王瑞芳 劉玉輝 王 俊 齊景偉 孟和平 高玉奎 柳玉海藺浩宇 安曉萍

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院, 呼和浩特 010018; 2. 內(nèi)蒙古達(dá)里湖漁場(chǎng), 赤峰 024000;3. 內(nèi)蒙古水產(chǎn)技術(shù)推廣站, 呼和浩特 010010)

魚(yú)類的生殖洄游對(duì)種群適合度有著重要的意義, 因此, 一直以來(lái)是魚(yú)類生態(tài)學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容[1]。魚(yú)類在生殖洄游過(guò)程中面臨著性腺的不斷發(fā)育成熟、營(yíng)養(yǎng)的缺乏, 能量的重新分配等生理變化, 同時(shí)也面臨著水環(huán)境滲透壓及離子組成的改變。洄游過(guò)程中的魚(yú)類通過(guò)多種滲透壓調(diào)節(jié)器官對(duì)鹽分和水分進(jìn)行調(diào)節(jié)而適應(yīng)不同的鹽堿環(huán)境[2]。參與魚(yú)類滲透壓和離子調(diào)節(jié)的組織主要是腸上皮細(xì)胞、腎臟和鰓組織[3,4]。從低滲環(huán)境洄游到高滲環(huán)境后,由于體內(nèi)外滲透差的作用魚(yú)體會(huì)丟失水分, 水環(huán)境中各種離子也會(huì)通過(guò)鰓和皮膚被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入體內(nèi),為維持滲透平衡魚(yú)體通過(guò)腸道吸收大量水分, 而進(jìn)入體內(nèi)的離子通過(guò)鰓等滲透調(diào)節(jié)器官排出體外; 從高滲環(huán)境洄游到低滲環(huán)境時(shí), 魚(yú)體會(huì)丟失鹽分, 同時(shí)環(huán)境中水分?jǐn)U散進(jìn)入體內(nèi), 因此, 除了從食物中得到鹽分外, 魚(yú)體還需要通過(guò)鰓從水中主動(dòng)吸收離子[5]。魚(yú)類的鰓在滲透調(diào)節(jié)、酸堿調(diào)節(jié)和離子調(diào)節(jié)過(guò)程中均發(fā)揮重要作用, 鰓組織中的細(xì)胞主要有線粒體豐富細(xì)胞(MR)或氯細(xì)胞、扁平細(xì)胞和黏液分泌細(xì)胞等3種不同類型, 其中氯細(xì)胞中含有Na+/K+-ATPase, 它們主要存在于基底膜和細(xì)胞質(zhì)中與許多線粒體相連接的微管系統(tǒng)中[6], 承擔(dān)在不同滲透環(huán)境中將Na+和Cl-從水中轉(zhuǎn)運(yùn)到體內(nèi)或者從體內(nèi)轉(zhuǎn)出到水中的重要任務(wù)。因此, 魚(yú)類在降海洄游和溯河回游過(guò)程中, 魚(yú)鰓上氯細(xì)胞的形態(tài)和功能及Na+/K+-ATPase會(huì)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié), 而這些變化與多種激素如催乳素(PRL)、生長(zhǎng)激素(GH)、類胰島素生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)的介導(dǎo)密切相關(guān)[7], 它們可以刺激新的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白合成, 從而影響氯細(xì)胞的增殖、分化, 改變滲透調(diào)節(jié)組織對(duì)離子和水分的轉(zhuǎn)運(yùn)能力[8,9]。

達(dá)里湖(E116°25′—116°45′, N43°13′—43°23′)是在第三世紀(jì)初內(nèi)蒙古高平原發(fā)生沉降時(shí)形成的一系列內(nèi)陸湖盆之一, 湖水的主要來(lái)源是貢格爾河、沙里河、耗來(lái)河、亮子河, 以及地下水和雨水的補(bǔ)給, 湖水損失主要由水體自然蒸發(fā)造成。近年來(lái)由于氣候干旱, 湖水蒸發(fā)大于內(nèi)流, 徑流入湖中鹽分在湖內(nèi)長(zhǎng)期積累, 致使湖水含鹽量(6.46‰)、堿度(年平均53.57 mmol/L)和pH (年平均9.65)不斷增加[10]。極端鹽堿環(huán)境已嚴(yán)重限制了大多數(shù)淡水魚(yú)類的生存和繁殖, 瓦氏雅羅魚(yú)(Leuciscus waleckii)是目前達(dá)里湖中僅存的兩種經(jīng)濟(jì)魚(yú)類之一, 雖然其已進(jìn)化了一些特殊的生理機(jī)制可在高堿度、高pH的達(dá)里湖中生存[11,12], 但每年4月底至5月初仍需洄游到淡水河流中進(jìn)行繁殖, 產(chǎn)卵后親魚(yú)及仔稚魚(yú)再返回到湖水中攝食和生長(zhǎng)。

近年來(lái), 已對(duì)瓦氏雅羅魚(yú)耐鹽堿生理和分子機(jī)制開(kāi)展了一些研究[13,14], 而對(duì)其生殖洄游過(guò)程中的離子調(diào)節(jié)生理了解甚少, 關(guān)于其生殖洄游的生理和分子機(jī)制尚不清楚。本研究擬比較達(dá)里湖和貢格爾河瓦氏雅羅魚(yú)血清離子含量和激素水平、滲透調(diào)節(jié)組織Na+/K+-ATPase、Ca2+/Mg2+-ATPase活性及鰓組織結(jié)構(gòu)差異, 分析急性河水暴露后達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)上述離子調(diào)節(jié)生理參數(shù)的變化, 為解析達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)生殖洄游過(guò)程中的離子調(diào)節(jié)生理機(jī)制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 為保護(hù)其種群資源奠定科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用魚(yú)

本試驗(yàn)所用瓦氏雅羅魚(yú)于2017年5月7日(生殖洄游期)分別捕于達(dá)里湖(43°22′22.63″N, 116°39′57.50″E)和貢格爾河(43°22′33.56″N, 116°42′54.83″E)中。湖魚(yú)使用網(wǎng)箔(俗稱迷魂陣)采捕, 河魚(yú)使用手操網(wǎng)捕獲于距離達(dá)里湖56 km處的貢格爾河瓦氏雅羅魚(yú)人工產(chǎn)卵場(chǎng), 由內(nèi)蒙古達(dá)里湖漁場(chǎng)工作人員協(xié)助獲得。在捕撈后選擇雌性湖魚(yú)[(118.96±26.33) g,(19.33±1.75) cm]和河魚(yú)[(109.23±11.43) g, (18.95±0.88) cm]各45尾分別放于裝有湖水和河水的塑料箱中1h內(nèi)運(yùn)回漁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室, 用于樣品采集及河水暴露試驗(yàn)。同時(shí), 利用多功能水質(zhì)分析儀測(cè)定達(dá)里湖和貢格爾河水pH、溫度、鹽度和溶解氧含量, 另取水樣帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定Na+、Cl-、K+、Ca2+、Mg2+濃度及碳酸鹽堿度, 湖水和河水樣品各設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.2 試驗(yàn)方法

急性河水暴露試驗(yàn)設(shè)計(jì)從捕撈的湖魚(yú)中隨機(jī)挑選雌魚(yú)12尾, 轉(zhuǎn)入河水中養(yǎng)殖, 在河水中暴露24h后取樣, 分析血清含量和激素水平以及鰓、腸和腎組織酶活性。試驗(yàn)在120 L的水族箱中進(jìn)行,試驗(yàn)過(guò)程中不投餌, 持續(xù)充氧, 水溫保持在(12±1)℃。

樣品采集和處理分別選擇雌性湖魚(yú)和河魚(yú)各12尾, 用100 mg/L MS-222(間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽)麻醉, 尾靜脈采血, 分離血清, 4℃冰箱中放置6h, 3000 r/min, 離心20min, 取上層血清于-80℃冰箱保存, 用于測(cè)定血清離子Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量和GH、IGF-1、PRL水平。采血后在冰上解剖, 取出鰓、腸道和腎組織用預(yù)冷生理鹽水清洗, 濾紙吸干后置于2 mL細(xì)胞凍存管中, 液氮速凍, 轉(zhuǎn)入-80℃冰箱保存, 用于測(cè)定Na+/K+-ATPase和Ca2+/Mg2+-ATPase活性。另每尾魚(yú)取鰓絲放入10%中性甲醛溶液中固定, 用于制作石蠟組織切片。

急性河水暴露試驗(yàn)結(jié)束后樣品采集方法同上。

血清離子水平測(cè)定血清Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量均采用比色法進(jìn)行測(cè)定, 試劑盒購(gòu)于南京建成生物工程研究所。根據(jù)不同離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算血清離子濃度, 河水和湖水中陽(yáng)離子含量采用火焰原子吸收法(Aanalyet 800 原子吸收光譜儀, 美國(guó)鉑金埃爾默公司)進(jìn)行測(cè)定, 陰離子采用比色法測(cè)定, 單位均為mmol/L。

血清激素水平測(cè)定GH、IGF-1和PRL均采用定制的魚(yú)ELISA試劑盒進(jìn)行測(cè)定(武漢基因美生物科技有限公司)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線推算血清中激素含量。GH標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.123x+0.179,R2=0.968, 單位為ng/mL; IGF-1的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.175x+0.133,R2=0.982, 單位為g/L; PRL的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.0006x+0.195,R2=0.947, 單位為pg/mL。

Na+/K+-ATPase和Ca2+/Mg2+-ATPase活性測(cè)定將瓦氏雅羅魚(yú)鰓、腎和腸道組織解凍, 鰓去鰓弓留鰓絲, 稱重, 每種組織均加入9倍體積預(yù)冷生理鹽水(0.86%), 用玻璃組織勻漿器破碎組織, 勻漿液4℃, 1000 r/min, 離心5min。上清液稀釋到適宜比例后采用磷鉬酸比色法測(cè)定Na+/K+-ATPase和Ca2+/Mg2+-ATPase活性。試劑盒購(gòu)于南京建成生物工程研究所。

酶活力單位定義為: 每小時(shí)每毫克組織中ATP酶分解ATP產(chǎn)生1 μmoL無(wú)機(jī)磷的量為一個(gè)ATPase酶活力單位, 即μmol Pi/(mg prot·h)組織中蛋白含量采用BCA法進(jìn)行測(cè)定, 以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)。

鰓組織切片制作瓦氏雅羅魚(yú)鰓組織樣品,經(jīng)梯度酒精脫水, 水楊酸甲酯透明, 制作常規(guī)石蠟切片, 切片厚度為5 μm, HE染色, 中性樹(shù)脂封片后使用蔡司顯微鏡觀察和拍照。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SEM)表示, 采用SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 達(dá)里湖、貢格爾河和急性河水暴露組瓦氏雅羅魚(yú)離子含量、酶活性及激素水平采用單因素方差分析(One-Way ANOVA), 若差異顯著再進(jìn)行多重比較(LSD’s test),P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 達(dá)里湖和貢格爾河水化學(xué)參數(shù)比較

達(dá)里湖水的堿度、pH和鹽度遠(yuǎn)高于貢格爾河水, 溶解氧含量略低于河水, Na+、K+、Cl-、Mg2+含量均高于河水, 而貢格爾河水中Ca2+含量為達(dá)里湖水中Ca2+含量的20倍; 與世界河流中平均離子水平相比, 貢格爾河水中Ca2+、Mg2+和Na+含量偏高,Cl-含量相近, 而K+含量偏低(表 1)。

2.2 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)血清離子含量比較

與達(dá)里湖中瓦氏雅羅魚(yú)相比, 洄游到貢格爾河后血清Na+含量顯著降低(P＜0.05), Cl-含量顯著升高(P＜0.05), K+、Ca2+和Mg2+含量無(wú)顯著變化。達(dá)里湖中瓦氏雅羅魚(yú)轉(zhuǎn)入到貢格爾河水中24h后, 其血清Cl-含量顯著升高(P＜0.05)、K+含量顯著降低(P＜0.05), 而Na+、Ca2+和Mg2+含量無(wú)顯著變化(圖 1)。

2.3 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)鰓、腸和腎組織Na+/K+-ATPase與Ca2+/Mg2+-ATPase活性變化

與達(dá)里湖中瓦氏雅羅魚(yú)相比, 洄游到貢格爾河后其腎臟和腸道組織中Na+/K+-ATPase活性顯著升高(P＜0.05), 而鰓組織Na+/K+-ATPase活性無(wú)顯著變化; 將達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)轉(zhuǎn)入到貢格爾河水中24h后, 其鰓、腸、腎組織Na+/K+-ATPase活性均顯著升高(P＜0.05, 圖 2)。達(dá)里湖中瓦氏雅羅魚(yú)及轉(zhuǎn)入河水中24h后其腸道和鰓組織中Na+/K+-ATPase活性均顯著高于腎臟組織(P＜0.05), 而當(dāng)其洄游到貢格爾河后, 腎臟組織中Na+/K+-ATPase活性最高, 腸道次之, 鰓組織中最低(圖 2)。

與達(dá)里湖中瓦氏雅羅魚(yú)相比, 洄游到貢格爾河后鰓組織Ca2+/Mg2+-ATPase活性無(wú)顯著變化, 而將達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)轉(zhuǎn)入到貢格爾河水后24h后, 其鰓組織中Ca2+/Mg2+-ATPase活性顯著升高(P＜0.05,圖 3)。

2.4 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)血清激素水平的變化

與達(dá)里湖中瓦氏雅羅魚(yú)相比, 洄游到貢格爾河后其血清中GH、IGF-1和PRL水平均無(wú)顯著變化;而將達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)轉(zhuǎn)入貢格爾河水中24h后,其血清IGF-1和PRL水平均顯著升高(P＜0.05), 而血清GH水平在河水轉(zhuǎn)運(yùn)后未見(jiàn)顯著變化(表 2)。

2.5 瓦氏雅羅鰓組織結(jié)構(gòu)變化

瓦氏雅羅魚(yú)鰓小片整齊的排列在鰓絲兩側(cè), 呈半圓形扁平囊狀, 鰓絲上皮由多層上皮細(xì)胞組成,可見(jiàn)扁平細(xì)胞、泌氯細(xì)胞、黏液細(xì)胞等。鰓小片上有扁平細(xì)胞、柱狀細(xì)胞以及血管道, 血道內(nèi)存在血細(xì)胞。在達(dá)里湖中, 瓦氏雅羅魚(yú)鰓小片基部可見(jiàn)大量黏液細(xì)胞, 少量氯細(xì)胞(圖 4a), 洄游到貢格爾河后黏液細(xì)胞數(shù)量顯著減少, 氯細(xì)胞數(shù)量無(wú)明顯變化, 但體積略增大(圖 4b)。

3 討論

3.1 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)血清離子濃度的變化

魚(yú)體液滲透壓是由體液中溶質(zhì)總濃度決定的,主要是無(wú)機(jī)電解質(zhì), 而Na+、Cl-是體液中主要的電解質(zhì), 因此, 魚(yú)體調(diào)節(jié)Na+、Cl-的穩(wěn)定對(duì)于滲透壓調(diào)節(jié)至關(guān)重要[15]。本試驗(yàn)測(cè)定了不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)血清離子濃度, 發(fā)現(xiàn)達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)在湖中和洄游到河中后血清離子水平均在典型鯉科魚(yú)類和其他淡水硬骨魚(yú)類的離子水平范圍內(nèi)[16]。

大多數(shù)廣鹽性硬骨魚(yú)類從半咸水轉(zhuǎn)運(yùn)到淡水環(huán)境后, 由于被動(dòng)擴(kuò)散從而引起鹽的損失, 最終導(dǎo)致血漿離子水平降低[17,18]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)洄游到貢格爾河后雅羅魚(yú)血清Na+水平降低, 因河水中Na+、Cl-含量較低, 按照等滲原理, 洄游到河水中后瓦氏雅羅魚(yú)體內(nèi)Na+流失率增加, 使得血清中Na+水平顯著降低, 但這一值仍在大多數(shù)鯉科魚(yú)類血清Na+濃度的范圍內(nèi)[16]。與Na+不同, 洄游到貢格爾河后瓦氏雅羅魚(yú)血清Cl-含量顯著升高, 這一結(jié)果與Wang等[19]的研究中發(fā)現(xiàn)洄游到河流中的青海湖裸鯉(Gymnocypris przewalskii)血漿中Cl-含量顯著高于其在湖水中的值結(jié)果是一致的。Wang等[19]認(rèn)為,對(duì)洄游到河里的青海湖裸鯉而言, 較高的血清離子含量可以提供更適宜的魚(yú)體內(nèi)部環(huán)境, 從而應(yīng)對(duì)其從湖洄游到河后能量的平衡、代謝重新調(diào)整和酸堿平衡及離子平衡等生理的挑戰(zhàn), 在生理上是一種優(yōu)勢(shì)。另外, 洄游到河水中后瓦氏雅羅魚(yú)生理活動(dòng)(如出現(xiàn)繁殖行為、攝食水平降低、激素水平改變)的變化也可能引起血清離子濃度發(fā)生改變。因此, 血清離子含量的變化是魚(yú)體在低離子水平的河水中主動(dòng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。

瓦氏雅羅魚(yú)洄游到貢格爾河后血清Ca2+和Mg2+濃度維持在穩(wěn)定水平。相似的結(jié)果在Wang等[19]對(duì)青海湖裸鯉的研究中也曾報(bào)道。大多數(shù)魚(yú)類在正常情況下, 通過(guò)腸道和鰓的吸收, 之后調(diào)動(dòng)骨骼和軟組織中的Mg2+或?qū)g2+沉積在骨骼和軟組織中, 通過(guò)腎的分泌和重吸收作用, 而使細(xì)胞外液Mg2+可以穩(wěn)定維持在較低水平[20], 腎臟的分泌和重吸收作用被認(rèn)為是維持Mg2+穩(wěn)態(tài)的主要機(jī)制。另外, 血漿中Mg2+水平可以很好的調(diào)控可能是腎臟通過(guò)Na+/Mg2+交換機(jī)制嚴(yán)格調(diào)控的結(jié)果, 通過(guò)尿排出過(guò)多的Mg2+[21]。

在本試驗(yàn)中將達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)急性轉(zhuǎn)入河水中后, 血清Cl-濃度升高, 而K+濃度降低, 這與將青海湖裸鯉直接轉(zhuǎn)運(yùn)到河水中48h后的試驗(yàn)結(jié)果一致[20]。Cl-升高和K+降低可能與環(huán)境滲透濃度突然降低后大量水分進(jìn)入體內(nèi)有關(guān)。此外, 達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)在轉(zhuǎn)入到河水中24h后Na+和Ca2+、Mg2+維持穩(wěn)定水平, 表明其具有完善的Na+和Ca2+、Mg2+調(diào)節(jié)機(jī)制, 可以快速調(diào)節(jié)體內(nèi)外離子轉(zhuǎn)運(yùn)達(dá)到平衡,這可能是將達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)轉(zhuǎn)入河水中后PRL、IGF-1水平升高, 激素水平的升高可刺激新的Na+/K+-ATPase和鰓Ca2+/Mg2+-ATPase轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白合成, 從而提高鰓、腸和腎組織酶活性的結(jié)果。

圖 1 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)血清Na+ (A)、Cl- (B)、K+ (C)、Ca2+ (D)和Mg2+ (E)含量變化Fig. 1 Concentrations of serum Na+ (A)、Cl- (B)、K+ (C)、Ca2+ (D)和Mg2+ (E) in Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake,Gongger River and during 24 h transfer form Dali Nor Lake to Gongger River water柱子上方不同小寫(xiě)字母代表存在顯著差異, 顯著性水平定義為0.05, 下圖同Different superscript letters indicate significant differences (P＜0.05). The same applies bellow

圖 2 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)鰓、腸和腎組織Na+/K+-ATPase活性變化Fig. 2 Na+/K+-ATPase activities in gills, intestine and kidney tissues of Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake,Gongger River and during 24h transfer form Dali Nor Lake to Gongger River water

3.2 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)鰓、腸和腎Na+/K+-ATPase活性變化

鰓是魚(yú)類重要的滲透壓調(diào)節(jié)器官, 滲透環(huán)境改變后廣鹽性魚(yú)類能夠通過(guò)改變鰓上皮氯細(xì)胞的形態(tài)和功能來(lái)調(diào)節(jié)離子的吸收或分泌。位于鰓氯細(xì)胞基底側(cè)膜及微小管系統(tǒng)中的Na+/K+-ATPase酶為各種離子轉(zhuǎn)運(yùn)提供最終驅(qū)動(dòng)力, 在魚(yú)類海水和淡水轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中起到中心作用[6]。當(dāng)環(huán)境中離子濃度發(fā)生改變時(shí), 鰓Na+/K+-ATP通常會(huì)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。先前研究顯示, 鰓Na+/K+-ATPase活性或氯細(xì)胞數(shù)量與外部鹽度變化存在顯著的線性關(guān)系[22]。對(duì)一些洄游性魚(yú)類的研究發(fā)現(xiàn), Na+/K+-ATPase活性在洄游到淡水中時(shí)均降低[23,24]; 而也有一些研究顯示,洄游性魚(yú)類在暴露到淡水中后, Na+/K+-ATPase活性增加[19,22,25,26]。本研究結(jié)果與后者一致, 發(fā)現(xiàn)達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)轉(zhuǎn)入河水中后24h后其鰓組織Na+/K+-ATPase活性顯著升高。Na+/K+-ATPase活性的提高有助于雅羅魚(yú)從淡水環(huán)境中主動(dòng)吸收Na+、Cl-等離子, 使血清離子濃度維持在魚(yú)體生理活動(dòng)需要的水平, 從而保證生命活動(dòng)和能量代謝的正常進(jìn)行。

圖 3 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)鰓組織Ca2+/Mg2+-ATPase活性變化Fig. 3 Ca2+/Mg2+-ATPase activities in gills tissues of Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake, Gongger River and during 24h transfer form Dali Nor Lake to Gongger River water

表 2 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)血清生長(zhǎng)激素、類胰島素生長(zhǎng)因子-1和催乳素水平變化Tab. 2 Serum GH, IGF-1 and PRL levels of Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake, Gongger River and during 24h transfer form Dali Nor Lake to Gongger River water

圖 4 達(dá)里湖(a)和貢格爾河(b)瓦氏雅羅魚(yú)的鰓絲顯微圖片F(xiàn)ig. 4 Light micrograph of gills in Leuciscus waleckii collected form Dali Nor Lake (a) and Gongger River (b)F. 鰓絲; L. 鰓小片; CC. 泌氯細(xì)胞; PVC. 扁平細(xì)胞; PiC. 柱狀細(xì)胞; B. 血管通道; MC. 黏液細(xì)胞F. filament; L. lamellae; CC. chloride cells; PVC. pavements cells; PiC. pillar cells; B. blood channel; MC. mucous cells

除了鰓外, 腎臟和腸道組織在不同滲透環(huán)境下離子和水分的平衡調(diào)節(jié)過(guò)程中也發(fā)揮重要作用[4,27,28]。生活在淡水環(huán)境中或由高滲進(jìn)入低滲環(huán)境后魚(yú)類為了維持體內(nèi)滲透壓平衡, 腎小體和腎小球的功能增強(qiáng), 魚(yú)體會(huì)將體內(nèi)吸收的過(guò)多水分不斷排出體外,增加了泌尿量并對(duì)原尿中離子進(jìn)行重吸收, 腎臟上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和通道如Na+/K+-ATPase、H+-ATPase和碳酸酐酶(CA)負(fù)責(zé)離子重吸收和排泄, 也會(huì)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。魚(yú)類腸道在低滲環(huán)境下也可以對(duì)Na+和Cl-進(jìn)行重吸收, 而在高滲環(huán)境下, 通過(guò)腸道離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)體(CFTR)排出多余的離子, 進(jìn)行輔助的離子調(diào)節(jié)[29,30]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 洄游到貢格爾河后與河水轉(zhuǎn)運(yùn)后24h后的瓦氏雅羅魚(yú)腎和腸Na+/K+-ATPase活性均顯著升高, 表明瓦氏雅羅魚(yú)腸和腎在其適應(yīng)低滲環(huán)境進(jìn)行離子和水平衡的調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。這一結(jié)果與Wood等[25]對(duì)青海湖裸鯉的研究結(jié)果一致, 該研究發(fā)現(xiàn)青海湖裸鯉從布哈河水到青海湖水轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中湖魚(yú)鰓和腎Na+/K+-ATPase活性僅為河水中的30%和70%。因河水中離子濃度低于魚(yú)體, 因此, 魚(yú)體內(nèi)離子易流失, 雅羅魚(yú)腸道和腎Na+/K+-ATPase活性調(diào)高有利于通過(guò)腎臟和腸道對(duì)離子進(jìn)行重吸收, 這也可能是瓦氏雅羅魚(yú)在淡水中維持其體內(nèi)穩(wěn)定或較高離子水平的一種適應(yīng)性機(jī)制。

另外, 比較本試驗(yàn)中3種滲透調(diào)節(jié)組織中Na+/K+-ATPase活性, 發(fā)現(xiàn)在湖水中雅羅魚(yú)鰓和腸Na+/K+-ATPase活性顯著高于腎, 而在河水中腎和腸Na+/K+-ATPase活性高于鰓, 表明在不同水環(huán)境中鰓、腸、腎發(fā)揮滲透調(diào)節(jié)作用的重要性可能存在差異。與鰓相比, 目前我們對(duì)腎和腸在魚(yú)類滲透調(diào)節(jié)過(guò)程中的作用了解還較少, 特別是對(duì)于生活在高鹽堿環(huán)境中的魚(yú)類, 面臨鹽度和堿度的雙重作用,腸和腎在其適應(yīng)高鹽堿環(huán)境過(guò)程中如何發(fā)揮作用,還需要進(jìn)一步研究予以探討。

3.3 不同環(huán)境中瓦氏雅羅魚(yú)血清激素水平變化

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn), 生長(zhǎng)激素、類胰島素樣生長(zhǎng)因子-1、催乳素和皮質(zhì)醇等激素在魚(yú)類離子調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)揮重要作用[31,32]。這些激素可通過(guò)刺激機(jī)體合成新的蛋白, 從而影響氯細(xì)胞的增殖和分化,調(diào)節(jié)氯細(xì)胞中Na+/K+-ATPase的活性, 改變氯細(xì)胞對(duì)離子和水的運(yùn)輸能力[8,33,34], 以維持機(jī)體離子的平衡。本研究發(fā)現(xiàn)將達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)轉(zhuǎn)入河水中后24h后血清PRL水平顯著升高。PRL在低滲環(huán)境中升高在先前研究中已被證實(shí)。如Kakizawa等[35]發(fā)現(xiàn), 在大麻哈魚(yú)(Oncorhynchus keta)生殖洄游過(guò)程中, 捕于河中的雌、雄魚(yú)血漿PRL濃度均高于海洋和海灣中魚(yú)的濃度; Miguel等[36]研究也發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離海岸的河中金頭鯛(Sparus aurataL.)垂體PRLmRNA表達(dá)水平是海魚(yú)和海灣魚(yú)的3—5倍高; 比較海水適應(yīng)性和淡水適應(yīng)性羅非魚(yú)(Oreochromis mossambicus)也發(fā)現(xiàn), 前者魚(yú)鰓中催乳素受體的表達(dá)量明顯降低, 而后者血漿內(nèi)催乳素濃度顯著上升[37]; 這些研究均證實(shí), 催乳素在廣鹽性魚(yú)類適應(yīng)淡水進(jìn)行離子調(diào)節(jié)的過(guò)程中發(fā)揮重要作用, 本研究結(jié)果支持這一觀點(diǎn)。

IGF-1基因是生長(zhǎng)激素主要的目標(biāo)基因, 生長(zhǎng)激素調(diào)控IGF-1的表達(dá)水平, IGF-1直接作用于靶細(xì)胞, 介導(dǎo)生長(zhǎng)激素的生物學(xué)效應(yīng)[32]。近來(lái)的研究發(fā)現(xiàn), IGF-1除了具有生長(zhǎng)促進(jìn)作用, 似乎也在洄游性魚(yú)類海水適應(yīng)過(guò)程中起重要作用[38]。Cao等[39]對(duì)青海湖裸鯉的研究發(fā)現(xiàn)湖水組青海湖裸鯉血漿IGF-1顯著高于河水組。在金鱒(Oncorhynchus mykiss)、大西洋鮭(Salmo salar)和褐鱒(Salmo trutta)的研究中也顯示, 將其轉(zhuǎn)入海水后, 鰓IGF-1 mRNA表達(dá)量增加, 抗鹽能力顯著提高[32]。與上述研究結(jié)果不同,本研究中將瓦氏雅羅魚(yú)從湖水轉(zhuǎn)入到河水后其血清IGF-1水平顯著升高, 似乎表明IGF-1與PRL一樣均為低滲敏感激素。研究顯示, IGF-1無(wú)論在體內(nèi)還是體外均能刺激鰓Na+/K+-ATPase活性增加[40],本試驗(yàn)中河水轉(zhuǎn)運(yùn)后瓦氏雅羅魚(yú)鰓、腸和腎Na+/K+-ATPase活性顯著升高是一致的, 這似乎也證實(shí)PRL和IGF-1均可通過(guò)調(diào)控Na+/K+-ATPase的表達(dá)而參與低滲環(huán)境下離子的調(diào)節(jié)。但I(xiàn)GF-1和PRL的作用似乎是短暫的, 因?yàn)殇в蔚胶铀泻笸呤涎帕_魚(yú)3種激素水平與洄游前無(wú)顯著差異, 表明IGF-1和PRL在瓦氏雅羅魚(yú)從湖到河洄游的早期階段起到調(diào)控作用, 而當(dāng)體內(nèi)離子水平達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí), 激素水平也適應(yīng)性降低。還需要說(shuō)明的是, 與大麻哈魚(yú)的溯河洄游相似, 瓦氏雅羅魚(yú)從達(dá)里湖洄游到貢格爾河的過(guò)程中, 不僅滲透環(huán)境發(fā)生改變, 同時(shí)伴隨著性腺的發(fā)育成熟和餌料的缺乏, 機(jī)體需要?jiǎng)訂T所有能量以維持溯河洄游和產(chǎn)卵行為以及基礎(chǔ)代謝對(duì)能量的需求。因此, 激素水平的變化也可能是對(duì)體內(nèi)代謝發(fā)生改變后的綜合響應(yīng)。

3.4 瓦氏雅羅魚(yú)生殖洄游過(guò)程中鰓組織結(jié)構(gòu)變化

魚(yú)類的鰓上皮主要由泌氯細(xì)胞和扁平細(xì)胞構(gòu)成, 對(duì)鰓生理功能的正常發(fā)揮起著重要的作用[2]。氯細(xì)胞在鹽水環(huán)境中主要參與鹽的排泄, 而在淡水環(huán)境中主要參與離子的吸收[2], 且在不同滲透環(huán)境條件下氯細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布和數(shù)量會(huì)發(fā)生適應(yīng)性變化, 但不同種類間存在著一定差異[41]。本研究發(fā)現(xiàn), 瓦氏雅羅魚(yú)鰓氯細(xì)胞數(shù)量在達(dá)里湖和貢格爾河中未見(jiàn)明顯差異, 但在河水中氯細(xì)胞體積比湖水中略大, 這一結(jié)果與O?uz[4]對(duì)凡湖塔氏卡拉白魚(yú)(Chalcalburnus tarichi)的研究結(jié)果相似。氯細(xì)胞中含有大量的Na+, K+-ATPase, 是氯細(xì)胞進(jìn)行離子轉(zhuǎn)運(yùn)的重要能量來(lái)源[41], 通常氯細(xì)胞數(shù)量和形態(tài)與Na+, K+-ATPase表達(dá)在環(huán)境鹽度改變后響應(yīng)一致。在本試驗(yàn)中達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)鰓氯細(xì)胞數(shù)量在湖中和洄游到河中后未見(jiàn)明顯變化, 這與鰓Na+, K+-ATPase活性無(wú)顯著改變的結(jié)果是一致的, 而腸和腎組織中Na+, K+-ATPase活性顯著升高, 表明在湖水中鰓氯細(xì)胞可能在Na+、Cl-離子的排泄過(guò)程中發(fā)揮重要作用, 而洄游到河水中后可能主要是腸和腎組織參與離子的吸收。

黏液細(xì)胞是普遍存在于水生動(dòng)物上皮中的一種腺體細(xì)胞, 能分泌黏液于上皮表面, 黏液中含有黏多糖、糖蛋白、免疫球蛋白及各種水解性酶類等多種活性物質(zhì)[42], 起到潤(rùn)滑、保護(hù)和抑制微生物的作用[41]。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在達(dá)里湖中瓦氏雅羅魚(yú)鰓基底膜上分布著大量的黏液細(xì)胞, 而洄游到貢格爾河后僅見(jiàn)少量黏液細(xì)胞存在。鰓黏液細(xì)胞數(shù)量受水環(huán)境鹽度影響已被報(bào)道, 如將大西洋鮭從海水轉(zhuǎn)入淡水中3h后, 鰓黏液細(xì)胞數(shù)量顯著增加[43];將紅大麻哈魚(yú)從淡水轉(zhuǎn)入海水中后, 鰓上皮黏液細(xì)胞數(shù)量增加[44], 但這些研究均指出黏液細(xì)胞數(shù)量的變化還受到適應(yīng)鹽度和鹽度適應(yīng)過(guò)程的影響[43]。因?yàn)槁燃?xì)胞的離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能已被廣泛證實(shí), 而研究發(fā)現(xiàn)許多氯細(xì)胞存在頂隱窩, 而頂隱窩中充滿黏液樣物質(zhì); 另外, 上皮細(xì)胞中糖萼類物質(zhì)也曾被認(rèn)為可能參與離子調(diào)節(jié)[45], 這些證據(jù)使得較多研究均指出黏液可能在魚(yú)類離子調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)揮重要作用,但到目前為止, 仍沒(méi)有直接的試驗(yàn)予以證實(shí)。因此,達(dá)里湖瓦氏雅羅魚(yú)鰓黏液細(xì)胞在湖水中是否參與離子調(diào)節(jié)及其可能機(jī)制尚不清楚, 今后仍需進(jìn)行深入研究。

4 結(jié)論

瓦氏雅羅魚(yú)從高離子環(huán)境的達(dá)里湖洄游到低離子環(huán)境的貢格爾河, 在這一過(guò)程中其離子調(diào)節(jié)相關(guān)生理功能發(fā)生適應(yīng)性變化以調(diào)節(jié)體內(nèi)外的離子平衡, 通過(guò)提高血清PRL和IGF-1水平, 進(jìn)而介導(dǎo)鰓、腸和腎組織中Na+/K+-ATPase活性增加, 從而維持魚(yú)體較高或穩(wěn)定的血清離子水平。