LED光譜對許氏平鲉視網(wǎng)膜形態(tài)的影響

吳燕玲, 孫 飛, 蔡皓瑋, 李 鑫, 劉 鷹, 劉松濤, 馬 賀

LED光譜對許氏平鲉視網(wǎng)膜形態(tài)的影響

吳燕玲1, 2, 孫 飛1, 2, 蔡皓瑋1, 2, 李 鑫1, 2, 劉 鷹1, 3, 劉松濤1, 2, 馬 賀1, 2

(1. 設(shè)施漁業(yè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(大連海洋大學(xué)), 遼寧 大連 116023; 2. 大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院, 遼寧 大連 116023; 3. 浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院, 浙江 杭州 310058)

光照作為重要的環(huán)境因子之一, 其3要素(光譜、光強(qiáng)、光周期)均對魚類的存活、攝食、生長及視覺均產(chǎn)重要影響[1]。光譜作為光照3要素之一, 其對魚類的影響因光譜成分而異, 并具有種屬特異性[2-4]。

大部分魚類通過視覺進(jìn)行捕食與躲避天敵, 視覺系統(tǒng)是魚類重要的感光系統(tǒng)之一, 在魚類生長發(fā)育過程中起著重要作用。視網(wǎng)膜作為視覺系統(tǒng)中的重要組成部分, 其上的光感受器能夠區(qū)分不同類型的光譜成分, 并對光環(huán)境變化產(chǎn)生適應(yīng)性響應(yīng)。如歐洲舌齒鱸()、大西洋鱈()和大西洋鮭()等在持續(xù)光照條件下, 其視網(wǎng)膜感光層變薄[5-6]; 藍(lán)寶麗魚()在不同光譜下飼養(yǎng)1～2 a后, 視網(wǎng)膜內(nèi)層和視頂蓋受光譜成分的影響, 主要表現(xiàn)為在近單色光條件下視覺色素的吸收特性未發(fā)生改變, 而在藍(lán)光條件下中長波敏感的視錐細(xì)胞外節(jié)長度顯著增加[7]。在對大菱鲆()的視覺結(jié)構(gòu)研究中發(fā)現(xiàn), 不同光譜條件下大菱鲆視網(wǎng)膜中感光細(xì)胞的變化速率產(chǎn)生了較大差異[8]。還有研究發(fā)現(xiàn), 藍(lán)光對大菱鲆仔魚的視覺發(fā)育具有促進(jìn)作用, 而紅光對其發(fā)育有延遲作用[9]。綜上所述, 魚類主要通過視覺系統(tǒng)感光, 由于光譜敏感性存在差異, 視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)對光譜環(huán)境的適應(yīng)性變化也存在種屬特異性, 因此需根據(jù)特定物種開展相應(yīng)研究, 揭示其視覺系統(tǒng)中視網(wǎng)膜對不同光譜環(huán)境響應(yīng)規(guī)律。

許氏平鲉()屬鲉形目(Scorpaeniformes)平鲉科(Sebastidae)平鲉屬(), 冷溫性底層巖礁肉食性魚類, 卵胎生, 洄游范圍小, 食性兇猛, 屬于游泳動物食性類型, 主要分布于中國、朝鮮半島、日本、鄂霍次克海南部地區(qū), 以小魚、甲殼類、頭足類等為食, 是中國北方沿海重要魚類養(yǎng)殖物種之一[10]。隨著工廠化人工養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展, 發(fā)光二極管 (Light Emitting Diode, LED)光源逐步應(yīng)用于室內(nèi)養(yǎng)殖, 因?yàn)橛嘘P(guān)人工光源對魚類視覺及其他生理方面的影響逐漸受到關(guān)注?；诓煌庾V對魚類影響具有物種特異性, 需要在針對不同魚種開展深入研究后, 才能解析其影響規(guī)律, 而有關(guān)光譜對許氏平鲉幼魚視網(wǎng)膜的影響未見報(bào)道。本文通過研究不同光譜對許氏平鲉視網(wǎng)膜的影響, 以期揭示許氏平鲉幼魚在不同光譜環(huán)境下其視網(wǎng)膜的適應(yīng)變化規(guī)律, 豐富環(huán)境生態(tài)學(xué)理論, 同時(shí)為人工養(yǎng)殖許氏平鲉的光環(huán)境調(diào)控參數(shù)提供一定理論參考。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用魚源于河北天正實(shí)業(yè)有限公司, 實(shí)驗(yàn)開始前將1 200尾幼魚(體質(zhì)量為38.80±0.43 g、體長為10.20± 0.17 cm)運(yùn)至大連海洋大學(xué)設(shè)施漁業(yè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 并暫養(yǎng)于灰白色PVC養(yǎng)殖桶(直徑: 0.8 m, 桶內(nèi)壁高: 0.6 m, 水體積: 250 L)中, 暫養(yǎng)周期為7 d, 使其適應(yīng)新環(huán)境。暫養(yǎng)期間每日08: 30和16: 30各投喂1次商業(yè)飼料, 7 d后選取1 000尾健康體格勻稱的許氏平鲉幼魚進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

所有實(shí)驗(yàn)開展均在大連海洋大學(xué)設(shè)施漁業(yè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所用光源為LED 光源(型號: GK5A), 設(shè)置于離水面高度1 m處。實(shí)驗(yàn)共設(shè)置4種光譜處理組和1組對照組, 分別是藍(lán)光(λ450 nm)、綠光(λ525 nm)、黃光(λ590 nm)、紅光(λ 630 nm)處理組及白光(λ460 nm)對照組。試驗(yàn)期間, 為避免自然光的干擾及不同處理組間的相互干擾, 不同處理組間均采用遮光布進(jìn)行遮擋。每個處理組設(shè)置4個重復(fù), 即每個處理組放置4個養(yǎng)殖桶, 每個養(yǎng)殖桶里放置50尾魚。光照強(qiáng)度統(tǒng)一設(shè)定為250 mW/m2, 光周期設(shè)定為12L: 12D(光照時(shí)間: 7: 30—19: 30), 實(shí)驗(yàn)周期為60 d。實(shí)驗(yàn)期間飼料投喂量按照桶內(nèi)魚總體質(zhì)量的2%進(jìn)行計(jì)算, 每周根據(jù)魚的體質(zhì)量進(jìn)行校準(zhǔn), 每次投喂前均使用電子天平進(jìn)行飼料稱量。為了保證水質(zhì)清潔, 在每次投喂30 min后, 對桶底殘餌糞便進(jìn)行清理。實(shí)驗(yàn)期間采用流水養(yǎng)殖, 保持水溫為19～23 ℃, 溶氧>6 mg/L。

1.3 樣品采集

實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí), 每組隨機(jī)抽取5尾魚用于組織切片及觀察, 首先使用麻醉劑(MS-222, 200 mg/L)對實(shí)驗(yàn)魚進(jìn)行麻醉, 隨后將其放置冰盤上盡快解剖, 并快速收集許氏平鲉的眼球及相關(guān)組織, 將其置于4%多聚甲醛固定液中進(jìn)行固定24～48 h后, 轉(zhuǎn)移到70%的乙醇中進(jìn)行下一步處理。在一系列梯度乙醇(70%～ 100%)中脫水, 并用二甲苯清除, 最后包埋于石蠟中, 用于組織切片, 切片厚度為4 μm, 隨后將組織切片安裝在載玻片上, 并用蘇木精和曙紅染色, 隨后在Leica DM4000 B LED熒光顯微鏡下進(jìn)行組織切片觀察, 并拍照保存。

視網(wǎng)膜的觀測通過圖像分析軟件LAS進(jìn)行, 主要觀測與測量指標(biāo)有視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)完整性, 視網(wǎng)膜色素上皮層(the retinal pigment epithelium layer, RPE)、感光層(the photoreceptor layer, PRO)、外核層(the outer nuclear layer, ONL)、外網(wǎng)層(the outer plexiform layer, OPL)、內(nèi)核層(the inner nuclear layer, INL)、內(nèi)網(wǎng)層(the inner plexiform layer, IPL)、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層(the ganglion cell layer, GCL)、神經(jīng)纖維層(the nerve fibre layer, NFL)的厚度與內(nèi)核層、外核層、內(nèi)網(wǎng)層和外核層的細(xì)胞數(shù)量。每個光譜處理組選取3尾魚的眼部組織切片用于觀察與計(jì)算。在視網(wǎng)膜切片中, 統(tǒng)計(jì)單位長度100 μm內(nèi)的細(xì)胞數(shù)量, 并選擇5個不同區(qū)域分別進(jìn)行計(jì)數(shù), 計(jì)算平均值, 并計(jì)算出視網(wǎng)膜外核層細(xì)胞數(shù)量與內(nèi)核層細(xì)胞數(shù)量之比、外核層與神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層數(shù)量之比以及內(nèi)核層與神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層數(shù)量之比(INL/GCL), 記錄數(shù)據(jù)并制表, 其單位為個/100 μm; 運(yùn)用ImageJ軟件對許氏平鲉組織切片圖像進(jìn)行各層厚度測量, 在每一張切片觀察與測量時(shí)注意選取與上一張切片盡可能相同位置, 每張切片均對各層厚度分別測量3次后計(jì)算平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±SD)表示; 運(yùn)用SPSS-PASW軟件對許氏平鲉視網(wǎng)膜細(xì)胞數(shù)量以及視網(wǎng)膜厚度進(jìn)行單因素方差分析, 并利用 Duncan 多重比較分析不同處理組之間的差異, 以0.05作為差異顯著水平, 并對不同光譜波長與視網(wǎng)膜細(xì)胞數(shù)量與厚度之間進(jìn)行相關(guān)性分析, 其中相關(guān)系數(shù)的絕對值進(jìn)行相關(guān)性強(qiáng)弱的判斷: 相關(guān)系數(shù)絕對值介于0.8～1.0之間為極強(qiáng)相關(guān), 介于0.6～0.8之間為強(qiáng)相關(guān), 介于0.4～0.6之間為中等程度相關(guān), 介于0.2～0.4之間為弱相關(guān), 介于0.0～0.2極弱相關(guān)或不相關(guān)。相關(guān)系數(shù)的為正數(shù)代表正相關(guān), 負(fù)數(shù)為負(fù)相關(guān)。

2 結(jié)果與分析

2.1 視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)

不同光譜處理組下許氏平鲉的視網(wǎng)膜切片如圖1所示, 經(jīng)光學(xué)顯微鏡觀察, 發(fā)現(xiàn)5種光譜處理組下許氏平鲉視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)主要包括10層, 分別為色素上皮層、光感受器層、外界膜、外核層、外網(wǎng)層、內(nèi)核層、內(nèi)網(wǎng)層、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、神經(jīng)纖維層以及內(nèi)界膜。通過對各組切片分析可知許氏平鲉幼魚具有脊椎動物視網(wǎng)膜的所有結(jié)構(gòu), 在不同光譜下的視網(wǎng)膜各層結(jié)構(gòu)均比較完整。不同光譜處理組中視網(wǎng)膜各層分化顯著, 視網(wǎng)膜最外層主要為由色素上皮細(xì)胞構(gòu)成的色素上皮層, 其中藍(lán)光與紅光處理組色素上皮層染色較深, 色素顆粒多呈細(xì)長狀; 許氏平鲉視網(wǎng)膜經(jīng)HE染色后外核層較為清晰, 外核層一般由視錐細(xì)胞與視桿細(xì)胞的細(xì)胞核組成, 細(xì)胞形態(tài)多呈細(xì)長狀, 其中白光、黃光處理組下外核層著色較深; 內(nèi)核層中所包含細(xì)胞類型較其他層復(fù)雜, 主要包含水平細(xì)胞、無長突細(xì)胞及雙極細(xì)胞等。內(nèi)核層最外側(cè)為水平細(xì)胞胞體, 呈細(xì)長形, 雙極細(xì)胞呈橢圓形, 在白光與紅光處理組中內(nèi)核層著色較淺, 細(xì)胞數(shù)量較少, 縫隙較大; 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層主要由神經(jīng)節(jié)細(xì)胞構(gòu)成, 其中綠光下神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層細(xì)胞數(shù)量較多, 而紅光下的細(xì)胞數(shù)量最少。

圖1 不同光譜下許氏平鲉視網(wǎng)膜及頭部組織學(xué)切片

注: A. 藍(lán)光組; B.綠光組; C.紅光組; D.黃光組；E.白光組; F.頭部整體切片; PE.色素上皮層; PL.感光層; ONL.外核層; OPL.外網(wǎng)層; INL.內(nèi)核層; IPL.內(nèi)網(wǎng)層; GCL.神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層; NFL.神經(jīng)纖維層; 比例尺=100 μm

如圖2可知, 在5種光譜處理組下均是色素上皮層厚度占總厚度比例最大, 神經(jīng)節(jié)纖維層和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層厚度占總厚度比例最小。藍(lán)光下的內(nèi)核層和內(nèi)網(wǎng)層厚度占比總是高于其他處理組, 分別為17%和19%。在5種處理組下, 綠光組的內(nèi)核層厚度占比13%, 與其他處理組相比所占比例最小, 黃光條件下外核層厚度占總厚度之比13%低于其他各組。藍(lán)光組下, 色素上皮層厚度占比與其他處理組相比最低, 為28%。

圖2 不同光譜下視網(wǎng)膜不同層厚度占比

2.2 視網(wǎng)膜細(xì)胞數(shù)量

對5種LED光譜下許氏平鲉的內(nèi)網(wǎng)層、內(nèi)核層、外網(wǎng)層、外核層細(xì)胞數(shù)量統(tǒng)計(jì)如表1所示。其中藍(lán)光處理組下的視網(wǎng)膜中內(nèi)網(wǎng)層的細(xì)胞數(shù)量最低(24.33±2.08), 并顯著低于白光組、紅光以及黃光處理組(0.05), 而與其他各組均無顯著性差異(0.05)。就內(nèi)核層而言, 黃光、綠光和藍(lán)光組的細(xì)胞數(shù)量顯著

高于白光與紅光組的細(xì)胞數(shù)量(0.05)。外網(wǎng)層上藍(lán)光組在5種處理組中最低, 并顯著低于白光組(0.05), 而與綠光和黃光組無顯著性差異(>0.05)。在外核層上, 紅光處理組細(xì)胞數(shù)量最少(30.33±3.51), 顯著低于除白光組外的其他各組(0.05), 細(xì)胞數(shù)量最多的為黃光處理組(51.67±10.70)且顯著高于紅光和白光處理組(0.05)。

表1 不同光譜下許氏平鲉視網(wǎng)膜細(xì)胞數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

注: 同一行中標(biāo)有不同字母的處理組之間差異顯著(<0.05)

不同光譜與許氏平鲉視網(wǎng)膜細(xì)胞數(shù)量的相關(guān)性分析如圖3所示。就內(nèi)網(wǎng)層而言, 內(nèi)網(wǎng)層與外網(wǎng)層的細(xì)胞數(shù)量與光譜之間均呈正相關(guān), 即隨著光譜波段在430～650 nm范圍內(nèi)增加, 內(nèi)網(wǎng)層與外網(wǎng)層的細(xì)胞數(shù)量也隨之增加; 其中內(nèi)網(wǎng)層細(xì)胞數(shù)量與光譜波長之間呈極強(qiáng)正相關(guān)(0.81,>0.5), 而外網(wǎng)層細(xì)胞數(shù)量與光譜之間的則為極弱正向相關(guān)(0.11,<0.5)。內(nèi)核層與外核層的細(xì)胞數(shù)量與光譜波長之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 即隨著光譜波段在430～650 nm范圍內(nèi)不斷增加, 其細(xì)胞數(shù)量隨之減少, 其中內(nèi)網(wǎng)層細(xì)胞數(shù)量與光譜波長的相關(guān)性為中等負(fù)相關(guān)(–0.51,>0.5), 外核層細(xì)胞數(shù)量與光譜波長呈現(xiàn)較弱負(fù)相關(guān)(–0.38,<0.5)。

圖3 光譜與視網(wǎng)膜中各層細(xì)胞數(shù)量相關(guān)性分析

不同光色處理組下的許氏平鲉內(nèi)核層、外核層與神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層等3層細(xì)胞數(shù)目之間的比值(外核層/內(nèi)核層、外核層/神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層和內(nèi)核層/神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層)如圖4所示。5種光譜處理組下, 就外核層/內(nèi)核層的比值而言, 藍(lán)光與綠光組差異顯著(0.05), 而與黃光、紅光、白光組差異不顯著(0.05)。在外核層/神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層比值中可發(fā)現(xiàn)各處理組間無顯著性差異(0.05)。5種光譜處理組下的內(nèi)核層/神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層的比值中, 藍(lán)光處理組顯著高于綠光和紅光處理組(0.05), 而與其他各組無顯著性差異(0.05)。

圖4 不同光譜下視網(wǎng)膜中不同層細(xì)胞數(shù)量之比

注: “*”. 兩處理間差異顯著(<0.05)

2.3 視網(wǎng)膜厚度

視網(wǎng)膜色素上皮層、感光層、外核層、外網(wǎng)層、內(nèi)核層、內(nèi)網(wǎng)層、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、神經(jīng)纖維層厚度如表2所示。在藍(lán)光處理組下內(nèi)網(wǎng)層厚度為23.00± 2.15 μm, 顯著高于其他各組(0.05), 內(nèi)網(wǎng)層厚度在黃光組與紅光組之間差異顯著(0.05), 厚度分別為18.33±2.84 μm和13.83±1.71 μm, 與白光組(15.83±0.84 μm)和綠光組(17.1±1.50 μm)之間無顯著性差異(0.05)。就內(nèi)核層而言, 藍(lán)光組內(nèi)核層厚度(20.20±0.26 μm)顯著高于綠光組(14.43±2.51 μm)、黃光組(16.37±1.39 μm)、紅光組(13.53±1.60 μm)以及白光組(15.60±2.00 μm)(0.05), 而其他各組間無顯著性差異(0.05)。在藍(lán)光與黃光條件下, 視網(wǎng)膜外核層厚度分別為21.00±1.32 μm與20.97±2.35 μm, 顯著高于紅光組(17.67±1.29 μm)(0.05), 而與其他各組無顯著性差異(0.05)。外網(wǎng)層、上皮層、感光層、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、神經(jīng)纖維層厚度在5種不同光譜下無顯著性差異(0.05)。

表2 不同光譜下許氏平鲉幼魚的視網(wǎng)膜厚度

注: 同一行中標(biāo)有不同字母的處理組之間差異顯著(<0.05)

不同光譜下與許氏平鲉視網(wǎng)膜中各層厚度如圖5所示。內(nèi)網(wǎng)層、內(nèi)核層、外網(wǎng)層、外核層、上皮層等各層厚度與光譜波長之間均呈負(fù)相關(guān), 即隨著光譜波長在430～650 nm范圍內(nèi)增加時(shí), 視網(wǎng)膜中所測各層的厚度隨之減少。外核層與光譜波長之間呈中等程度負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為–0.54, 外網(wǎng)層、內(nèi)核層厚度與光譜波長之間的呈現(xiàn)強(qiáng)性負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)分別為–0.61、–0.64。而內(nèi)網(wǎng)層光譜波長之間呈現(xiàn)極強(qiáng)負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為–0.82, 而色素上皮層、感光層、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層及神經(jīng)纖維層厚度與光譜間的負(fù)相關(guān)性較弱, 數(shù)值分別為–0.13、–0.18、–0.15、–0.23。

圖5 光譜與視網(wǎng)膜中各層厚度相關(guān)性分析

3 討論

3.1 不同光譜對許氏平鲉幼魚視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)的影響

3.2 不同光譜對許氏平鲉幼魚視網(wǎng)膜各層細(xì)胞數(shù)量的影響

魚類視覺系統(tǒng)的光敏度與視網(wǎng)膜中各層細(xì)胞的組成及功能直接相關(guān)。其中外核層由視細(xì)胞組成, 負(fù)責(zé)向下游傳遞視覺信號, 而內(nèi)核層中細(xì)胞種類較多, 在視網(wǎng)膜發(fā)育過程中起層間支撐、保護(hù)及營養(yǎng)物質(zhì)提供等作用, 此外, 外網(wǎng)層是視細(xì)胞和內(nèi)核層細(xì)胞形成突觸聯(lián)系的一層, 內(nèi)核層細(xì)胞體形成突觸結(jié)構(gòu)后內(nèi)網(wǎng)層與外網(wǎng)層與視細(xì)胞相聯(lián)系并傳遞信號[12]。在本研究中, 紅光處理組下的內(nèi)核層、外核層細(xì)胞數(shù)量最低, 且顯著低于黃光、綠光、藍(lán)光處理組。魚類在適應(yīng)生存環(huán)境中, 其視網(wǎng)膜細(xì)胞數(shù)量及視網(wǎng)膜厚度形成了較大差異, 生存環(huán)境為明亮環(huán)境的魚類視覺系統(tǒng)發(fā)達(dá), 內(nèi)核層細(xì)胞數(shù)量較多, 且分化明顯, 相反對于許氏平鲉這種底層弱光環(huán)境魚類, 內(nèi)核層細(xì)胞數(shù)量少, 分化不明顯。有研究發(fā)現(xiàn)半滑舌鰨()早期視網(wǎng)膜上的細(xì)胞數(shù)量變化與其生長階段所處的環(huán)境具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián), 即從水表層過渡到水底層(對應(yīng)光譜環(huán)境由長波長占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)槎滩ㄩL占主導(dǎo))時(shí), 其外核層細(xì)胞與內(nèi)核層細(xì)胞數(shù)量也逐漸增加, 當(dāng)然這一過程可能還需要考慮光照強(qiáng)度的變化[14]。同時(shí)在對香魚()、真鯛()、鱖魚()、烏鱧()等多種魚類生活習(xí)性的研究中也發(fā)現(xiàn)了同樣的視覺變化特點(diǎn), 由此可見許氏平鲉幼魚階段的內(nèi)核層、外核層細(xì)胞數(shù)量與光譜波長呈負(fù)相關(guān)性的特點(diǎn)和上述魚類相一致, 視網(wǎng)膜中外核層與內(nèi)核層的數(shù)量與其生活環(huán)境息息相關(guān), 內(nèi)核層與外核層主要功能為營養(yǎng)物質(zhì)供給、保護(hù)及向下游傳遞視覺信號。因此不同光環(huán)境條件下視網(wǎng)膜各層細(xì)胞數(shù)量發(fā)生變化可能是對生存環(huán)境的一種適應(yīng)性變化, 不同光譜會促使其內(nèi)核層及外核層的細(xì)胞數(shù)量發(fā)生改變。此外, 有研究發(fā)現(xiàn)多數(shù)魚類視覺系統(tǒng)中無眼瞼結(jié)構(gòu), 不能通過調(diào)節(jié)瞳孔來控制入射光[15]。因此, 本實(shí)驗(yàn)中紅光環(huán)境下幼魚內(nèi)核層、外核層細(xì)胞數(shù)量較低可能是因?yàn)殚L波長光譜作為不適光環(huán)境對其視網(wǎng)膜細(xì)胞產(chǎn)生不利影響, 并在細(xì)胞數(shù)目上有所體現(xiàn), 然而關(guān)于紅光對其產(chǎn)生的不利影響機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

在對大菱鲆的視網(wǎng)膜研究中發(fā)現(xiàn)[9], 大菱鲆在藍(lán)光下外核層與神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)量變化最快, 綠光下視網(wǎng)膜外核層與神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層發(fā)育異常, 細(xì)胞數(shù)量最少, 且大菱鲆死亡率最高, 這可能是由于物種特異性導(dǎo)致, 大菱鲆對綠光較為敏感。研究表明藍(lán)寶麗魚()處于藍(lán)光譜條件下1～2 a后,其視網(wǎng)膜中長波敏感的視錐細(xì)胞外節(jié)長度顯著增加[7]; 在關(guān)于光照對金魚()的影響研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)光會對視網(wǎng)膜造成損傷, 該光照條件下其視網(wǎng)膜中大量的視細(xì)胞由于細(xì)胞凋亡基因胱天冬酶-3(caspase-3)表達(dá)上調(diào)而發(fā)生凋亡[16]。在對人體視網(wǎng)膜研究也同樣發(fā)現(xiàn)藍(lán)光可作為一種應(yīng)激源, 長時(shí)間照射可導(dǎo)致色素上皮細(xì)胞發(fā)生氧化損傷而凋亡[17]。在本研究中許氏平鲉在藍(lán)光下視網(wǎng)膜細(xì)胞數(shù)量較少, 現(xiàn)藍(lán)光下的IPL細(xì)胞數(shù)量與其他光照條件相比最低, 與上述研究結(jié)果相似, 但不同光譜是否對許氏平鲉幼魚階段的視網(wǎng)膜細(xì)胞產(chǎn)生損傷還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3 不同光譜對許氏平鲉幼魚視網(wǎng)膜厚度的影響

視網(wǎng)膜位于眼球壁的最內(nèi)層, 是魚類形成視覺的生理基礎(chǔ)。視網(wǎng)膜各層在各層細(xì)胞的作用下相互聯(lián)系且可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號最終傳入視覺神經(jīng)中樞, 視網(wǎng)膜各層的厚度與細(xì)胞數(shù)量共同影響魚類的光敏感性與視覺精確度, 在視網(wǎng)膜各層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上, 有研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)狀層的厚度與內(nèi)核層的厚度大致相等, 并認(rèn)為其反映了神經(jīng)纖維相互作用的復(fù)雜程度[18]。許氏平鲉的視網(wǎng)膜內(nèi)網(wǎng)狀層的厚度與內(nèi)核層大致相等, 但黃光組以及綠光組略高于其他各組, 內(nèi)網(wǎng)狀層是內(nèi)核層各類神經(jīng)元的神經(jīng)纖維與神經(jīng)節(jié)細(xì)胞樹突相互連接構(gòu)成的區(qū)域, 因此我們推測在黃光與綠光下許氏平鲉神經(jīng)細(xì)胞間相互作用可能更為復(fù)雜。

4 結(jié)論

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Effect of the LED spectrum on retinal morphology of

WU Yan-ling1, 2, SUN Fei1, 2, CAI Hao-wei1, 2, LI Xin1, 2, LIU Ying1, 3, LIU Song-tao1, 2, MA He1, 2

(1. Key Laboratory of Environment Controlled Aquaculture (KLECA), Dalian 116023, China; 2. College of Marine Technology and Environment, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 3. College of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Light is a complex environmental factor that significantly affects the survival, feeding, growth, and visual perception of fish. To investigate the effects of Light Emitting Diode (LED) spectra on the retinal structure and the number and thickness of the cells in each retinal layer of, 1, 000juveniles (body mass 38.80±0.43 g, body length 10.20±0.17 cm) were cultured in five spectral treatment groups: blue light (λ450 nm), green light (λ525 nm), yellow light (λ590 nm), white light (λ460 nm), red light (λ630 nm), green light (λ525 nm), yellow light (λ590 nm), white light (λ460 nm), and red light (λ630 nm). The white light group was the control group, and the other four groups were the treatment groups. After 60 days of treatment, samples were taken from the retinas of each group for observation. The results showed that the different LED spectra did not affect the retinal structure ofbut the number of retinal cells noted after treatment under each spectrum was slightly different. Under the five different spectral conditions, the number of cells in the inner retinal layer in the blue light group (24.33±2.08) was significantly lower per unit area (100 μm × 100 μm) than that in the white light group (0.05); the number of cells in the outer nuclear layer was significantly lower in the red light group (33.33±3.51) than that in all of the other groups except the white light group (0.05). The number of cells in the outer nuclear layer of the red light group (33.33±3.51) was significantly lower than that in all of the other groups except the white light group (0.05). A comparison of the number of cells in each retinal layer of each spectrum showed that the blue light group had the lowest number along with the red light group, and the differences between the other layers were not significant. In summary, the retinal thickness and cell number ofjuveniles maintained in different spectral treatment groups underwent adaptive changes in response to changes in the external light environment. This study provides a theoretical basis for revealing the adaptive changes ofto a lighted environment and provides a theoretical reference for setting the lighting conditions for culturingjuveniles.

; LED spectrum; retinal strcture; retinal thickness; number of retinal cells

Nov. 24, 2022

[National Natural Science Foundation of China, No. 32202961; Liaoning Province Science and Technology Plan Project, No. 2021JH2/ 10200011; Key Laboratory Open Subject of Environment Controlled Aquaculture, No. 202202; Innovation Support Program for High-level Talents of Dalian City, No. 2019RD12; Modern Agro-industry Technology Research System, No. CARS-49]

S966.9

A

1000-3096(2023)9-0071-10

10.11759/hykx20221124002

2022-11-24;

2023-04-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32202961); 遼寧省科學(xué)技術(shù)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2021JH2/10200011); 教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助項(xiàng)目(202202); 大連市領(lǐng)軍人才資助項(xiàng)目(2019RD12); 國家貝類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家項(xiàng)目(CARS-49)

吳燕玲(1997—), 女, 河北邢臺人, 在讀研究生, 主要從事LED光譜對魚類視網(wǎng)膜影響研究, E-mail: wuyanling29@163.com; 馬賀(1986—), 女, 通信作者, 講師, 主要從事環(huán)境與水生生物互作機(jī)理研究, E-mail: mahe@dlou.edu.cn

(本文編輯: 譚雪靜)