顧楠 戴習林
摘要:【目的】探究慢性氨氮脅迫對凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)生理生化和血藍蛋白基因表達的影響,明確氨氮脅迫的毒性作用,為養(yǎng)殖戶在對蝦中后期健康養(yǎng)殖管理上提供技術(shù)參考,同時豐富凡納濱對蝦的毒理研究資料?!痉椒ā刻暨x540尾平均初始濕體重9.92±0.24 g/尾的健康凡納濱對蝦,隨機分成6個組,每組設(shè)3個重復(fù),暴露于不同氨氮濃度[0(對照)、4、6、8、12和16 mg/L]的曝氣自來水中,分別于脅迫16、17、18、19和20 d時取樣測定凡納濱對蝦的血淋巴氨氮、尿素氮及血藍蛋白含量,脅迫結(jié)束后統(tǒng)計凡納濱對蝦的體長增長率、體重增長率和存活率,同時取鰓組織和肝胰腺制作石蠟切片。【結(jié)果】慢性氨氮脅迫16~20 d,各脅迫處理組凡納濱對蝦的存活率、體重增長率和體長增長率均隨氨氮濃度的增加而依次降低,且顯著低于對照組凡納濱對蝦(P<0.05,下同)。隨著氨氮脅迫時間的延長,各脅迫處理組凡納濱對蝦血淋巴氨氮和尿素氮含量均明顯高于對照組凡納濱對蝦,且二者的變化趨勢基本一致;各脅迫處理組凡納濱對蝦血藍蛋白含量均顯著低于對照組凡納濱對蝦,且血藍蛋白含量的變化趨勢總體上與水體氨氮濃度呈負相關(guān),血藍蛋白基因的表達水平與血藍蛋白含量變化趨勢基本相符,總體上表現(xiàn)為氨氮脅迫時間越長,凡納濱對蝦血藍蛋白基因的相對表達量越低。經(jīng)慢性氨氮脅迫后凡納濱對蝦鰓組織和肝胰腺嚴重受損,鰓絲腫脹,核固縮,血淋巴細胞增多,局部空泡化、結(jié)構(gòu)不完整,鰓呼吸上皮細胞大面積脫落;胰腺管腫大,空泡化嚴重,肝小管排列紊亂,管腔擴大,邊界模糊,肝小管間隙和管腔中可觀察到破碎的細胞組織?!窘Y(jié)論】慢性氨氮脅迫對凡納濱對蝦的生長及生存有明顯影響,造成血淋巴氨氮和尿素氮含量增加,并下調(diào)血藍蛋白基因表達及阻礙血藍蛋白合成,凡納濱對蝦的鰓組織和肝胰腺嚴重受損。即慢性氨氮脅迫引起的呼吸功能障礙及肝胰腺代謝功能紊亂,是導(dǎo)致凡納濱對蝦應(yīng)激死亡的主要原因。
關(guān)鍵詞: 凡納濱對蝦;慢性氨氮脅迫;尿素氮;血藍蛋白;組織損傷
中圖分類號: S9117.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼: A 文章編號:2095-1191(2021)04-1098-10
Effects of chronic ammonia nitrogen stress on physiology and biochemistry indexes and hemocyanin gene expression of Litopenaeus vannamei
GU Nan1,2,3, DAI Xi-lin1,2,3*
(1National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education (Shanghai Ocean University), Shanghai 201306, China; 2Key Lad of Freshwater Aquatic Germplasm Resources of Ministry of Agriculture and Rural Affairs (Shanghai Ocean University), Shanghai 201306, China; 3Shanghai Collaborative Innovation for Aquatic Animal
Genetics and Breeding(Shanghai Ocean University), Shanghai? 201306, China)
Abstract:【Objective】To investigate the effects of chronic ammonia nitrogen stress on the physiology, biochemistry and expression of hemocyanin gene of Litopenaeus vannamei,clarify the toxic effect of ammonia nitrogen stress,and provide reference for farmers in the middle and late stage of healthy culture management of shrimp, and enrich the toxicological research data of L. vannamei at the same time. 【Method】540 healthy L. vannamei with an average initial wet body weight of 9.92±0.24 g per shrimp were randomly divided into 6 groups, each group was set with 3 replicates,each of which was exposed to aerated tap water at different ammonia nitrogen concentrations(0, 4, 6, 8, 12 and 16 mg/L). Samples were taken at 16, 17, 18, 19 and 20 d to determine the contents of ammonia nitrogen, urea nitrogen and hemocyanin of L. vannamei, respectively. After the stress, the growth rate of body length, the rate of weight gain and the survival rate were counted. At the same time, the gill tissue and hepatopancreas were taken for paraffin section. 【Result】From 16 to 20 d of chronic ammonia nitrogen stress,? the survival rate,the growth rate of weight gain and body length of L. vannamei in each stress group decreased in turn with the increase of ammonia nitrogen concentration,and significantly lower than that of the control group(P<0.05,the same below). With the prolongation of ammonia nitrogen stress time, ammonia nitrogen and urea nitrogen in hemolymph of each stress group were higher than those of the control group,and the change trend of the two was basically consistent; the content of hemocyanin in each stress group was significantly lower than that of the control group,and the variation trend of hemocyanin content was negatively correlated with the concentration of ammonia nitrogen in water,the expression of hemocyanin gene was basically consistent with the change trend of hemocyanin content, which generally showed that the longer ammonia-nitrogen stress time was, the lower the relative expression level of hemocyanin gene was. After chronic ammonia nitrogen stress, the gill tissue and hepatopancreas of L. vannamei were ser-iously damaged, including gill filament swelling, nuclear pyknosis, increased blood lymphocytes, local vacuolation and incomplete structure, and large area of gill respiratory epithelial cells were exfoliated. Pancreatic ducts were enlarged with severe vacuolization, hepatic tubules were arranged disorderly, lumen was enlarged and the boundary was blurred, and broken cells and tissues could be observed in the space between the hepatic tubules and lumen. 【Conclusion】Chronic ammonia nitrogen stress has a great inhibition on the growth and survival rate of L. vanname. It will increase the content of ammonia nitrogen and urea nitrogen in hemolymph, decrease the relative expression level of hemocyanin mRNA, block the synthesis of hemocyanin,and cause serious damage to gill and hepatopancreas. Respiratory dysfunction and hepatopancreas metabolic dysfunction caused by chronic ammo nianitrogen stress are the main causes of stress death of L. vannamei.
Key words: Litopenaeus vannamei; chronic ammonia nitrogen stress; urea nitrogen; hemocyanin; tissue damage
Foundation item: Shanghai Shrimp Industry Technology System Construction Special Project(HNKGZ〔2014〕7-1-11)
0 引言
【研究意義】凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)因具有生長速度快、抗逆性強,可適應(yīng)不同鹽度、溫度及養(yǎng)殖密度環(huán)境,以及肉質(zhì)鮮美、食用率高等特點,在我國沿海地區(qū)已廣泛養(yǎng)殖,且在內(nèi)陸省份己成功進行人工養(yǎng)殖(張彬等,2014;邱立國,2017)。在高度集約化養(yǎng)殖模式下,養(yǎng)殖水體極易出現(xiàn)氨氮過量積累,進而對凡納濱對蝦的生長、蛻殼、滲透調(diào)節(jié)、免疫及排泄等生理活動產(chǎn)生重要影響(孫健,2017;范鵬程等,2019;熊大林等,2020)。氨氮是集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中普遍存在的有害因子,因此探究慢性氨氮脅迫對凡納濱對蝦的影響,對促進我國對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義?!厩叭搜芯窟M展】至今,有關(guān)氨氮脅迫對水生動物的影響已有較多研究報道。在生理生化方面,氨氮脅迫會顯著影響日本沼蝦(Macrobrachium nipponense)血淋巴中的生化指標(王國江,2008),可導(dǎo)致紅螯螯蝦(Cherax quadricarinatus)的血細胞總數(shù)下降(潘訓彬等,2017),對中國對蝦(Fenneropenaeus chinensis)的血淋巴氨氮含量、尿素氮含量及抗氧化能力造成顯著影響(王蕓等,2017),還會影響擬穴青蟹(Scylla paramamosain)的血清免疫酶活力(彭軍輝等,2018)。在生長性能方面,氨氮脅迫對水生動物的攝食、消化及生長均會產(chǎn)生不利影響(崔平和強俊,2018;胡煒等,2018;唐首杰等,2019)。在器官組織病理變化方面,氨氮脅迫通過損傷水生動物的鰓組織及肝胰腺顯微結(jié)構(gòu),致使機體的抗氧化系統(tǒng)和非特異性免疫系統(tǒng)下降,呼吸功能及正常生理代謝受阻,進而引起機體新陳代謝和解毒功能下降(許星鴻等,2014;王貞杰等,2017;陳思涵等,2018)。在基因表達方面,受氨氮脅迫后中國對蝦通過調(diào)控HSP90基因來保護細胞(王蕓等,2013),尼羅羅非魚通過調(diào)控鰓組織、肝臟和腎臟中的不同氨代謝基因共同參與調(diào)節(jié)氨代謝而提高機體對氨氮的耐受性(吳俊偉等,2016),大彈涂魚(Boleophthalmus pectinirostris)的TNF、IL-1、IL-6和IL-8等炎性反應(yīng)相關(guān)基因表達量持續(xù)升高,故推測過度炎性應(yīng)激可能是導(dǎo)致魚類氨中毒死亡的主要原因之一(宋美澤等,2018)?!颈狙芯壳腥朦c】目前,國內(nèi)外有關(guān)氨氮脅迫凡納濱對蝦的影響研究主要屬于急性脅迫,脅迫時間較短,且對蝦規(guī)格較小,研究結(jié)果適用于養(yǎng)殖前期的凡納濱對蝦,而針對中等規(guī)格以上凡納濱對蝦長時間處于氨氮脅迫下的毒性試驗較少?!緮M解決的關(guān)鍵問題】從對蝦生長發(fā)育、存活率、生理生化指標、鰓組織和肝胰腺顯微結(jié)構(gòu)及血藍蛋白基因相對表達水平等方面綜合探究凡納濱對蝦對氨氮脅迫的響應(yīng),明確氨氮脅迫對凡納濱對蝦的毒性作用,以期為養(yǎng)殖戶在對蝦中后期健康養(yǎng)殖管理上提供技術(shù)參考,同時豐富凡納濱對蝦的毒理研究資料。
1 材料與方法
1. 1 試驗動物
供試凡納濱對蝦取自上海良星水稻種植專業(yè)合作社,在鹽度2‰且提前曝氣2 d的自來水中馴養(yǎng)1周;然后飼養(yǎng)于水泥池中,池水深度1 m。整個試驗周期的養(yǎng)殖水體鹽度2‰,水溫(27.0±1.1)℃,pH 7.60±0.08,氣泡石24 h充氧。最初投餌量為初始體重的1.5%,每天投喂3次,并根據(jù)攝食情況及時調(diào)整投餌量。
1. 2 試驗設(shè)計
挑選540尾平均初始濕體重9.92±0.24 g/尾的健康凡納濱對蝦,隨機分成6組,每組設(shè)3個重復(fù),每個重復(fù)30尾對蝦,分別暴露于不同氨氮濃度(0、4、6、8、12和16 mg/L)的曝氣自來水中,脅迫周期20 d。以0 mg/L氨氮濃度為對照。參照孫國銘等(2002)的方法確定氨氮濃度,并根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果進行適度調(diào)整。
1. 3 養(yǎng)殖水體氨氮濃度測定
養(yǎng)殖水體氨氮濃度測定采用納氏試劑法(王華等,2013),每天測定2次,使用氯化銨調(diào)整水體氨氮濃度達穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)溫度、pH、鹽度、總氨氮濃度換算養(yǎng)殖水體分子氨濃度(王琨和韓英,2007)。
1. 4 樣品采集及指標測定
分別于脅迫16、17、18、19和20 d時,各脅迫處理組隨機選取凡納濱對蝦3尾,采用一次性1.0 mL無菌注射器吸取抗凝劑于凡納濱對蝦頭胸甲后緣插入圍心竇內(nèi)抽取血淋巴樣品,將抽取的血淋巴樣品混勻,用于測定凡納濱對蝦的血淋巴氨氮、尿素氮及血藍蛋白含量。脅迫16和20 d時隨機取樣置于冰盤內(nèi),剖解取出肝胰臟,去除多余組織,以預(yù)冷超純水洗凈,濾紙吸干后置于裝有RNA Keeper的1.5 mL離心管中,-80 ℃超低溫保存?zhèn)溆?。脅迫結(jié)束后統(tǒng)計凡納濱對蝦的體長增長率、體重增長率和存活率;同時取鰓組織和肝胰臟制作石蠟切片,用于觀察其顯微結(jié)構(gòu)的損傷情況。
1. 4. 1 生長指標及存活率計算
體長增長率(%)=(終末體長-初始體長)/初始
體長×100
體重增長率(%)=(終末體重-初始體重)/初始
體重×100
存活率(%)=存活數(shù)/初始總數(shù)×100
1. 4. 2 血淋巴氨氮尿素氮含量測定 采用南京建成生物工程研究所研發(fā)的血氨測定試劑盒和尿素氮測試盒進行血淋巴氨氮和尿素氮含量測定。
1. 4. 3 血藍蛋白含量測定 采用紫外吸收法測定血藍蛋白含量,將抽取的血淋巴樣品稀釋至1%,移液槍吸取0.04 mL血淋巴稀釋液,以紫外分光光度計在334 nm波長處測定吸光值,參照王順昌和許立(2003)的方法換算血藍蛋白含量。
血藍蛋白含量(mmol/L)=2.69E[1%1 cm]
式中,E[1%1 cm]表示1%血淋巴稀釋液在光徑為1 cm石英比色皿中的吸光值。
1. 4. 4 血藍蛋白基因表達水平測定 采用UNIQ-10柱式TRIzol總RNA抽提試劑盒(B511321)抽提樣品RNA,以1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測是否存在基因組污染,并使用核酸定量儀檢測RNA濃度及純度。將RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA,并根據(jù)凡納濱對蝦血藍蛋白cDNA序列,以Primer Premier 5.0設(shè)計實時熒光定量PCR擴增特異性引物(表1),引物合成和cDNA樣品測序均委托生工生物工程(上海)股份有限公司完成。完成實時熒光定量PCR檢測后,采用2-△△Ct法換算凡納濱對蝦血藍蛋白基因相對表達量。
1. 4. 5 鰓組織和肝胰腺石蠟切片制作 將鰓組織和肝胰腺放入中性甲醛溶液中固定24 h,以乙醇逐級脫水,石蠟包埋后切片,HE染色,置于生物顯微鏡(XSP-BM-12CAV)下觀察并拍照。
1. 5 統(tǒng)計分析
試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0進行單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan?s多重比較。
2 結(jié)果與分析
2. 1 養(yǎng)殖水體總氨氮與分子氨的濃度變化
上午測定結(jié)果(圖1-A)顯示,對照組(0 mg/L)養(yǎng)殖水體總氨氮濃度維持在0.1~0.6 mg/L,4 mg/L組維持在3.0~5.0 mg/L,6 mg/L組維持在4.7~6.7 mg/L,8 mg/L組維持在6.4~10.2 mg/L,12 mg/L組維持在10.8~14.8 mg/L,16 mg/L組維持在14.3~16.5 mg/L。下午調(diào)整養(yǎng)殖水體氨氮濃度后的測定結(jié)果(圖1-B)顯示,對照組(0 mg/L)養(yǎng)殖水體總氨氮濃度維持在0.1~0.3 mg/L,4 mg/L組維持在3.1~4.7 mg/L,6 mg/L組維持在5.3~6.6 mg/L,8 mg/L組維持在7.1~8.8 mg/L,12 mg/L組維持在11.3~13.8 mg/L,16 mg/L組維持在15.1~16.7 mg/L。
上午測定結(jié)果(圖2-A)顯示,對照組(0 mg/L)養(yǎng)殖水體分子氨濃度維持在0.00~0.02 mg/L,4 mg/L組維持在0.07~0.12 mg/L,6 mg/L組維持在0.11~0.16 mg/L,8 mg/L組維持在0.15~0.24 mg/L,12 mg/L組維持在0.25~0.33 mg/L,16 mg/L組維持在0.34~0.39 mg/L。下午調(diào)整養(yǎng)殖水體氨氮濃度后的測定結(jié)果(圖2-B)顯示,對照組(0 mg/L)養(yǎng)殖水體分子氨濃度維持在0.00~0.01 mg/L,4 mg/L組維持在0.08~0.11 mg/L,6 mg/L組維持在0.13~0.16 mg/L,8 mg/L組維持在0.17~0.21 mg/L,12 mg/L組維持在0.27~0.31 mg/L,16 mg/L組維持在0.36~0.39 mg/L。
2. 2 凡納濱對蝦的存活率及其生長狀況
由表2可知,脅迫15 d后各脅迫處理組凡納濱對蝦存活率隨氨氮濃度的增加而逐漸降低,且各脅迫處理組間差異顯著(P<0.05,下同);至脅迫20 d,各脅迫處理組凡納濱對蝦存活率均隨脅迫時間的延長繼續(xù)降低,且顯著低于對照組凡納濱對蝦的存活率,隨氨氮濃度的增加凡納濱對蝦存活率依次降低。可見,慢性氨氮脅迫下凡納濱對蝦的生存受到顯著抑制,且氨氮濃度越高影響越大。由表3可知,脅迫20 d后各脅迫處理組凡納濱對蝦的體重增長率和體長增長率均隨氨氮濃度的增加依次降低,且各脅迫處理組間差異顯著,說明慢性氨氮脅迫下凡納濱對蝦的生長也受到顯著影響。
2. 3 凡納濱對蝦血淋巴氨氮及尿素氮含量的變化
由圖3可看出,脅迫15 d后各脅迫處理組凡納濱對蝦的血淋巴氨氮含量均明顯高于對照組凡納濱對蝦。脅迫16 d時,除4 mg/L組外,其他脅迫處理組凡納濱對蝦的血淋巴氨氮含量均顯著高于對照組凡納濱對蝦;脅迫17 d時,8、12和16 mg/L組凡納濱對蝦的血淋巴氨氮含量顯著高于對照組凡納濱對蝦,且以8 mg/L組凡納濱對蝦的血淋巴氨氮含量最高;脅迫18 d時也表現(xiàn)為除4 mg/L組外,其他脅迫處理組凡納濱對蝦的血淋巴氨氮含量均顯著高于對照組凡納濱對蝦,以16 mg/L組凡納濱對蝦的血淋巴氨氮含量最高;脅迫19和20 d后,各脅迫處理組凡納濱對蝦的血淋巴氨氮含量均顯著高于對照組凡納濱對蝦。在血淋巴尿素氮含量方面,各脅迫處理組凡納濱對蝦的血淋巴尿素氮含量均隨氨氮脅迫時間的延長呈先升高后降低的變化趨勢,且總體上與水體氨氮濃度呈正相關(guān),高濃度(12和16 mg/L)脅迫處理組凡納濱對蝦的血淋巴尿素氮含量顯著高于對照組凡納濱對蝦(圖4)。脅迫18 d時,8、12和16 mg/L組凡納濱對蝦的血淋巴尿素氮含量顯著高于對照組凡納濱對蝦,且各脅迫處理組凡納濱對蝦的血淋巴尿素氮含量均達最高值,與凡納濱對蝦血淋巴氨氮含量的變化趨勢基本吻合;至脅迫20 d時,除4 mg/L組外,其他脅迫處理組凡納濱對蝦的血淋巴尿素氮含量均顯著高于對照組凡納濱對蝦。
2. 4 凡納濱對蝦血藍蛋白含量的變化
由圖5可看出,經(jīng)氨氮脅迫15 d后,各脅迫處理組凡納濱對蝦血藍蛋白含量均顯著低于對照組凡納濱對蝦,且凡納濱對蝦血藍蛋白含量的變化趨勢總體上與水體氨氮濃度呈負相關(guān),表明凡納濱對蝦在長期的氨氮脅迫下其蛋白合成代謝受阻,進而影響血藍蛋白的合成。血藍蛋白是含銅的呼吸蛋白,凡納濱對蝦血藍蛋白含量降低可能會影響其呼吸作用。
2. 5 凡納濱對蝦血藍蛋白基因表達水平的變化
由圖6可知,脅迫15和20 d時各脅迫處理組凡納濱對蝦血藍蛋白基因的相對表達量均顯著低于對照組凡納濱對蝦,且總體上表現(xiàn)為氨氮脅迫時間越長,各脅迫處理組凡納濱對蝦血藍蛋白基因的相對表達量越低,表明血藍蛋白基因表達受慢性氨氮脅迫的影響,進而影響血藍蛋白的合成,以及與血藍蛋白相關(guān)的正常生理功能。
2. 6 凡納濱對蝦鰓組織和肝胰腺顯微結(jié)構(gòu)的變化
2. 6. 1 鰓組織的病理變化 由圖7可看出,經(jīng)慢性氨氮脅迫后凡納濱對蝦鰓組織嚴重受損,鰓呼吸作用及其正常代謝均受到影響,具體病理變化表現(xiàn)為:鰓絲腫脹,核固縮,血淋巴細胞增多,局部空泡化、結(jié)構(gòu)不完整;鰓呼吸上皮細胞大面積脫落,鰓膜碎化,有大量酸性物質(zhì)分泌,經(jīng)HE染色呈紅色;鰓葉末端的亞幾丁質(zhì)層結(jié)構(gòu)破碎,亞幾丁質(zhì)空間被破壞。
2. 6. 2 肝胰腺的病理變化 由圖8可看出,經(jīng)慢性氨氮脅迫后凡納濱對蝦胰腺管腫大,空泡化嚴重;星狀管腔變形,空泡間的結(jié)締組織被損壞,多個空泡融合為一個大的空泡;肝小管排列紊亂,管腔擴大,邊界模糊;肝小管出現(xiàn)破裂,細胞體積增大,細胞大量解體,肝小管間隙和管腔中可觀察到破碎的細胞組織。
3 討論
本研究發(fā)現(xiàn),凡納濱對蝦養(yǎng)殖水體氨氮濃度經(jīng)每天調(diào)整與設(shè)計濃度基本一致,偶有升高,其原因可能是剩余餌料及代謝產(chǎn)生的糞便等所引起(吳堃等,2017)。在水體中,氨主要以離子化(NH4+)和非離子化形式(NH3)存在(Dutra et al.,2016),且其濃度變化與水溫、鹽度及pH均有關(guān)(Barbieri,2010;Frisk et al.,2013)。甲殼動物的氨氮排泄也受養(yǎng)殖水體pH影響。于敏等(2007)研究證實,當養(yǎng)殖水體pH≤9.0時,中華絨螯蟹的氨氮排泄變化不明顯,但養(yǎng)殖水體pH升高至10.5后,其氨氮排泄急劇下降,且排泄過程具有不連續(xù)性。
隨著水體NH3含量的升高及脅迫時間的延長,魚類攝食量開始減少,生長速度減慢,嚴重者生長開始停滯(唐首杰等,2019)。胡煒等(2018)研究發(fā)現(xiàn),當水體氨氮濃度超過2 mg/L后,刺參的末體重和特定生長率均隨氨氮濃度的升高呈顯著下降趨勢。管敏等(2019)研究表明,在慢性氨氮脅迫下,F(xiàn)2代中華鱘的生長受到顯著抑制,其抗氧化能力及免疫能力也同步降低。本研究結(jié)果表明,經(jīng)慢性氨氮脅迫后,凡納濱對蝦的體長增長率、增重增長率和存活率均隨氨氮濃度的升高而呈遞減趨勢,說明氨氮脅迫濃度升高對凡納繽對蝦的生長及生存有明顯影響。此外,隨著脅迫時間的延長,各脅迫處理組凡納濱對蝦血淋巴氨氮不斷積累,至脅迫19和20 d時其含量均顯著高于對照組凡納濱對蝦,與王蕓等(2017)的研究結(jié)果相似,即隨著氨氮脅迫時間的延長,中國明對蝦血淋巴氨氮含量逐漸積累。甲殼類動物的尿素氮生成主要來源于鳥苷酸循環(huán)及尿酸分解,而后者的形成主要源于核苷酸降解。本研究結(jié)果表明,慢性氨氮脅迫下凡納濱對蝦血淋巴中的尿素氮和氨氮含量變化趨勢基本一致,可能是隨著凡納濱對蝦血淋巴氨氮含量的升高,凡納濱對蝦會啟動自身的解毒機制,將毒性較強的氨氮轉(zhuǎn)化為相對較弱的尿素氮(于敏等,2008)。
血藍蛋白是位于節(jié)肢動物(螯肢類、甲殼類、多足類和蜘蛛類)和軟體動物(腹足類和頭足類)血淋巴中的含銅呼吸蛋白,除了具有輸氧功能外,還可通過多種方式參與機體免疫防御,是蝦蟹等水產(chǎn)養(yǎng)殖動物重要的多功能免疫因子(張澤蕙等,2016;竇全偉,2018)。王國江(2008)研究表明,氨氮和亞硝態(tài)氮對日本沼蝦血淋巴中的血細胞數(shù)量、生理生化指標、酚氧化酶活性及血藍蛋白含量均產(chǎn)生顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn),慢性氨氮脅迫15 d后,各脅迫處理組凡納濱對蝦血藍蛋白含量均顯著低于對照組凡納濱對蝦,且凡納濱對蝦血藍蛋白含量的變化趨勢總體上與水體氨氮濃度呈負相關(guān),血藍蛋白基因的表達水平與血藍蛋白含量變化趨勢基本相符,總體上表現(xiàn)為氨氮脅迫時間越長,凡納濱對蝦血藍蛋白基因的相對表達量越低??梢?,慢性氨氮脅迫通過下調(diào)凡納濱對蝦血藍蛋白基因表達,而阻礙血藍蛋白合成,進而影響凡納濱對蝦的呼吸功能及免疫功能等,可能是導(dǎo)致其死亡的主要原因。
氨氮是當前水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中普遍存在的污染因子,可通過水生動物的鰓組織而滲入其血淋巴中,從而引起血淋巴氨氮含量升高,同時對鰓組織結(jié)構(gòu)造成損傷。鰓組織與外界水環(huán)境直接接觸,當水環(huán)境中存在不利因子如重金屬時,極易對鰓組織造成損傷(王權(quán)等,2012)。已有研究表明,長期氨氮脅迫對凡納濱對蝦的鰓組織和肝胰腺均會造成嚴重損傷(趙衛(wèi)紅等,2014;Liu et al.,2014)。此外,水環(huán)境變化會影響甲殼類動物肝胰腺中B細胞和R細胞的組成比例(趙柳蘭,2012;韓曉琳等,2014)。本研究結(jié)果表明,經(jīng)慢性氨氮脅迫后凡納濱對蝦鰓組織嚴重受損,鰓絲腫脹,核固縮,血淋巴細胞增多,局部空泡化、結(jié)構(gòu)不完整,鰓呼吸上皮細胞大面積脫落,有大量酸性物質(zhì)分泌,鰓葉末端的亞幾丁質(zhì)層結(jié)構(gòu)破碎,亞幾丁質(zhì)空間被破壞;胰腺管腫大,空泡化嚴重,肝小管排列紊亂,管腔擴大,邊界模糊,肝小管間隙和管腔中可觀察到破碎的細胞組織。可見,慢性氨氮脅迫引起的呼吸功能障礙及肝胰腺代謝功能紊亂,是導(dǎo)致凡納濱對蝦應(yīng)激死亡的主要原因。
4 結(jié)論
慢性氨氮脅迫對凡納濱對蝦的生長及生存有明顯影響,造成血淋巴氨氮和尿素氮含量增加,并下調(diào)血藍蛋白基因表達及阻礙血藍蛋白合成,凡納濱對蝦的鰓組織和肝胰腺嚴重受損。即慢性氨氮脅迫引起的呼吸功能障礙及肝胰腺代謝功能紊亂,是導(dǎo)致凡納濱對蝦應(yīng)激死亡的主要原因。
參考文獻:
陳思涵,彭瑞冰,黃晨,趙晨曦,李建平,薛瑞萍,蔣霞敏. 2018. 急性氨氮脅迫對虎斑烏賊肝臟、鰓和腦組織結(jié)構(gòu)的影響[J]. 水產(chǎn)學報,42(9):1348-1357. doi:10.11964/jfc.20171211109. [Chen S H,Peng R B,Huang C,Zhao C X,Li J P,Xue R P,Jiang X M. 2018. Effects of acute ammonia exposure on histopathology of liver,gill and brain in juvenile cuttlefish(Sepia pharaonis)[J]. Journal of Fisheries of China,42(9):1348-1357.]
崔平,強俊. 2018. pH與氨氮對黃顙魚幼魚生長與肝臟超氧化物歧化酶的影響[J]. 淡水漁業(yè),48(4):39-44. doi:10. 13721/j.cnki.dsyy.20180516.008. [Cui P,Qiang J. 2018. Growth and hepatic SOD activity of darkbarbel catfish Pelteobagrus vachelli under influences of water pH and ammonia nitrogen[J]. Freshwater Fisheries,48(4):39-44.]
竇全偉. 2018. 脊尾白蝦血藍蛋白大亞基及其變體的克隆及免疫功能研究[D]. 大連:大連海洋大學. [Dou Q W. 2018. Cloning and immunological function of Exopalaemon carinicauda hemocyanin subunit with higher mole-cular weight and its variants[D]. Dalian:Dalian Ocean University.]
范鵬程,徐武杰,文國樑,徐煜,許云娜,李卓佳,楊鏗,張建設(shè),曹煜成. 2019. 基于生物絮團技術(shù)構(gòu)建的零換水養(yǎng)殖系統(tǒng)對凡納濱對蝦高密度養(yǎng)殖效果分析[J]. 南方農(nóng)業(yè)學報,50(12):2833-2840. doi:10.3969/j.issn.2095-1191. 2019.12.28. [Fan P C,Xu W J,Wen G L,Xu Y,Xu Y N,Li Z J,Yang K,Zhang J S,Cao Y C. 2019. Production trial and analysis of Litopenaeus vannamei based on biofloc technology at a high density in zero-water exchange systems[J]. Journal of Southern Agriculture,50(12):2833-2840.]
管敏,張德志,唐大明,張厚本. 2019. 慢性氨氮脅迫對子二代中華鱘生長、抗氧化及免疫指標的影響[J]. 海洋漁業(yè),41(6):684-693. doi:10.13233/j.cnki.mar.fish.2019.06.004. [Guan M,Zhang D Z,Tang D M,Zhang H B. 2019. Effects of chronic ammonia stress on growth,antioxidative and immunity indices of F2? Acipenser sinensis[J]. Marine Fishe-ries,41(6):684-693.]
韓曉琳,高保全,王好鋒,劉萍,陳萍,李華. 2014. 低鹽脅迫對三疣梭子蟹鰓和肝胰腺顯微結(jié)構(gòu)及家系存活的影響[J]. 漁業(yè)科學進展,35(1):104-110. doi:10.3969/j.issn.1000-7075.2014.01.015. [Han X L,Gao B Q,Wang H F,Liu P,Chen P,Li H. 2014. Effects of low salinity stress on microstructure of gill and hepatopancreas and family survival rate of Portunus trituberculatus[J]. Progress in Fi-shery Sciences,35(1):104-110.]
胡煒,趙斌,李成林,韓莎,張少春. 2018. 慢性氨氮脅迫對刺參攝食與消化酶活性的影響[J]. 中國水產(chǎn)科學,25(1):137-146. doi:10.3724/SP.J.1118.2018.17117. [Hu W,Zhao B,Li C L,Han S,Zhang S C. 2018. Effects of chronic ammonia nitrogen stress on the feeding and digestive enzyme activities of sea cucumber(Apostichopus japonicas Selenka)[J]. Journal of Fishery Sciences of China,25(1):137-146.]
潘訓彬,張秀霞,冼健安. 2017. 急性氨氮脅迫對紅螯螯蝦血細胞凋亡的影響[J]. 河北漁業(yè),(11):4-7. doi:10.3969/j.issn.1004-6755.2017.11.002. [Pan X B,Zhang X X,Xian J A. 2017. Effect of acute ammonia-N stress on haemocyte apoptosis of the red claw crayfish Cherax quadrica-rinatus[J]. Hebei Fisheries,(11):4-7.]
彭軍輝,陳麗英,程長洪,馮娟,馬紅玲,郭志勛. 2018. 氨氮對擬穴青蟹的急性毒性及對其血清免疫相關(guān)酶活力的影響[J]. 漁業(yè)科學進展,39(5):114-121. doi:10.19663/j.issn.2095-9869.20170907001. [Peng J H,Chen L Y,Cheng C H,F(xiàn)eng J,Ma H L,Guo Z X. 2018. Acute toxi-city of ammonia nitrogen to Scylla paramamosain and its influence on immune factors in serum[J]. Progress in Fishery Sciences,39(5):114-121.]
邱立國. 2017. 凡納濱對蝦不同家系氨氮代謝相關(guān)酶及相應(yīng)基因應(yīng)答氨氮脅迫的比較研究[D]. ??冢汉D洗髮W. [Qiu L G. 2017. Comparative studies on ammonia-N related enzymes and corresponding genes responding to ammonia between different families of shrimp Litopenaeus vannamei[D]. Haikou:Hainan University.]
宋美澤,黎明,李健,袁莉霞,王日昕,石戈. 2018. 急性氨氮暴露對大彈涂魚炎性反應(yīng)相關(guān)基因表達的影響[J]. 水產(chǎn)學報,42(11):1704-1710. doi:10.11964/jfc.20170610858. [Song M Z,Li M,Li J,Yuan L X,Wang R X,Shi G. 2018. Effects of acute ammonia exposure on gene involved in inflammation of mudskipper[J]. Journal of Fisheries of China,42(11):1704-1710.]
孫國銘,湯建華,仲霞銘. 2002. 氨氮和亞硝酸氮對南美白對蝦的毒性研究[J]. 水產(chǎn)養(yǎng)殖,(1):22-24. doi:10.3969/j.issn.1004-2091.2002.01.010. [Sun G M,Tang J H,Zhong X M. 2002. Toxicity research of ammonia nitrogen and nitrite nitrogen to Penaeus vannamei[J]. Journal of Aquaculture,(1):22-24.]
孫健. 2017. 日本沼蝦抗氨氮脅迫轉(zhuǎn)錄組與代謝組分析[D]. 泰安:山東農(nóng)業(yè)大學. [Sun J. 2017. Transcriptome and metabolome analysis of Macrobrachium nipponense in response to ammonia nitrogen exposure[D]. Tai?an:Shandong Agricultural University.]
唐首杰,劉辛宇,吳太淳,趙金良. 2019. 慢性氨氮脅迫對“新吉富”羅非魚幼魚生長及血清生化指標的影響[J]. 水產(chǎn)科學,38(6):741-748. doi:10.16378/j.cnki.1003-1111.2019. 06.001. [Tang S J,Liu X Y,Wu T C,Zhao J L. 2019. Effects of chronic exposure to ammonia on growth and serum biochemical indices in juvenile new GIFT strain of Nile tilapia Oreochromis niloticus[J]. Fisheries Science,38(6):741-748.]
王國江. 2008. 氨氮和亞硝態(tài)氮脅迫對日本沼蝦血淋巴的影響[D]. 保定:河北大學. [Wang G J. 2008. Effects of ammonia nitrogen and nitrous nitrogen stress on hemolymph of Macrobrachium nipponense[D]. Baoding:Hebei University.]
王華,黎奧,楊敬聞. 2013. 海水中氨氮的納氏試劑分光光度法測定條件優(yōu)化[J]. 遼寧師范大學學報(自然科學版),36(1):110-114. doi:10.11679/lsxblk2013010110. [Wang H,Li A,Yang J W. 2013. Optimized conditions of Nes-slers reagent spectrophotometray for ammonia nitrogen determination in seawater[J]. Journal of Liaoning Normal University(Natural Science Edition),36(1):110-114.]
王琨,韓英. 2007. 喹乙醇和分子氨對鯉幼魚血清SOD和MDA的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學學報,38(2):206-210. doi:10.19720/j.cnki.issn.1005-9369.2007.02.014. [Wang K,Han Y. 2007. Activity of SOD and contents of MDA in the serum of young Cyprinus carpio Linnaeus under different ammonia-N and olaquindox level[J]. Journal of Northeast Agricultural University,38(2):206-210.]
王權(quán),王建國,陸宏達,熊良偉,安健. 2012. 硫酸鋅慢性毒性脅迫下克氏原螯蝦的組織病理[J]. 中國水產(chǎn)科學,19(1):126-137. doi:10.3724/SP.J.1118.2012.00126. [Wang Q,Wang J G,Lu H D,Xiong L W,An J. 2012. Chronic toxicity of zinc sulphate in Procambarus clarkii[J]. Journal of Fishery Sciences of China,19(1):126-137.]
王順昌,許立. 2003. 不同鹽度下中華絨螯蟹血清總蛋白和血藍蛋白含量的變化[J]. 淮南師范學院學報,5(3):24-26. [Wang S C,Xu L. 2003. Changes of serum total protein and hemocyanin content of Eriocheir sinensis under different salinities[J]. Journal of Huainan Teacher College,5(3):24-26.]
王蕓,李健,何玉英,段亞飛,張喆,李吉濤. 2017. 氨氮脅迫對中國明對蝦血淋巴氨氮、尿素氮含量和抗氧化能力的影響[J]. 中國水產(chǎn)科學,24(1):180-189. doi:10.3724/SP.J.1118.2017.16066. [Wang Y,Li J,He Y Y,Duan Y F,Zhang Z,Li J T. 2017. Effects of ambient ammonia-N exposure on hemolymph nitrogen metabolism and antioxidant capacity of Fenneropenaeus chinesis[J]. Journal of Fishery Sciences of China,24(1):180-189.]
王蕓,李健,張喆,何玉英,常志強,陳萍,李吉濤,劉德月. 2013. pH、氨氮脅迫對中國對蝦HSP90基因表達的影響[J]. 漁業(yè)科學進展,34(5):43-50. doi:10.3969/j.issn.1000-7075.2013.05.007. [Wang Y,Li J,Zhang Z,He Y Y,Chang Z Q,Chen P,Li J T,Liu D Y. 2013. Effects of pH and ammonia-N stresses on HSP90 gene expression of Fenneropenaeus chinensis[J]. Progress in Fishery Scien-ces,34(5):43-50.]
王貞杰,陳四清,曹棟正,盧斌,常青,劉長琳,燕敬平. 2017. 急性氨氮脅迫對圓斑星鰈(Verasper variegatus)幼魚鰓和肝組織結(jié)構(gòu)及相關(guān)酶活性的影響[J]. 漁業(yè)科學進展,38(2):59-69. doi:10.11758/yykxjz.20151201001. [Wang Z J,Chen S Q,Cao D Z,Lu B,Chang Q,Liu C L,Yan J P. 2017. Effects of acute ammonia nitrogen stress on histopathology of gill and liver and enzyme activities of juvenile Verasper variegatus[J]. Progress in Fishery Scien-ces,38(2):59-69.]
吳俊偉,趙金良,趙巖,羅明坤,王燕,趙永華. 2016. 高碳酸鹽堿脅迫對尼羅羅非魚氨代謝基因表達變化的影響[J]. 中國水產(chǎn)科學,23(6):1290-1299. doi:10.3724/SP.J.1118. 2016.16047. [Wu J W,Zhao J L,Zhao Y,Luo M K,Wang Y,Zhao Y H. 2016. Change in ammonia metabolism gene expression of Oreochromis niloticus under the stress of high carbonate alkalinity[J]. Journal of Fishery Sciences of China,23(6):1290-1299.]
吳堃,鐘志偉,陳勇貴,翁少萍,何建國. 2017. 氣候變化和餌料投喂管理與凡納濱對蝦養(yǎng)殖池塘氨氮、亞硝氮和硝氮的關(guān)系[J]. 中山大學學報(自然科學版),56(1):102-114. doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.2017.01.017. [Wu K,Zhong Z W,Chen Y G,Wen S P,He J G. 2017. The relationship between climate change,feeding management and ammonia,nitrite and nitrate nitrogen in the Litopenaeus vannamei aquaculture ponds[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,56(1):102-114.]
熊大林,段亞飛,徐敬明,詹愛軍,陳成勛,張家松. 2020. 凡納濱對蝦鰓組織對高溫和氨氮脅迫的生理響應(yīng)[J]. 南方農(nóng)業(yè)學報,51(9):2296-2303. doi:10.3969/j.issn.2095-1191. 2020.09.031. [Xiong D L,Duan Y F,Xu J M,Zhan A J,Chen C X,Zhang J S. 2020. Physiological responses in gills of Litopenaeus vannamei exposed to the combined stress of temperature and ammonia[J]. Journal of Southern Agriculture,51(9):2296-2303.]
許星鴻,張雁秋,閻斌倫,徐加濤,房樹全,周黎,劉艷晴,黃福林. 2014. 氨氮脅迫對日本蟳免疫生理指標及器官結(jié)構(gòu)的影響[J]. 生態(tài)學報,34(14):3885-3894. doi:10.5846/stxb201211291707. [Xu X H,Zhang Y Q,Yan B L,Xu J T,F(xiàn)ang S Q,Zhou L,Liu Y Q,Huang F L. 2014. Effects of ammonia-N stress on immunity-related indicators and histological structure of some organs of the marine crab,Charybdis japonica(A. Milne-Edwards)[J]. Acta Ecolo-gica Sinica,34(14):3885-3894.]
于敏,盧韞,王順昌. 2007. 中華絨螯蟹在不同pH值環(huán)境下的氮排泄[J]. 生物學雜志,24(6):30-33. doi:10.3969/j.issn. 2095-1736.2007.06.008. [Yu M,Lu Y,Wang S C. 2007. Nitrogenous excretion of Chinese mitten crab at different ambient pH levels[J]. Journal of Biology,24(6):30-33.]
于敏,王順昌,盧韞. 2008. 中華絨螯蟹在不同pH下氨氮排泄和血淋巴含氮成分的變化[J]. 水生生物學報,32(1):62-67. doi:10.3321/j.issn:1000-3207.2008.01.011. [Yu M,Wang S C,Lu Y. 2008. Ammonia excretion and heamolymph nitrogenous contents of mitten crab(Eriocheir Sinensis) at different environmental pH[J]. Acta Hydrobiologica Sinica,32(1):62-67.]
張彬,韋嬪媛,陳曉漢,熊建華,趙永貞,楊彥豪,謝達祥. 2014. 凡納濱對蝦人工授精技術(shù)初步研究[J]. 南方農(nóng)業(yè)學報,45(3):489-493. doi:10.3969/j.issn.2095-1191.2014. 3.489. [Zhang B,Wei P Y,Chen X H,Xiong J H,Zhao Y Z,Yang Y H,Xie D X. 2014. Preliminary study on artificial insemination techniques for Litopenaeus vannamei[J]. Journal of Southern Agriculture,45(3):489-493.]
張澤蕙,張佩,章躍陵. 2016. 血藍蛋白免疫學功能、分子基礎(chǔ)與應(yīng)用新進展[J]. 汕頭大學學報(自然科學版),31(1):46-54. [Zhang Z H,Zhang P,Zhang Y L. 2016. Advancement on the immune function,molecular basis underlying multifunctionality and application of hemocyanin[J]. Journal of Shantou University(Natural Science Edition),31(1):46-54.]
趙柳蘭. 2012. 組織胺對新糠蝦和中華絨螯蟹的消化功能、免疫力以及卵巢發(fā)育的影響[D]. 上海:上海海洋大學. [Zhao L L. 2012. Effects of histamine on the digestive function,immune and ovarian development of Neomysis and Eriocheir sinensis[D]. Shanghai:Shanghai Ocean University.]
趙衛(wèi)紅,王資生,張余霞,於葉兵,呂富,呂林蘭,陳立僑. 2014. 雌二醇對日本沼蝦肝胰腺的脂肪酸含量及組織結(jié)構(gòu)的影響[J]. 海洋漁業(yè),36(6):542-548. doi:10.3969/j.issn.1004-2490.2014.06.010. [Zhao W H,Wang Z S,Zhang Y X,Yu Y B,Lü F,Lü L L,Chen L Q. 2014. Effects of estradiol on fatty acid composition and tissue structure of hepatopancreas in Macrobrachium nipponense[J]. Marine Fisheries,36(6):542-548.]
Barbieri E. 2010. Acute toxicity of ammonia in white shrimp (Litopenaeus schmitti)(Burkenroad,1936,Crustacea) at different salinity levels[J]. Aquaculture,306(1-4):329-333. doi:10.1016/j.aquaculture.2010.06.009.
Dutra F M,F(xiàn)orneck S C,Braz?o C C,F(xiàn)reire C A,Ballester E L C. 2016. Acute toxicity of ammonia to various life sta-ges of the Amazon river prawn,Macrobrachium amazonicum,Heller,1862[J]. Aquaculture,453:104-109. doi:10. 1016/j.aquaculture. 2015.11.038.
Frisk M,Steffensen J F,Skov P V. 2013. The effects of temperature on specific dynamic action and ammonia excretion in pikeperch(Sander lucioperca)[J]. Aquaculture,404-405:65-70. doi:10.1016/j.aquaculture.2013.04.005.
Liu S N,Pan L Q,Liu M Q,Yang L B. 2014. Effects of ammonia exposure on nitrogen metabolism in gills and hemolymph of the swimming crab Portunus trituberculatus[J]. Aquaculture,432:351-359. doi:10.1016/j.aquaculture. 2014.05.029.
(責任編輯 蘭宗寶)