鱼类拥挤胁迫的代谢及调控

2012-04-13韩宇田王桂芹

饲料工业 2012年22期

韩宇田王桂芹

(吉林农业大学动物科技学院，吉林长春 130118)

鱼类是水生低等变温脊椎动物，生存易受外界环境的影响，现代集约化养殖面临高密度造成的拥挤胁迫，使机体的免疫防御体系的功能受到抑制，导致鱼体对各类病原敏感性的升高，生长下降，严重影响了水产养殖业的经济效益，这种高密度造成的生长抑制和健康受损问题一直困扰着养殖业，是集约化水产养殖的瓶颈问题之一。鱼类拥挤胁迫时，其对饲料的摄食、消化和吸收、代谢与调控以及对免疫系统等具有很大的影响，同时亦受到酶、激素和基因的调控。以下主要以拥挤胁迫为例，从应激的物质和能量代谢与调控的角度，对其研究成果进行综述，以期为今后的研究给予启发与佐证。

1 应激的概述

应激是指当鱼体受到各种应激原刺激时，可引起其下丘脑-垂体-肾间组织轴和交感-肾上腺髓质轴兴奋性增高的一系列神经内分泌反应。Selye等首先提出将其分为3个反应期，即警告期、抵抗或适应期和疲惫或衰竭期。Pickering等（1983）把鱼类对胁迫的适应性反应分为3个阶段，即初级反应、次级反应和三级胁迫（Wendelaar，1997）。Moberg等（1985）提出环境胁迫即应激反应模型，包括3个阶段，即应激原识别、生物防御和应激反应结果阶段，同时指出，这种胁迫可通过条件操作及随鱼体自身对环境的适应而得以减轻。根据水产养殖环境胁迫的性质可分为物理胁迫，如温度等，化学胁迫如水质恶化等，生物胁迫如高密度养殖导致的拥挤等，管理胁迫如捕捉等。根据反应时间的快慢可分为急性胁迫（如捕捞和干扰等）和慢性胁迫（如水质逐渐恶化和长期高密度拥挤等）（Vijayan 等，1990）。

2 拥挤胁迫与物质、能量代谢及调控

2.1 糖代谢

高密度养殖造成拥挤胁迫时，鱼体通过动员体内能源物质来满足其对能量的额外需求，使流向生产的能量逐渐减少，从而影响鱼的正常生长（Maule等，1990；Vijayan 等，1988）。Vijayan 等（1990）报道，高密度养殖的溪红点鲑，其血糖降低，糖异生作用加强，糖代谢酶（如二磷酸果糖酶和磷酸葡萄糖脱氢酶）活性上升。Leatherland等（1985）对虹鳟、Tejpal等（2009）对鲮鱼的研究都表明，鱼类血糖水平随着养殖密度的增加而升高。Ruane等（2001）表明，鲤在高密度养殖初期，血糖水平持续上升，但到30 d时，其血糖恢复到试验前的水平，表明鲤能耐受长时间的拥挤胁迫并逐渐适应。Chatterjee等（2006）报道，鲤在高密度养殖时，乳酸亦是糖异生前体的优先替代物。逯尚尉等（2011）亦报道，点带石斑鱼幼鱼的乳酸脱氢酶活性随养殖密度的升高而升高，表明点带石斑鱼幼鱼通过无氧呼吸供能来缓解胁迫，抵抗高密度养殖对其造成的拥挤胁迫，维持正常的生理代谢活动。以上研究表明，鱼类在应激初期呼吸加速、精神高度紧张等因素导致血糖显著升高，亦可能是由于肝糖元或肌糖元不断分解为葡萄糖并被运送至血液所致。肝糖元急剧下降，血糖显著升高，表明机体动用了大量的糖元以满足胁迫所需要的能量。

2.2 脂肪代谢

在高密度养殖条件下，鱼类会通过相关酶活性的变化，消耗脂肪来满足其对能量的需求。Montero等（1996）报道了金头鲷在高密度养殖时，血浆胆固醇水平显著升高，说明大量动员脂肪。Vijayan等（1990）研究表明，高密度养殖的溪红点鲑血6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性降低，肝中3-脂酰COA脱氢酶活性上升，表明提高了肝中游离脂肪酸(FFA)的氧化程度，即在高密度拥挤胁迫条件下，甘油三酯被动员为糖异生的前体物。张磊等（2007）研究表明，慢性拥挤胁迫鲤血FFA显著高于低密度组，表明高密度养殖胁迫已影响到鲤的FFA代谢。Leatherland等（1985）研究表明，高密度养殖使得虹鳟血游离脂肪酸的含量显著升高，而甘油三酯的含量明显降低，表明机体通过加速脂肪分解来满足其对能量的额外需求。

2.3 蛋白质代谢

在拥挤胁迫条件下，鱼类亦会通过相关酶活性的变化，消耗蛋白质来满足能量的需求。应激时，血游离的生糖氨基酸（Gln、Thr、Gly、Ala）都有不同程度地升高。Tejpal等（2009）和逯尚尉等（2011）研究发现，鲮鱼和点带石斑鱼受到高密度养殖胁迫后，肝脏中天门冬氨酸转氨酶（AST）和丙氨酸转氨酶（ALT）活性显著升高，糖异生作用加强，产生葡萄糖来对抗不利环境。Leatherland等（1985）发现，虹鳟血蛋白的水平随着养殖密度的增加而明显下降。张磊等（2007）发现，慢性拥挤胁迫鲤血TP显著降低，血AST值升高，尿素氮含量增加，表明高密度组鱼的营养状况不良，肝脏组织受到破坏，鳃和肾组织损伤，造成其机能紊乱。但也有高密度拥挤胁迫没有影响溪红点鲑血TP含量的报道，同时天门冬氨酸转氨酶、丙氨酸转氨酶亦无显著变化（Vijayan 等，1990）。

总之，高密度养殖短期胁迫时，肝糖元下降，血糖升高，乳酸不断上升，应激前期机体主要通过糖酵解的途径提供能量，血中甘油三酯含量下降，说明机体还需动用脂肪来满足不断增大的能量需求，部分鱼类能够通过自身的调节适应环境的变化，达到新的代谢平衡，保持机体内环境的稳态。但长时间环境胁迫，因血糖利用过度而造成鱼体的营养匮乏，当超过机体本身可以调控的阈值时，其生长下降，生长离散程度加大。同样有研究表明，鱼体饥饿时，先利用血糖，其次是血脂，最后才是血清蛋白（陈剑杰等，2009）。拥挤胁迫时三大营养物质动员程度和顺序还有待于深入研究。因此，添加与能量代谢有关的营养性添加剂，迅速补充因应激所消耗的能量，降低鱼体高密度胁迫引发的适应性生热作用，使这部分维持生命活动所需要的能量流向生产，从而缓解应激，降低其危害（Moberg等，2005）。

2.4 拥挤胁迫与内分泌调控

激素是由内分泌腺或散在的内分泌细胞所分泌的高效能的生物活性物质，经血液或组织液传递，发挥调节作用的化学物质。生长激素、甲状腺激素、类固醇、胰岛素和糖皮质激素等都是调节生长发育的内分泌激素。

2.4.1 甲状腺激素

内分泌、营养和环境等因素都能影响和调控甲状腺激素的分泌。高密度环境中养殖的溪红点鲑，其血T3的水平虽然在各密度组间无显著差异，但T4的含量明显低于低密度组，同时T4与T3的比例同养殖密度之间存在负相关关系（Leatherland等，1985）。体外培养溪红点鲑的甲状腺细胞，结果表明，随着养殖密度的提高，T4脱碘酶活性降低，甲状腺素水平降低，使得体内蛋白质合成减慢，导致鱼体能通过能量分流和代谢调整来抵抗并适应胁迫（Vijayan等，1988）。

2.4.2 皮质醇和儿茶酚胺

机体遭受应激时，皮质醇和儿茶酚胺共同作用来调节能量代谢以适应环境的变化。胁迫时，肾上腺髓质释放的肾上腺素增加，使糖元分解成葡萄糖，血糖升高（杜浩等，2006）。但也有学者认为，应激诱导的高血糖症不完全依赖于皮质醇，Vander等(1991)认为，主要是血中儿茶酚胺水平升高的结果，而Wendelaar等(1997)则认为是儿茶酚胺和皮质醇共同作用的结果。Ruanetal等（2001）研究发现，在应激后 0～4 h，血游离脂肪酸水平逐渐升高，释放入血。Picking等（1987）认为，皮质类固醇能促进糖的合成和脂肪降解，这些过程均能产生能量供给机体来缓解胁迫。慢性胁迫对血皮质醇并未产生显著的影响（Procarione等，1999；Ruane等，2003)，这可能是鱼类在长期慢性刺激过程中，已适应了某些刺激，导致HPI产生负反馈调节，从而使血皮质醇稳定在某一较低水平。鱼类的生命活动可通过内分泌激素的综合效应来调控。如皮质醇、甲状腺激素可通过升高血糖浓度而间接刺激胰岛素的分泌（林浩然等，1999），T3可通过5-D单脱碘酶脱碘来转化T4而来（林浩然等，1999），同样IGF-I基因表达可通过 T3和 T4来促进（Annette等，2003）。Deane等(2000)研究表明，未感染弧菌的鲆鲷，血皮质醇没有明显变化，中度和严重感染弧菌的鲆鲷，血皮质醇高于对照组，但血T3和T4显著降低，表明鱼类通过内分泌和免疫系统共同启动来抵抗感染，维持机体的平衡状态。