expansion of the end of the branchial lamella;GL.gill lamella;GF.gill filaments;SLL.length of secondary lamella;SLW.width of secondary lamella;ID.interlamellar distance;P.perimeter;L.length;W.width.

實(shí)驗(yàn)魚鰓組織氣體交換率和呼吸頻率隨水中溶解氧含量減小而逐漸升高，至LOE 時(shí)達(dá)到最高(P＜0.05)。恢復(fù)正常溶解氧24 h 后，鰓組織氣體交換率和呼吸頻率恢復(fù)至正常值(圖5)。

圖5 低氧應(yīng)激和恢復(fù)正常溶解氧過程中許氏平鲉氣體交換率(PAGE)和呼吸頻率Fig.5 Proportion of secondary lamellae available for gas exchange (PAGE) and respiratory rate of S.schlegelii during hypoxia and reoxygenation

3 討論

水體中溶解氧是魚類賴以生存的重要環(huán)境因子之一，魚類在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中，逐步形成了一系列從行為到生理反饋的低氧適應(yīng)機(jī)制[22]。在低溶解氧水環(huán)境中，魚類行為會(huì)發(fā)生不同程度的變化[23]。研究表明，鯽(Carassius auratus)[24]、暗紋東方鲀 (Takifugu obscurus)[25]的游泳能力隨著水中溶解氧含量的下降明顯增強(qiáng)，在溶解氧含量下降到一定水平后其運(yùn)動(dòng)能力逐漸減弱，有些魚類甚至出現(xiàn)失衡性游泳[26-27]。楊明陽(yáng)[28]研究發(fā)現(xiàn)，處于溶解氧含量為0.5 mg/L 的水環(huán)境中115 min 后，斑馬魚(Danio rerio)呈現(xiàn)失衡性游泳，之后逐漸停止運(yùn)動(dòng)，靜止在水底。本研究中發(fā)現(xiàn)，許氏平鲉隨著水中溶解氧含量的下降而出現(xiàn)上游行為，同時(shí)呼吸頻率增加，恢復(fù)正常溶解氧后，實(shí)驗(yàn)魚行為恢復(fù)正常。表明許氏平鲉可通過改變運(yùn)動(dòng)和呼吸行為應(yīng)對(duì)低氧脅迫造成的影響。

Pcrit和LOE 可反映魚類對(duì)水中溶解氧的需求程度和耐受程度[29-30]，魚類的Pcrit和LOE 受種屬差異和棲息環(huán)境影響[31-34]。Candebat 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水中溶解氧含量降至2.92 mg/L 時(shí)，黃條鰤(Seriola aureovittata)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)。Barnes等[35]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水體溶解氧含量下降到3.39 mg/L 時(shí)，大西洋鮭(Salmo salar)開始出現(xiàn)應(yīng)激。對(duì)鲆鰈類的耐氧研究發(fā)現(xiàn)，大菱鲆Pcrit為3.34 mg/L[36]。牙鲆 (Paralichthys olivaceus) 機(jī)體代謝開始增加時(shí)，水中溶解氧含量為3.14 mg/L[9]。在本研究中，許氏平鲉Pcrit為3.96 mg/L，高于黃條鰤和大西洋鮭等，說明魚類的Pcrit受種屬差異和棲息環(huán)境的影響，許氏平鲉低氧耐受能力較黃條鰤和大西洋鮭等游泳性魚類弱，同時(shí)，許氏平鲉Pcrit高于大菱鲆和牙鲆等底棲性魚類，也說明種屬差異和棲息環(huán)境是影響魚類Pcrit的關(guān)鍵因素[37-39]。本研究中也發(fā)現(xiàn)許氏平鲉的LOE 為2.41 mg/L，顯著高于秀麗高原鰍(Triplophysa venusta,0.98 mg/L)、厚頜魴(Megalobrama pellegrini,0.91 mg/L)、圓口銅魚(Coreiusguichenoti,1.14 mg/L)和大菱鲆(Scophthalmus maximus,1.30 mg/L)等，進(jìn)一步說明巖礁性魚類與游泳運(yùn)動(dòng)性魚類及底棲性魚類因棲息地和運(yùn)動(dòng)方式不同，對(duì)低氧的耐受能力存在顯著差異[36,40-41]。以上結(jié)果說明，許氏平鲉對(duì)低溶解氧反應(yīng)敏感，低氧耐受能力弱于游泳運(yùn)動(dòng)性魚類和底棲性魚類。

皮質(zhì)醇濃度的增加可促使能量的重新分配，以確保環(huán)境脅迫下魚類正常的生理代謝[42]。研究表明，低氧脅迫可顯著影響魚類血液皮質(zhì)醇濃度，Pichavant 等[43]發(fā)現(xiàn)，在水體中當(dāng)氧分壓下降到30 mm Hg (2.6 mg/L 溶解氧含量)時(shí)，大菱鲆血漿皮質(zhì)醇濃度顯著升高。在本研究中，許氏平鲉血漿皮質(zhì)醇濃度隨水中溶解氧含量的降低而升高，表明低氧可導(dǎo)致許氏平鲉產(chǎn)生應(yīng)激，在恢復(fù)正常溶解氧過程中，血漿皮質(zhì)醇濃度逐漸減小，最后恢復(fù)至正常值，說明恢復(fù)正常溶解氧可緩解低氧應(yīng)激[44]。除皮質(zhì)醇外，血漿葡萄糖作為魚體重要的能量來源，隨環(huán)境刺激而發(fā)生變動(dòng)[45]。J?rgensen 等[46]研究發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重缺氧會(huì)導(dǎo)致歐川鰈(Platichthys flesus)血漿葡萄糖含量急劇上升。van Raaij 等[47]在對(duì)鯉(Cyprinus carpio)和虹鱒(Oncorhynchus mykiss)的研究中發(fā)現(xiàn)，低氧環(huán)境可導(dǎo)致鯉和虹鱒血漿葡萄糖含量升高。在本研究中，血漿葡萄糖的含量隨著水中溶解氧含量的下降逐漸上升，至恢復(fù)正常溶解氧24 h 時(shí)恢復(fù)正常，分析其原因，當(dāng)水中溶解氧含量下降到Pcrit之后，魚體產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致許氏平鲉血漿葡萄糖急速上升。血糖的升高是魚體為了動(dòng)員更多能量，從而調(diào)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)激反應(yīng)表現(xiàn)出的高血糖狀態(tài)，是生理性反饋和自我保護(hù)機(jī)制的表現(xiàn)[48]。

血液是反饋魚類受環(huán)境因素影響的關(guān)鍵指標(biāo)[49]。張曦等[50]研究發(fā)現(xiàn)，急性低氧條件下鯽幼魚RBC 和Hb 升高，從而增強(qiáng)血液載氧能力。李欣茹[51]發(fā)現(xiàn)，低氧條件下暗紋東方鲀的RBC、Hb、HCT 均升高，表明魚類在低氧條件下可通過以上方式提高自身對(duì)氧氣的需求。本研究中，低氧處理后，許氏平鲉Hb、HCT 隨著水中溶解氧含量的下降而逐漸上升，至恢復(fù)正常溶解氧24 h 時(shí)均降至正常值，與秀麗高原鰍低氧耐受研究結(jié)果趨勢(shì)相同[40]。本研究結(jié)果還指出，紅細(xì)胞數(shù)目RBC 在低氧過程中變化不顯著，分析原因?yàn)榧t細(xì)胞的主要組成成分是血紅蛋白，作為氧氣的載體，血紅蛋白對(duì)低氧環(huán)境反應(yīng)敏感，低氧發(fā)生時(shí)，血紅蛋白會(huì)增加數(shù)目和運(yùn)輸速度以維持機(jī)體供氧，而紅細(xì)胞響應(yīng)敏感度不如血紅蛋白，因此RBC 在低氧過程中變化不顯著[51]。本研究中WBC 隨溶解氧含量降低而逐漸上升，說明許氏平鲉調(diào)動(dòng)了免疫防疫機(jī)制[52]，降低了低氧環(huán)境誘發(fā)疾病的可能性[53]。

鰓作為魚類氣體交換的關(guān)鍵部位，在魚類受到環(huán)境脅迫后往往最先受到影響并造成損傷[54]。當(dāng)水中溶解氧含量發(fā)生變化時(shí)，鰓組織形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，如增生、肥大等。Boran 等[55]研究發(fā)現(xiàn)，隨著水中溶解氧含量降低，虹鱒鰓小片肥大、增生、末端膨大比例增加，恢復(fù)正常溶解氧后病變組織恢復(fù)正常。Bosch-Belmar 等[56]研究表明，當(dāng)舌齒鱸(Dicentrarchus labrax)受到低氧應(yīng)激后，鰓小片增生比例顯著增加。此外，Capaldo 等[57]研究表明，環(huán)境脅迫可使日本鰻鱺(Anguilla japonica)鰓組織鰓小片上皮細(xì)胞水腫比例增加。在本研究中，隨著水中溶解氧含量降低，許氏平鲉鰓組織出現(xiàn)鰓小片末端膨大、基質(zhì)增生、肥大等現(xiàn)象。至恢復(fù)正常溶解氧24 h 時(shí)，病變組織恢復(fù)正常形態(tài)。當(dāng)水中溶解氧含量下降到LOE 時(shí)，許氏平鲉鰓小片上皮細(xì)胞水腫比例顯著增加，恢復(fù)正常溶解氧含量后水中比例顯著減少。說明低氧條件可對(duì)許氏平鲉鰓組織形態(tài)產(chǎn)生影響[36]。除此之外，低氧環(huán)境還可改變魚類SLL、SLW、ID 及周長(zhǎng)等。Sollid 等[58]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水中溶解氧含量極低時(shí)，鯽SLL 顯著延長(zhǎng)，使魚體從環(huán)境中攝取更多的溶解氧，當(dāng)溶解氧恢復(fù)至正常后，其鰓結(jié)構(gòu)也逐漸恢復(fù)正常。本研究中，低氧脅迫可導(dǎo)致許氏平鲉SLL 增加、SLW 減小、周長(zhǎng)增加、ID 增大，恢復(fù)正常溶解氧后，SLL、SLW、周長(zhǎng)和ID減小至正常值。說明魚類鰓小片有延展性[59]，低氧環(huán)境應(yīng)激下，魚類可以通過增加SLL、減小ID等方式增加鰓小片與氧氣的接觸面積，從而增加對(duì)環(huán)境氧氣的攝取，提高自身的低氧適應(yīng)能力[60]。Wu 等[61]發(fā)現(xiàn)，低氧條件可使團(tuán)頭魴(Megalobrama amblycephala)鰓小片與氧氣接觸面積增加，從而增強(qiáng)自身低氧適應(yīng)能力。魚類除了通過改變鰓組織形態(tài)增加自身對(duì)氧氣的利用外，還可以通過增加呼吸頻率和氣體交換率增加對(duì)水中溶解氧的攝入[62]。Nreo 等[21]研究表明，低氧條件下，黃鱸(Perca flavescens)的氣體交換率顯著增加，說明其可通過增加氣體交換率應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫。本研究中，許氏平鲉呼吸交換率隨水中溶解氧含量下降顯著增加，同時(shí)呼吸頻率增加，恢復(fù)正常溶解氧24 h 后，二者都與對(duì)照組無顯著差異。說明許氏平鲉可通過增加呼吸頻率和氣體交換率的方式，增大機(jī)體對(duì)氧氣的攝入，提高耐低氧能力。

研究表明，在18 °C、鹽度30，pH 7.85 的條件下，許氏平鲉[(88.01±5.34) g]在Pcrit和LOE 時(shí)的溶解氧含量分別為(3.96±0.11)和(2.60±0.21)mg/L。低氧脅迫過程中，其運(yùn)動(dòng)和呼吸行為、呼吸頻率、血液生理生化指標(biāo)發(fā)生顯著改變，許氏平鲉通過增加PAGE、呼吸頻率、RBC 和Hb 而增強(qiáng)攜氧能力，提高WBC，血液皮質(zhì)醇和葡萄糖濃度維持正常代謝和生理狀態(tài)。許氏平鲉還可通過增加鰓小片SLL 和周長(zhǎng)，擴(kuò)大與氧氣的接觸面積，增加對(duì)氧氣的攝入能力，從而增強(qiáng)自身的低氧適應(yīng)能力。相關(guān)結(jié)果可為許氏平鲉高效養(yǎng)殖提供預(yù)警機(jī)制，預(yù)防暴發(fā)性缺氧死亡，減少實(shí)際生產(chǎn)中因水體溶解氧突變帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

（作者聲明本文無實(shí)際或潛在的利益沖突）