（水产养殖专业论文）漠斑牙鲆渗透调节机理研究.pdf

漠斑牙鲆渗透调节机理研究 摘要 本文以我国目前进行产业化的一种名贵海水鱼一一漠斑牙鲆为研究对象，对其广盐特性 进行探讨，从行为学、组织学、生态学、生理学和酶学等方面研究其渗透调节机理，找出其 对低盐度的适应规律，以期对漠斑牙鲆淡水养殖的推广提供可靠的科学理论依据，具有重要 的指导意义。 1 漠斑牙鲆仔鱼、稚鱼和幼鱼对低盐度的耐受力和淡水驯化技术的研究 研究了漠斑牙鲆仔鱼、稚鱼和幼鱼对低盐度的耐受力和漠斑牙鲆的淡水驯化技术漠斑 牙鲆对低盐的耐受力随生长和发育逐渐增加，年龄是影响幼鱼对低盐度耐受力的主要因素 初孵仔鱼在盐度为5 的水中最多存活5 d 5 d 以后全部死亡3 0 日龄稚鱼在4 h l o m i n 淡水组 全部死亡，对淡水的耐受力较低，而盐度为5 2 5 的各组7 2 1 1 的存活率都在9 5 0 0 以上 9 0 日龄幼鱼经缓慢淡水驯化9 d 后存活率可达9 8 以上，对漠斑牙鲆幼鱼进行淡水马1 4 化的最 佳年龄为9 0 日龄。淡水驯化影响幼鱼初期的摄食，以后则逐渐趋于正常；急性淡水驯化对 幼鱼的伤害比缓慢淡水驯化大。 2 盐度突变过程中漠斑牙鲆鳃、皮肤和肾脏的组织结构观察 对漠斑牙鲆盐度突变前后鳃、皮肤和肾脏的组织结构变化进行研究。盐度的突变使鳃和 皮肤产生粘液，影响了肾小球的大小，使细胞活动更加活跃。漠斑牙鲆鳃和皮肤在盐度突变 2 h 4 d 内均分泌大量粘液。盐度突变前，鳃小片上皮细胞外缘电子密度均匀氯细胞独立 或者2 3 个氯细胞紧挨在一起，分布在鳃小片基部和鳃小片表面，内含丰富的长椭圆形线 粒体，内嵴条状。鳃小片上的氯细胞内含若干脂滴和颗粒状分泌物。盐度急性突变2 h ，鳃 小片基部和表面即产生大量的杯状细胞，分泌黏液；急性突变3 d 后，鳃小片出现粘连现象， 直到急性突变8 d 时，鳃丝才恢复至原来的结构。在2 4 h 盐度梯度突变过程中，第3 6 h 鳃丝 表面产生较多的杯状细胞；第3 d ，鳃小片出现较为严重的粘连现象；第5 d ，鳃丝逐渐向原 来的结构恢复。盐度梯度突变1 2 d ，鳃小片上皮细胞外缘产生厚约0 6 l l u n 的条状区域， 电子密度较高；鳃小片上的氯细胞活动减少。漠斑牙鲆的皮肤大致分为：表皮层、真皮层和 肌肉层。上皮细胞一般为3 层至7 、8 层，内含杯状细胞和颗粒细胞。真皮层主要是胶原纤 维层，共含有约2 0 层左右的胶原纤维，纵横交错，排列致密。漠斑牙鲆的栉鳞下方有2 5 层扁平上皮细胞，上皮细胞相互紧密连接，含有大量的桥粒。盐度急性突变2 h ，表皮层杯 状细胞大量生发；盐度突变4 d ，表皮层颗粒细胞增多，表皮层最外层细胞有小部分的脱落 离散现象。两种盐度突变1 2 d 后，表皮层基本恢复为突变前的状态。盐度梯度突变1 2 d ，漠 斑牙鲆鳞片下的上皮细胞代谢活动活跃，细胞内部产生许多空泡。盐度突变前，漠斑牙鲆肾 小球直径为4 0 5 0 p m 。近i s d , 管上皮细胞游离面含有发达的微绒毛，细胞核内电子密度较 为均一，细胞核周围有大量的球形或近球形线粒体，内嵴环形或不规则；细胞内靠近基膜处 含有发达的质膜内褶；细胞之间的边界不清晰。远曲小管上皮细胞边界较为清晰集合管上 皮细胞低柱状，管腔宜径较大。盐度突变1 2 d 后，漠斑牙鲆肾小球的直径比盐度梯度突变前 有所增大；远曲小管上皮细胞代谢活动比较活跃。研究结果显示，从盐度突变开始到第4 d ， 漠斑牙鲆组织形态和结构变化最大，第1 2 d 以后，组织结构基本恢复突变前的状态。 3 盐度突变对漠斑牙鲆几种酶活性的影响 研究了盐度突变( 由海水突变至淡水) 对漠斑牙鲆几种酶：n a + - k + a t p a s e ，超氧化物 歧化酶( s o d ) 2 t , o - 名i ：草转氨j j ( g o t ) 活性的影响共设置两个盐度突变组：盐度突变急性组( 从 盐度3 0 3 1 直接转至淡水培育) 和盐度突变梯度组( 2 4 h 内通过盐度减半法转为淡水培育) 研究结果表明，盐度突变对三种酶的活性均有显著或者极显著影响( p o 0 5 ) n a + k + - a t p a s ea c t i v i t yi n c r e a s e da n df o r m e dt w op e a k s t h i si n d i c a t e dt h ea c t i v e r e g u l a t i o nd u r i n gt h et r a n s f o r m a t i o n c o m p a r e dt o2 4 hg r o u p ，s o da c t i v i t yo fa c u t eg r o u p s e e m e db e i n gm s t r a i n e d g o ta c t i v i t yd e g r a d e di n i s td a yi nb o t hg r o u p s g o ta c t i v i t yo f2 4 h g r o u pr e a c h e dt h ep e a kv a l u ee a r l i e rt h a nt h a to fa c u t eg r o u p a f t e rt h a t ，t h ea c t i v i t yo fb o t h g r o u p sd e c r e a s e dg r a d u a l l ya n db e l o wt h ei n i t i a ll e v e li nt h e1 2 t hd a yp 0 0 1 ) t h ep c a kv a l u e s o fs o da n dg o ta c t i v i t i w e r eh i g h e ri n2 4 hg r o u pt h a na c l h eg r o u p t h ee x p o s u r eo fa c u t e s a l i n i t yv a r i a t i o na p p e a r e dm o r ea d v e r s e t h ea c t i v i t yo ft h r e ec n z y l n e si n f e r r e da l la d j u s t i v e p e r i o dd u r i n gt h es a l i n i t yv a r i a t i o nw h i c hw a sf r o mb e g i n n i n gt ot h e8 t hd a y 4 s t u d yo na l t e r n a t i o no fo s m o l a l i t ya n di o n i cc o n c e n t r a t i o ni nb l o o da n du r i n eo f s o u t h e r nf l o u n d e rd u r i n g 丘e s hw a t e ra d a p t a t i o n a l t e r n a t i o no fo s m o l a l i t ya n di o n i cc o n c e n t r a t i o ni nb l o o dm a du l q n eo fs o u t h e r nf l o u n d e r d u r i n gf r e s hw a t c ta d a p t a t i u nw a ss t u d i e d t w og r o u p s , w h i c hw c i ea c u t ea c c l i m a t i o ng r o u pa n d 2 4 ha c c l i m a t i o ng r o u p , w e r ed e s i g n e d b l o o da n du r i n es a m p l e sw e r ec o l l e c t e dc a r e f u l l ya n d s e r i o t 毽l y t h eo s m o l a l i t ya n di o n i cc o n c e n w a t i o n sw e 他址a s l c da n da n a l y z e d r e s u l t ss h o w e d t h a tt h eo s m o l a l i t yo f u r i n ed a c l i n e de v i d e n t l ya n df l e e t l yw h i l et h eo s m o l a l i t yo fs e r u md e c l i n e d g r a d 砌l ya n dt h e nc a m eb a c k t h e r ew a sa na d j u s t i v ep e r i o do f s o u t h e r nf l o u n d e rt oa d a p t 丘e s h w a t e rw h i c hw a st h et i m ef r o mt h eb e g i n n i n gt ot h e8 t hd a y d u r i n gt h ea d j u s t i v ep e r i e d , t h e s o d i u mc o n c e n t r a t i o na n dp o t a s s i u mc o n c e n t r a t i o no f u r i n ea c h i e v e dt h ep c a kv a l u ef r o mt h e4 t h d a yt o6 t hd a y , w h i l ec a l c i u mc o n c e n t r a t i o nd e c r e a s e dr e m a r k b l e l ya n dr a p i d l y 口 4 5 p p m 。在适宜的养殖 条件下，经一年的养成，体重可达到5 0 0 7 0 0 咖d ，生长速度快，成活率高，且 几乎无病害发生。漠斑牙鲆在南北方沿海地区均可进行海水养殖，适合养殖的方 式多种，包括室内工厂化养殖、池塘养殖、网箱养殖等，这三种养殖方式当年都 可达到商品鱼规格。特别是池塘养殖模式的开展，可有效利用目前沿海的闲置池 漠斑牙鲆渗透调节机理研究 塘。目前，黄海水产研究所已经突破漠斑牙鲆生殖调控及规模化繁育技术，为养 殖业的产业化开发打下了良好的基础。 漠斑牙鲆具有广盐性，可以在淡水中生长。漠斑牙鲆在自然界中有从海水到 低盐度河口生存的适应能力( h i l d e b r a n d a n d c a b l e ，1 9 3 0 ；p o w e l l a n d s c h w a r t z ， 1 9 7 7 ；w e i n s t e i ne ta 1 ，1 9 8 0 ；s m i t h ，1 9 8 1 ：b c n s o n ，1 9 8 2 ；r o z a sa n dh a c k n e y ， 1 9 8 4 ；b u r k ec t a l ，1 9 9 1 ) ，在人工条件下还可以在淡水中很好地生长( s m i t he t a l ， 1 9 9 9 ) ，漠斑牙鲆在淡水湖中的生长速度可达1 5 k g y r ( l a s s w e l l e t a l ，1 9 7 7 ) ， 因此也是一种可以在内陆淡水、咸水湖( 池塘) 或可循环利用的池塘养殖的理想 的养殖对象( b e r l i n s k y c ta 1 ，1 9 9 6 ；d a n i e l se ta 1 ，1 9 9 6 ；j e n k i n sa n ds m i t h ， 1 9 9 9 ) 。在国内，许多引进漠斑牙鲆的单位作了初步的淡水养殖尝试，认为漠斑 牙鲆确实可在淡水中很好的生存和生长，其菌种经淡水驯化技术处理后，可直接 进入淡水区域养殖，生长速度与海水相比无差异，可见开发潜力巨大。 2 海水硬骨鱼类渗透调节机理的研究进展 硬骨鱼类在其生活的水中体液的渗透浓度是比较接近和稳定的，但他们所生 活的外界水环境的盐度却相差很大。鱼类为了维持体内一定的渗透浓度必须进行 渗透压调节。鱼类调节渗透压能力的大小，决定了他们对水环境盐度变化的耐受 力( 陈惠群，王国良，2 0 0 2 ) 。研究鱼类渗透调节机制对生产实践有一定的指导 意义。例如，通过研究鱼类各种生长指标和盐度的关系，可以选择合适的地区进 行大规模的养殖。还可以利用广盐性鱼类渗透调节能力强的特点，进行淡水驯化 或者海水驯化，例如漠斑牙鲆可以进行淡水驯化，并在内陆推广淡水养殖。 f o o d + s e a w a t e r l _ _ - n a + 漠斑牙鲆渗透调节机理研究 图3 海水鱼类渗透调节示意图 f i 9 3o s m o r e g u l a t i o no f m a r i n et e l e o s t s 广盐性鱼类的渗透调节能力强而快速，能迅速适应不同水域的盐度变化，对 盐度有广泛的耐受性。这些种类具有快速的渗透压调节机制，能快速地从保存水 分到通过肾排出大量的水，从排出多余盐分到贮存盐分。上图3 为海水鱼类进行 渗透压调节的示意图。海水鱼类通过食物和海水获取盐分( 包含各种离子) ，通 过排泄、排尿和鳃氯细胞等途径将体内过多的盐分( 离子) 排出体外。 对广盐性鱼类渗透调节方面的研究主要从鲴丝中氯细胞和杯状细胞的形态 结构、n a - k - a t p a s e 等酶的活性( 林华英，姜明，1 9 8 5 ：王先敏，1 9 8 8 ；王良臣 等，1 9 9 0 ；王良臣，郭淑华，1 9 9 4 ；d u n e l - e r b e t a l ，1 9 9 5 ；s h 。l i n e ta l ，1 9 9 8 ； 姜明等，1 9 9 8 ；r o m b o u g h ，1 9 9 9 ：k e l l ye ta l ，1 9 9 9 ；m w i l s o ne ta l ，2 0 0 2 ： 姜明等，2 0 0 3 ；m a 胁e z 如v r i ze ta l ，2 0 0 5 ；潘鲁青等，2 0 0 6 ) ，肾脏及其中肾 小球的形态结构等方面开展( 林华英，姜明，1 9 8 5 ：王先敏，1 9 8 8 ：刘修业，1 9 9 2 ) 。 2 1 血浆渗透压 无论生活在低渗水体的淡水鱼还是生活在高渗水体的海水鱼，鱼体的渗透压 一般状况下是比较稳定的。鱼体为了维持其体内的渗透压，采取了多种措施。如 增减吞饮水的量，排出浓尿稀尿，氯细胞的发达与退化，n a - k - a t p a s e 活性的增 减等。但当鱼体受到环境胁迫时，其血浆渗透压会出现变动。蔺玉华等( 1 9 9 6 ) 在做对鲤鱼( c - ) ：p r i n u sc a p r i o ) 用甲基汞染毒试验的时候发现，染毒鱼( 春片) 血浆渗透压值降低趋势。同样，当鱼类处于淡水适应或者海水适应的过程中时， 盐度的变化可以视为一种环境胁迫，对鱼体造成不同程度的损伤或者影响，所以 血浆渗透压也会有其相应的改变。 2 2 氯细胞 4 漠斑牙鲆渗透调节机理研究 海水鱼般需要大量吞饮海水，补充体内水分的扩散遗失。但此时体内会摄 入过多的盐分，造成体内渗透压的升高，产生不利影响。所以，鳃丝的氯细胞排 出体内多余的氯化钠来维持体内的底渗透压。 氯细胞( c h l o d d ec e l l ) 也称泌盐细胞、富线粒体细胞( m i t o c h o n d r i o n - r i c h c e l l ) ，细胞个体大于普通的鳃细胞，具有大量的线粒体，可为离子浓度梯度的跨 膜主动转运提供能量。其胞质充满发达的微小管系统，并分布有大量 n a - k a t p a s e 。根据氯细胞在鳃上皮中的位置、超微结构和在海水与淡水适应时 的变化，可把氯细胞分成a 氯细胞和b 氯细胞两类。其中a 氯细胞中n a - k - a t p a s e 的表达较强，而b 氯细胞中表达较弱或不表达( s h i k a n oa n df u j i o ，1 9 9 8 a ) 。当鱼 类由高渗水体转入低渗水体时，氯细胞的活动会有所降低，体积减小；反之，氯 细胞的活动或者体积增加。 生活于海水和淡水中的广盐性鱼类q ，b 氯细胞的数量不同，但氯细胞总数基 本不变( 魏渲辉等，2 0 0 1 ) 。p e r s s o n 等人( 1 9 9 8 ) 研究了成熟的大西洋鲑( s a l m o s a l a r ) 从海洋到江河产卵洄游过程中各阶段的渗透压调节状况，发现鲑鱼进入淡 水后，鳃丝氯细胞活动大大降低，低渗调节活动下降。a v c l l a 等在1 9 9 3 年研究两 种鲫鱼时发现，在低盐度水中两种鱼鳃丝上有少量的氯细胞，水中盐度上升，氯 细胞增多。 蓝非鲫( o r e o c h r o m i s a u r e u s ( s t e i n d a c h n e r ) ) 鳃的氯细胞在不同盐度的水环境 下显示不同的结构( 姜明等，1 9 9 8 ) 。淡水环境中氯细胞胞体较小，无分泌腔， 核大，中位；海水环境中，氯细胞体积增大，有明显分泌腔，核小，基位；淡水 过渡到海水的过程中，粗面内质网减少，核缩小，核内染色质凝聚程度增加；胞 质中形成发达的微细小管系统；线粒体大量增多，以分泌腔为中心放射状分布。 c i o n i 等1 9 9 1 年证实尼罗罗非鱼( s a r o t h e r o d o nn i l o t i c a ) 在海水适应时氯细胞数 量虽然没有增加，但体积增加了几倍。细胞内微小管系统过度发育成为网孔较小 的紧密结构，项部的泡管结构几乎消失；线粒体显著增加，且体积增大，内嵴发 达，电子密度较高( 魏渲辉等，2 0 0 1 ) 。梭鱼也是一种广盐性鱼类。许多学者认 为在海水淡水的梭鱼( l i z ah a e m a t o c h e i l a ) 鳃中均含有氯细胞( 刘修业，1 9 9 2 ) ) 。 但也有的学者认为有的广盐性鱼类氯细胞只在海水鱼中存在，而淡水鱼中没有 ( 林华英，姜明，1 9 8 5 ) 。 漠斑牙鲆渗透调节机理研究 另外，广盐性鱼类在海水适应时，氯细胞往往与邻近的附细胞以多细胞复合 体的形式存在。它们与周围的扁平细胞之间都为较深的紧密连接，而它们之间的 紧密连接为只有一条嵴线的较浅的连接，这样就构成了渗漏的旁细胞途径。因此 海水适应时鳃的离子渗透性高。相反，在淡水适应时，氯细胞大多以单细胞形式 存在，它与周围扁平细胞之间都为较深的紧密连接( 魏渲辉等，2 0 0 1 ) 。因此淡 水适应时鳃对离子的渗透性低。 2 3 离子浓度 海水鱼体内b a + ，c i 含量较高。在氯细胞的基底侧膜上存在n 矿，c 1 。的共转 运体烈a + ，k + ，2 c d ，它：g i n a + ，c f 沿着n a + 的电化学梯度由血液转移到氯 细胞内。进入氯细胞的n 矿又通过基底侧膜上的n a - k - a t p a s e 的活动而排出到氯 细胞的基膜侧，同时k + 进入氯细胞。因此又建立起跨基膜的n 矿电化学梯度。所 以c l 由血液进入氯细胞的动力最终来源于n a - k - a t p a s e 水解a t p 所释放的能量。 进入氯细胞的k + 可以通过位于基底膜或顶膜上的k + 通道排出胞外。进入氯细胞 的c l - 靠其电化学梯度通过顶膜而排入水体中。n a + 则沿着氯细胞和附细胞之间的 “渗漏连接”被动地排出体外( 魏渲辉等，2 0 0 1 ) 。 鱼类在不同盐度的水环境中，渗透调节过程也可以通过血清离子浓度的变化 来显示出来。如果自身的离子浓度变化较小，则说明该鱼的自身离子平衡调节能 力强，对水体盐度变化的耐受性强( a v e l l ae ta 1 ，1 9 9 3 ) 。在海水适应或淡水适 应过程中，血液渗透压和n a + ，c r 含量呈现先上升或下降然后再恢复的趋势，这 一过程包括出现波动的适应阶段和随后恢复的调节阶段( j o b l i n g ，1 9 9 5 ) 。不同 的鱼类在适应阶段离子变化幅度和持续时间上不同。在适应阶段往往是渗透压和 激素作用下的快速调节。随着时间的延长，氯细胞的结构和功能发生了变化，能 够进行有效的离子调节，体内离子达到新的稳定状态，从而进入调节阶段，主要 涉及氯细胞形态结构和n a - k - a t p a s e 活性的变化( 魏演辉等，2 0 0 1 ) 。 2 4 渗透调节功能酶 2 4 1n a - k 。a r p a s e 6 漠斑牙鲆渗透调节机理研究 n a - k - a t p a s e 又称 n a - k 泵”。在海水鱼的鳃上存在丰富的n a - k - a t p a s e ，在 外界水环境的盐度改变时它的活性产生相应的变化。根据不同鱼类该酶的变化趋 势，将广盐性鱼类分为两类，b 旷鲑科鳗鲡类”和“鲻科一鳍科鳜虎鱼科”。前者， n a - k - a t p a s e 活性随着外晃盐度的升高而增加，如一些鲑科鱼类( s a l m o n ) 、莫桑 比克罗非鱼( t i l a p i a m o s s a m b i c a ) 和鳟( t r o u t ) 。而后者在海水和淡水适应过程 中n a