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        鹽度和堿度對塔里木河葉爾羌高原鰍毒性的研究

        2018-03-21 06:26:31陳生熬阿達可劉潔雅謝從新
        西南農業(yè)學報 2018年2期
        關鍵詞:塔里木河鹽堿堿度

        姚 娜,宋 勇,王 帥,陳生熬,*,阿達可,劉潔雅,謝從新

        (1.塔里木大學動物科學學院,新疆 阿拉爾 843300;2.華中農業(yè)大學水產學院,湖北 武漢 430070;3.新疆維吾爾自治區(qū)水產科學研究所,新疆 烏魯木齊 830000)

        【研究意義】塔里木河,中國最長的內陸河,干流全長1321 km,自身不產流,典型的干旱區(qū)季節(jié)性河流,由阿克蘇河、和田河和葉爾羌河在阿拉爾市(肖夾克)匯聚而成[1-2]。塔里木河水系,生物多樣性較為集中和脆弱,曾以新疆扁吻魚、裂腹魚和高原鰍類為主要漁獲物,但塔里木河水系人類活動頻繁,生態(tài)環(huán)境破壞嚴重,干流水量日益減少,鹽堿加劇,對土著魚類生境破壞較大,新疆扁吻魚(Aspiorhynchuslaticeps)和塔里木河裂腹魚(Schizothoraxbiddulphi)已相繼瀕危,土著魚類資源急劇衰竭,漁業(yè)資源和水生態(tài)系統亟待保護[3-5]。葉爾羌高原鰍Triplophysa(Hedinichthys)yarkandensis(Day),地方名為狗頭魚、小大頭,隸屬鯉形目(Cyprinidformes)、鰍科(Cobitidae)、條鰍亞科(Nemachilinae)、高原鰍屬(Triplophysa)、鼓鰾鰍亞屬(Hedinichthys),廣泛分布于塔里木河水系,是塔里木河水系特有種和優(yōu)勢種[3-6]。葉爾羌高原鰍是鰍科魚類中生長較快,個體較大的一種,是高原魚類群體中主要的組成部分之一,也是僅存分布海拔最高的魚類之一。其肉味鮮嫩,無肌間刺,價值頗高[3-6]。由于葉爾羌高原鰍資源銳減,價格飆升,濫捕加劇,漁業(yè)生態(tài)平衡失調,漁業(yè)結構嚴重不合理,水生態(tài)系統不穩(wěn)定。致使葉爾羌高原鰍可能會成為塔里木河水系繼扁吻魚(Aspiorhynchuslaticeps)和塔里木裂腹魚(Schizothoraxbiddulphi)之后的第三種塔里木河水系瀕危魚類[4-8]?!厩叭搜芯窟M展】關于塔里木河水系漁業(yè)方面研究多集中的水質分析和生物學方面。鄧銘江從新疆 “三山夾兩盆”特殊地形分析和闡述了塔里木河流域九大水系的演變與功能,提出塔里木河“生態(tài)型”河流建設,有助于水資源利用和漁業(yè)資源保護[1]。王建等研究發(fā)現,塔里木河流中Na+和K+為主,占據62 %以上,與1965年相比,整體平均增加8.0倍,尤其是Cl-達21.7倍[2]。陳生熬等研究發(fā)現,塔里木河上游阿拉爾段高溶氧、高鹽、高礦化度、高pH、高電導率、低溫、低氧化還原電位的水體,污染程度可能加劇[6]。張人銘等研究發(fā)現新疆扁吻魚和塔里木裂腹魚胚胎發(fā)育,為增殖保護打基礎[9-10]。謝春剛等系統闡述了塔里木河土著魚類組成區(qū)系,進一步拓展土著魚類分布特點[8]。Huo TB 和 Nie Z分別從入侵魚類和葉爾羌高原鰍的生物學闡述魚類生物學[11-12]。陳生熬等和曾霖等系統進行塔里木河葉爾羌高原鰍生物學和生態(tài)學研究,并完成葉爾羌高原鰍全人工繁殖[7,13-14]。青藏高原魚類區(qū)系中,裂腹魚類和高原鰍屬魚類是主要的組成魚類,其中裂腹魚類資源量較少,高原鰍屬魚類較多,但由于棲息環(huán)境破壞,河水咸化脅迫日趨成為制約魚類資源豐度關鍵因素,導致土著魚類資源銳減[3-5,7-10]。多數研究中,迄今未曾系統分析鹽堿脅迫下塔里木河土著魚類生理生態(tài)學,更未曾報道在非常規(guī)水溫下葉爾羌高原鰍鹽堿脅迫中其耐受和行為變化趨勢,以及血清學離子濃度等。目前,河水咸化脅迫中,主要采用鹽堿毒性試驗,即采用不換水或部分換水的傳統經典方法((急性毒性試驗法來按照稀釋鹽堿水,用化學試劑按照比例添加或直接加入NaCl、NaHCO3和Na2CO3等方法進行模擬[15-19]?!颈狙芯壳腥朦c】本研究中特意選擇高原鰍屬魚類,采用魚類生態(tài)急性毒性學法,將系統闡述葉爾羌高原鰍在低溫水體環(huán)境中隨水體鹽堿不同所表現出的耐受程度和行為喜好表現?!緮M解決的關鍵問題】為葉爾羌高原鰍的增殖保護和開發(fā)研究積累數據。

        1 材料與方法

        1.1 供試材料

        試驗用魚:2016年8月采自塔里木河支流臺南河,運至塔里木大學水產養(yǎng)殖試驗站,暫養(yǎng)30 d后待用。對葉爾羌高原鰍生物學測定,體長(7.72±0.6163)cm,體質量(5.30±1.4614)g;挑選健康個體進行試驗。試驗用水:自來水(曝氣24 h),pH 6.5~7.5,DO≥8.0 mg·L-1,T=(13.0±0.5) ℃,鹽度(S)=0.645 ‰,堿度(ALK)=0.035 g·L-1。

        1.2 試驗方法

        試驗濃度:依據塔里木河自然水體理化指標特點和預試驗濃度,相結合確定鹽度(NaCl/AR,南京化學試劑股份有限公司)8 ‰、10 ‰、12 ‰、14 ‰、16 ‰、18 ‰、20 ‰等7個濃度梯度,并采用鹽度計(哈納931101,意大利)矯正;堿度(NaHCO3/AR,南京化學試劑股份有限公司)6、7、8、9、10、11 g·L-1,并采用酸度計(雷磁pH-3C,上海)校正。

        鹽堿試驗組:各設3個平行和1個對照,每組30尾。試驗容器為水族箱(60 cm×30 cm×45 cm),微充氣增氧方式(森森氣泵,0.75~1.1 kw)。

        依據文獻[16-20],試驗期間維護試驗用水標準,保障鹽堿梯度。試驗期間不投飼,及時撈出死亡個體(觸動魚體不游動、鰓蓋未見煽動),并按照時間點12、24、48、72、96 h時記錄死亡個數。在其時間點,每組中隨機取1(2尾試驗魚選取未見死亡個體時采集的血樣為正常有效。,用1 mL一次性無菌注射器尾靜脈抽血,注入 1.5 mL 離心管,4 ℃靜置過夜,分層后離心(5000 r /min,4 ℃,10 min) ,取出血清測定血液離子濃度(南京建成生物公司)。

        依據Bliss法[18-19]求回歸方程;求解鹽、堿度半致死濃度(LC50)和安全濃度(SC):SC=48h-LC50×0.3/(24h-LC50/48h-LC50)。

        依據何緒剛[21-22],采用迷宮試驗進行喜好行為研究,其中確定鹽度濃度4 ‰(中央區(qū))、6 ‰、8 ‰、10 ‰、12 ‰、14 ‰、16 ‰等7個濃度梯度;堿度3、5、7、9、11、13 g·L-1,中央區(qū)4 g·L-1;確定不同鹽堿水體中實驗魚的停留個數,并記錄,確定喜好程度。

        表1 葉爾羌高原鰍對不同鹽、堿度的耐受性Table 1 Tolerance of T. (H.) yarkandensis(Day) to salinity/alkalinity toxicity

        1.3 數據分析

        運用SPSS17.0處理,One-Way ANOVA進行單因素方差分析及 Duncan’s 多重比較(P<0.05差異顯著)。

        2 結果與分析

        2.1 塔里木河葉爾羌高原鰍低溫環(huán)境鹽度耐受性

        設置的7個鹽度濃度梯度中,試驗魚表現有所不同(表1~2)。試驗初期,在14以下的鹽度中,未表現出死亡現象,但魚類進入到試驗容器時表現出急竄和狂游,約3~5 min左右緩和,長時間適應后,葉爾羌高原鰍死亡率不大,48 h以后才會表現出高死亡率。鹽度16 ‰以上,試驗初始死亡率較大,盡管魚類機體緩慢適應,但死亡率均有上升,滲透調節(jié)系統破壞,導致無法代謝而中毒死亡。因此,當鹽度濃度超過耐受界定濃度時,塔里木河葉爾羌高原鰍均為表現出飼養(yǎng)時間和濃度與其死亡率成正比的狀態(tài),尤其是濃度和死亡率將密切相關,并出現顯著性差異(P<0.05),但其中變量中時間和死亡率相關性較時間與鹽度濃度相關性較小,但差異顯著(P<0.05)。

        整個試驗過程中,試驗用水符合用水標準,對照組試驗魚無異常。

        在低溫中,鹽度14 ‰以上,被放入試驗容器的葉爾羌高原鰍同樣表現出急竄、狂游等行為,直到滲透無法調節(jié)而死亡,同時身體腹部和頭部出現紅點或斑點;鹽度濃度12 ‰以下時,當塔里木河葉爾羌高原鰍被放入試驗濃度容器中后,3~7 min后出現狂游、碰壁、跳躍等,而后平穩(wěn),約30 min后,腹部和頭部等均會不同程度滲出不同大小的紅色出血斑點,直到血點增大,成為片狀,終究會因為高濃度鹽度和較長時間脅迫下,導致毒性積累而死亡。

        在塔里木河葉爾羌高原鰍低溫鹽度耐受性試驗中,當不同鹽度脅迫葉爾羌高原鰍后,由于自身機體的耐受行為和機能調節(jié),首先頭部和腹部均出現紅點,腹部生殖孔有充血現象,而后逐漸擴散至整個腹部,鰓絲從紅褐色漸漸發(fā)白至淺紅,體表粘液急劇增多,身體抽搐失衡,頭上尾下,直到機體痙攣死亡。

        表2 葉爾羌高原鰍對鹽度的耐受性Table 2 Tolerance of T.(H.) yarkandensis(Day) to salinity toxicity

        表3 葉爾羌高原鰍對堿度的耐受性Table 3 Tolerance of T. (H.) yarkandensis(Day) to alkalinity toxicity

        在低溫環(huán)境中,試驗魚耐受濃度12、24、48、72、96 h下,LC50分別為20.0870 ‰、15.2560 ‰、14.5580 ‰、13.2290 ‰、12.9180 ‰;SC為4.1476 ‰。

        2.2 塔里木河葉爾羌高原鰍低溫環(huán)境堿度耐受性

        當葉爾羌高原鰍被放置到設定的堿度梯度濃度容器中,也出現與鹽度脅迫中的相似行為和特征,但較鹽度試驗中稍有遜色,反應不強烈。

        整個試驗過程中,試驗用水清潔,無異常,對照組試驗魚行為特征均無異常。

        當試驗用水的堿度在9 g·L-1以上時,死亡率突然升高;但在堿度耐受試驗時間延長過程中,死亡率均值增大,死亡率升高(表1,表3)。統計分析發(fā)現,當堿度波動在8和9 g·L-1濃度時,試驗死亡率差異有統計學意義;低溫狀態(tài)下,這個堿度界點可能是試驗魚應對堿度脅迫耐受閾值點。

        在低溫環(huán)境中,試驗魚在12、24、48、72、96 h 時LC50分別為12.1590、9.9776、9.5076、8.6458、4.5220 g·L-1;SC為2.7179 g·L-1。

        2.3 塔里木河葉爾羌高原鰍應對鹽堿喜好行為

        當葉爾羌高原鰍被放置到設定的鹽度梯度濃度容器中,并且按照鹽堿喜好分別打開不同濃度梯度的鹽堿水槽,會呈現不同的反應(圖1)。鹽度從4 ‰~12 ‰呈現下降趨勢,葉爾羌高原鰍在低濃度鹽度中出現率較高,4 ‰為出現率最好的區(qū)域,也即是中央區(qū),雖然在剛開始出現亂竄和隨意游動,但是最終停留在4 ‰區(qū)域的個體數最多;隨鹽度的升高,不同鹽度區(qū)間內出現葉爾羌高原鰍的數量也隨之減少,待到12 ‰時,12 h后出現恒定的行為表現,唯有個別實驗魚出現在高濃度中,多數個體仍然回到低濃度區(qū)域。

        圖1 葉爾羌高原鰍對鹽度喜好性Fig.1 Preference of T.(H.) yarkandensis(Day) to salinity

        從圖1中可以觀察到,葉爾羌高原鰍在不同濃度中表現不同,4 ‰中停留時間最長,最為喜好,其中顯著程度高于其他任何組(P<0.05差異顯著),高濃度為喜好程度低;從4 ‰~12 ‰喜好性均有所降低,其中4 ‰~6 ‰較其他喜好程度差異顯著,10 ‰~12 ‰比較其他組差異極為顯著(P<0.01)。

        當葉爾羌高原鰍被放置到設定的堿度梯度濃度容器中,并且按照鹽堿喜好分別打開不同濃度梯度的鹽堿水槽,會呈現不同的反應(圖2)。堿度從3~4 g·L-1呈現上升趨勢,葉爾羌高原鰍在低濃度堿度中出現率較高,5 g·L-1以下為出現率最高的區(qū)域,中央區(qū)則為4 g·L-1;剛被放入后出現與鹽度相類似的行為舉動,開始出現亂竄和隨意游動,但是最終停留在4 g·L-1區(qū)域的個體數最多;隨堿度的升高,不同堿度區(qū)間內出現葉爾羌高原鰍的數量也隨之減少,4~7 g·L-1之間直線下降,待到7~9 g·L-1時,減緩趨勢,11~13 g·L-1下降趨勢明顯。

        所以從圖2中可觀察到,葉爾羌高原鰍在不同濃度中明顯表現不同,4 g·L-1中停留時間最長,最為喜好,其中顯著程度高于其他任何組(P<0.01差異極為顯著),高濃度為喜好程度低;從4~13 g·L-1喜好性均有所降低,其中4~7 g·L-1比較其他喜好程度差異顯著,11~13 g·L-1比較其他組差異極為顯著(P<0.01)。

        圖2 葉爾羌高原鰍對堿度喜好性Fig.2 Preference of T.(H.) yarkandensis(Day) to alkalinity

        3 討 論

        3.1 葉爾羌高原鰍的鹽度耐受性

        臧維玲[16]、章征忠等[17,20]曾在鰱Hypophthalmichthysmolitrix的急性毒性試驗中,發(fā)現其鹽度耐受低至1.51 ‰,此界點即作為淡水養(yǎng)殖中鹽度耐受標準。本試驗在低溫(13.0±0.5) ℃中進行的,葉爾羌高原鰍鹽度SC為4.1676 ‰,高于1.5 ‰,說明低溫使得機能代謝減慢或停止,進而增強葉爾羌高原鰍鹽度耐受性,但葉爾羌高原鰍資源衰竭,鹽度無規(guī)律的變化是其資源衰竭導致主要原因。在本試驗中,當葉爾羌高原鰍在鹽度脅迫中12~48 h時,其死亡率明顯升高,并表現出死亡率和鹽度濃度的曲線為拋物線,即隨時間增加,死亡率也緩慢上升,而后死亡率增加,出現峰值,并隨后成活率降低,這說明葉爾羌高原鰍在一定鹽度的新水體中,適應力有所改變,可能會耐受性增大,但超出其閾值,則致使死亡,這與諸多研究者的結果相一致[16-20],這與魚類生理代謝和機能調節(jié)是否完善密切相關,也可能說明葉爾羌高原鰍在被遺留到高原水域后,魚類機體未著鱗片,體表易受傷,進而其機體代謝和調節(jié)能力有所限制亦或下降。

        本研究中,鹽度濃度為20 ‰時,脅迫24 h內,葉爾羌高原鰍全部死亡,說明魚類若在外界受到高鹽脅迫后,不能及時啟動滲透調節(jié)和機體代謝,即會快速死亡,這與諸多學者研究結果一致[16-22]。曾有學者研究表明:相同pH下,24、48、96 h時,鰱Hypophthalmichthysmolitrix仔魚LC50為13.36 ‰、10.79 ‰和8.60 ‰[18-20],比本試驗中葉爾羌高原鰍15.2560 ‰、14.5580 ‰和12.918 ‰等3個LC50值均小,較光唇裂腹魚SchizothoraxlissolabiatusTsao[23]SC為2.385 ‰小,也同比昆明裂腹魚Shizothoraxgrahami[24]SC 2.7169 ‰小,但差異不顯著(P>0.05),這說明裂腹魚類和高原鰍屬同屬高原棲息魚類群體,棲息環(huán)境相似,有著相似的生理機能。與達里湖鯽Carassiusauratus[25]48h時LC50為11.14 ‰,SC則為3.10 ‰相比,本試驗中葉爾羌高原鰍SC則為4.1476 ‰,比達里湖鯽Carassiusauratus較大,但差異不顯著(P>0.05)。鰱Hypophthalmichthysmolitrix[19-20]在鹽度0.14 ‰~9.5 ‰中,成活率為94 %,長期被高鹽度脅迫,并適應,魚類耐受性有所提高,這與本研究結果相一致。塔里木河上游鹽度均值為4.58 ‰,葉爾羌高原鰍可能為了回避高溫鹽度耐受小和毒性強的特點,選擇低溫期洄游到到適應鹽度的產卵場生產,得以繁衍生息[1-2,13-14]。

        3.2 葉爾羌高原鰍的堿度耐受性

        水體中有諸多理化因子,其中堿度既可以有效結合金屬離子,又能降低游離重金屬離子,與pH密切相關,所以在漁業(yè)生產中是非常重要的關鍵理化因子之一[17-22];堿度過大或過小,均會影響其轉化金屬離子能力,導致魚類死亡,影響漁業(yè)生產,所以時間和劑量均會影響其毒性大小[26-27]。

        本研究中,當配置堿度11 g·L-1時,24 h內脅迫后試驗魚半數死亡;然當脅迫96 h時,當堿度9 g·L-1以上,全部死亡。依據雷衍之等[18-19]研究鰱和鳙堿度耐受危險標準為0.71 g·L-1(10 mmol·L-1),與適應溫度(20 ℃)下葉爾羌高原鰍耐受SC為0.936 g·L-1,兩者差異不顯著(P>0.05);但本試驗中低溫環(huán)境中葉爾羌高原鰍LC50均高于此標準,SC為2.7179 g·L-1(38.2803 mmol·L-1),約為標準3倍,說明低溫水體環(huán)境中葉爾羌高原鰍的耐受濃度有所變化,增大趨勢明顯。96 h時與尼羅羅非魚Oreochromisniloticus[28]8.827 g·L-1,高于葉爾羌高原鰍堿度耐受濃度4.5220 g·L-1。2014年,楊建[29]曾報道鰱Hypophthalmichthysmolitrix96 hLC50為5.60 g·L-1(86.246 mmol·L-1)和草魚Ctenopharyngodonidellus5.94 g·L-1(91.825 mmol·L-1),均略大于本試驗中96 h時4.5220 g·L-1,這與鰱和草魚有鱗片,對鹽堿耐受較高有關,無鱗魚類代謝均靠皮膚等,在代謝中如果外界環(huán)境毒性脅迫,均會造成其皮膚損傷。對于泥鰍MisgurnusanguillicaudatusCantor[30]堿度報道,泥鰍對堿度的SC為2.1 g·L-1,比本試驗中葉爾羌高原鰍SC為2.7179 g·L-1差異不顯著。

        3.3 葉爾羌高原鰍的鹽堿喜好行為

        動物行為的表達和表現均受到內在遺傳因子和外在環(huán)境因子的雙重影響。而行為的表現則是動物繁衍生息的主要表現形式,其中包括了生理行為、意識形態(tài)和外在形式等多種[21-22]。一切動物的行為表現均離不開外界環(huán)境的變化,魚類的洄游行為等,均是在外界環(huán)境形式變化下,得以繁衍生息而進行的一種行為表現形式,這其中就不乏有水域水環(huán)境鹽堿因子的變化,出現了洄游行為[26-27,31]。魚類對鹽度喜好性行為就是其內在因子和外在環(huán)境因子變化的作用,主要表現在滲透作用的不同,出現喜好程度不一[19-22]。

        本實驗中,葉爾羌高原鰍對鹽堿的喜好程度不是一成不變的,也是隨外界水域環(huán)境因子的變化導致其內在因子變化,使得其滲透作用不一致,影響其對水體理化指標的喜好程度。葉爾羌高原鰍在低濃度鹽度中出現率較高,4 ‰為出現率最好的區(qū)域,也即是中央區(qū),雖然在剛開始出現亂竄和隨意游動,但是最終停留在4 ‰區(qū)域的個體數最多,這與野生中華鱘Acipensersinensis[21]對鹽度5 ‰的研究結果相差不大,兩種魚類均為洄游性魚類,但是本研究結果為低溫下,可能常溫下會出現不同的效果,待研究;這與塔里木河常年水體理化鹽度指標相近[1-2,6-7]。然在高濃度水體中,葉爾羌高原鰍由于應激行為,會出現不適應,但由于實驗進行時間僅為12 h,所以沒有出現死亡現象,咸化的中華鱘Acipensersinensis[21]則表現出較高的鹽度適應性。

        本研究中,當葉爾羌高原鰍被放置到設定的堿度梯度濃度容器中,并且按照鹽堿喜好分別打開不同濃度梯度的鹽堿水槽,會呈現不同的反應。葉爾羌高原鰍在不同濃度中表現不同,3~4 g·L-1中停留時間最長,最為喜好;這與上述堿度研究中得出的,安全濃度為2.7179 g·L-1,這與3~4 g·L-1差異不顯著,說明低溫環(huán)境下,葉爾羌高原鰍對堿度的喜好性也與溫度密切相關。正是這種喜好行為和程度,體現了魚類洄游的一種機制,從原來的趨淡水性轉變?yōu)橼呄趟?,這種可能避開咸水期或是適應均是一種行為,這一行為應該是固有生理因子和遺傳因子影響下,在一定環(huán)境條件下,分泌機制調節(jié)出現的一種鹽堿喜好行為[14-18,20-22]。

        4 結 論

        當塔里木河葉爾羌高原鰍被限定子低溫環(huán)境(13±0.5) ℃中,在不同鹽堿脅迫下,其耐受能力有所增大,但隨之濃度脅迫程度加大,如果脅迫濃度超出閾值,葉爾羌高原鰍死亡率隨之升高,呈現拋物線趨勢。

        葉爾羌高原鰍作為高原魚類,且無鱗魚類,其中滲透和代謝均靠皮膚等器官,在代謝中如果外界環(huán)境毒性脅迫,均會造成其皮膚損傷。塔里木河上游鹽度均值為4.58 ‰,葉爾羌高原鰍可能低溫鹽堿脅迫下,為了回避高溫鹽度脅迫下,其耐受小和毒性強的特點,加之行為喜好表現有所改善,選擇低溫期洄游到到適應鹽堿的產卵場生產,得以繁衍生息。

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