繁殖期高体鳑鲏对化学预警信息的行为响应及其与生理状态的关联

对化学预警信息(Chemical alarm cues,CAC)的识别与应答体现了鱼类在特定生理状态和特定环境下的生态策略,与动物的生存适合度密切相关。由于化学预警通讯和繁殖均为高能耗的生命活动,繁殖期鱼类的CAC通讯是否表现出基于能量代价-收益(Cost-benefit)的权衡成为值得关注的科学问题。本研究以具有特殊繁殖方式的高体鳑鲏(Rhodeus ocellatus)为实验对象,测定了繁殖IV期不同性别实验鱼对CAC的行为响应,并探究了实验鱼化学预警行为与其繁殖生理状态的关系。结果发现:(1)高体鳑鲏空间分布状态(底栖时间)和活跃状态(静止时间、运动距离、身体不重合度)均对CAC表现出明显的行为应答(P<0.05),但逃逸行为(高速运动时间)不受CAC的影响(P>0.05);(2)高体鳑鲏对CAC的响应无性别差异;(3)高体鳑鲏预警行为的变化与繁殖生理状态(性腺指数、产卵管长度、肥满度)无显著相关性(P>0.05)。结果表明,繁殖期高体鳑鲏依然对CAC展现出一定程度的行为应答,然而其行为响应程度并不受繁殖生理状态以及性别的影响,这可能主要与该物种特殊的繁殖对策有关。

高体鳑鲏化学预警响应与“个性”行为的关联

化学通讯是水生动物最原始、最普遍和最主要的通讯方式之一。对捕食风险源的回避可以使猎物减少被捕食风险,但如果出现的化学信息并不代表真正的威胁,那么就会导致猎物减少觅食或求偶的机会,从而降低适合度。因此基于能量代价-生态收益的权衡可能导致动物行为决策与化学通讯模式的分化。“个性”行为(Personality)已被证实与动物的行为决定有关,然而,有关鱼类化学预警通讯与“个性”行为关联的研究至今鲜见报道。推测:“个性”行为是鱼类的化学通讯模式多样化的重要内因。采捕了广泛分布于我国淡水水域的野生高体鳑鲏(Rhodeus ocellatus)并于半自然状态下探究了:(1)实验鱼对不同化学信息(池水对照组、柠檬新奇信息组、高浓度和低浓度化学预警信息(Chemical alarm cues,CAC)组)的行为响应,(2)实验鱼在新异环境(被转入新栖息地)、新异刺激(新异物理刺激)、新异食物资源下的“个性”行为及其与化学预警响应的关联。结果发现:(1)不同溶液化学信息对实验鱼静止时间与爆发游泳的变化以及摄食个体的比例等参数均有显著影响(P<0.05)。其中,柠檬组(未知“假风险”)与对照组相比无显著差异(P>0.05),实验鱼对不同浓度CAC(已知“真风险”)表现出不同程度的行为响应,高浓度和低浓度CAC均导致摄食个体比例下降(P<0.05),但只有高浓度CAC导致静止时间和爆发游泳的变化增加(P<0.05)。可见,实验鱼对外源化学信息有准确高效的行为应答。(2)实验鱼静止时间比对不同溶液化学预警响应的变化与新异刺激下的活跃性显著负相关(P<0.05),但与新异环境下的活跃性无关(P>0.05),提示“个性”行为与化学预警响应有关但这种关联可能又有一定的环境依赖性(例如测试环境的稳定性与可预测性)。

不同溶氧水平下锦鲫的运动和代谢适应对策

为考查广氧性鱼类锦鲫(Carassius auratus)在不同水体溶氧(DO)水平下的运动和能量代谢适应对策,在25℃对水体DO分别为0.5、1、2、4 mg.L-1以及接近100%饱和溶氧浓度的8 mg.L-1水平下锦鲫幼鱼静止代谢率(RMR)、活跃代谢率(AMR)、临界游泳速度(Ucrit)及不同游泳速度下的单位位移能量消耗(COT)进行了测定。研究发现锦鲫的Ucrit和AMR均随着DO的下降而呈下降趋势,各处理组均有显著差异(p<0.05),两者在低DO端即4～1mg.L-1下降更为剧烈,且AMR下降速率明显大于Ucrit;RMR在DO从8～1 mg.L-1时没有显著变化,但1 mg.L-1以下随DO的下降线性下降(p<0.05);各实验处理组锦鲫随游泳速度的上升代谢率上升;低DO实验组(0.5、1和2mg.L-1实验组)各游泳速度下COT无显著差异,而高DO实验组(4和8 mg.L-1实验组)COT随游泳速度的上升而显著上升,消除RMR影响后各实验组单位位移净能量消耗(COTnet)随游泳速度上升均显著上升(p<0.05);在较低的游泳速度下,较低的DO实验组往往比同一游泳速度下的较高DO实验组锦鲫有更高的能量利用效率(低COT值,p<0.05),但随着游泳速度上升不再有该趋势。研究提示锦鲫在不同DO水平下采取不同的运动和能量代谢对策以适应不同环境溶氧条件。

4种幼鱼临界游泳速度和运动耐受时间的比较

以南方鲇(Silurus meridionalis)、瓦氏黄颡鱼(Pseudobagrus vachelli)、青鱼(Mylopharyngodon piceus)、锦鲫(Caras-sius aumtus)等4种幼鱼为研究对象,在25℃条件下分别测定它们的临界游泳速度(Ucrit)和1.5倍Ucrit条件下的耐受时间。通过比较两种方式的游泳能力发现,4种幼鱼的Ucrit存在显著差异(p<0.05),其中南方鲇的Ucrit最低,而锦鲫的Ucrit最高,青鱼和瓦氏黄颡鱼的Ucrit则介于两者之间;南方鲇和瓦氏黄颡鱼之间的的耐受时间差异不显著,二者却显著高于青鱼和锦鲫,而锦鲫的耐受时间在4种幼鱼中最短(p<0.05)。上述结果表明,南方鲇和瓦氏黄颡鱼在较高速度下的运动耐受能力更强,而临界游泳能力相对较低;锦鲫和青鱼则与此相反;它们的两种运动能力之间均存在着权衡,这种权衡可能与鱼类的生态习性之间存在着某种关联。

摄食水平对锦鲫幼鱼特殊动力作用的影响

特殊动力作用(SDA)是指动物摄食后代谢增加的现象,相关参数和功率曲线在动物生理生态学上具有重要的意义。本研究在25℃水温条件下,测定0%、0.50%、1.00%、2.00%和4.00%体重等不同摄食水平的锦鲫幼鱼在摄食前和摄食后的耗氧率。结果发现锦鲫幼鱼摄食后耗氧率显著增加(p<0.05),约在摄食后2h达到峰值。0.50%、1.00%、2.00%和4.00%体重等4个摄食组的摄食代谢峰值(耗氧率)分别为(96.15±7.74)、(100.72±7.29)、(117.72±7.23)和(173.22±14.20)mg·kg-.1h-1,其中4.00%摄食水平组显著高于其他摄食水平组(p<0.05);SDA时间分别为(6.29±0.68)、(7.14±0.85)、(7.33±1.23)和(9.20±1.36)h,各摄食水平组之间没有显著差异;SDA总耗能分别为(1.42±0.18)、(1.58±0.20)、(2.63±0.60)和(5.33±0.76)kJ.kg-1,其中4.00%摄食水平组的SDA总耗能显著高于其他摄食水平组(p<0.05);SDA系数分别为(4.60±0.52)%、(2.54±0.34)%、(2.07±0.45)%和(2.17±0.30)%,0.50%摄食水平组的SDA系数显著高于其他摄食水平组(p<0.05)。研究结果表明锦鲫幼鱼摄食后的功率曲线呈典型的"三角型",这与其经常摄食的生活习性和较低的营养等级地位相适应。

不同时间间隔重复力竭运动对南方鲇幼鱼耗氧率的影响

考察我国特有暖水性伏击取食鱼类南方鲇(Silurus meridionalisChen)的重复运动能力,检验力竭运动后的恢复状态是否对下一次力竭运动代谢恢复过程产生影响。实验仪器采用自制流水式呼吸仪(专利号ZL200520010481.0);南方鲇幼鱼选用体重为17.64~48.21g,n=40;在(25.0±1.0)℃条件下,测定了不同时间间隔即10min重复3次、30min重复2次和24h重复2次条件下,重复力竭性运动(驱赶至力竭)后南方鲇幼鱼的耗氧率(Vo2)恢复过程。研究发现在本实验条件下,南方鲇幼鱼静止耗氧率(Vo2rest)为(2.39±0.13)^(2.83±0.31)mg.min-1.kg-1,耗氧率峰值(Vo2peak)为(8.36±0.26)^(10.39±0.44)mg.min-.1kg-1,运动后过量耗氧(EPOC)总量为(66.31±6.37)^(88.89±4.61)mg.kg-1。力竭运动后20~30min耗氧率可达一稳定状态,经24h恢复回落到运动前水平。无论间隔时间长短,各处理组第二次力竭运动均导致恢复速率的显著增加(p<0.05),但耗氧峰值和恢复过程的过量耗氧没有显著变化。研究提示力竭性运动能诱导出南方鲇幼鱼的最大耗氧率。

饥饿对鲇鱼幼鱼静止代谢率的影响

本实验在25℃条件下对鲇鱼幼鱼（29．41-44．45g）进行了60d的饥饿处理，每天测定3次耗氧率。结果显示：鲇鱼幼鱼在饥饿60d后，其静止代谢率由63．19±3．68降至22．38±1．36mg O2kg^-1h^-1，下降了64．58％；通过对静止代谢率变化的分析，发现存在有3个相对稳定期：其代谢水平分别为41．62±0．34、34．72±0．55和27．59±0．52mgO2kg^-1h^-1（P〈0．05），持续时间分别为10、14和27d。实验结果表明：鲇鱼幼鱼采用降低代谢水平的方式来适应饥饿环境；静止代谢率越低，则相对稳定期历时越长。

体重对大鳍鳠力竭性运动后过量耗氧的影响

过量耗氧（EPOC）是衡量动物无氧代谢能力的重要生理指标，为揭示不同体重鱼类在EPOC方面的适应机制，在25℃条件下对体重范围分别为低于20g、20～30g、30～50g和高于50g的大鳍鳠（Mystus macropterus Bleeker）力竭性运动后EPOC进行了测定。结果显示：实验鱼单位体重的静止耗氧率随体重的增加而显著下降（P〈0．05），分别为2．44、2．25、2．05和1．71mg·min^-1·kg^-1；力竭运动后实验鱼耗氧率迅速上升，然后缓慢回落到一稳定水平；其力竭性运动后耗氧率峰值出现时间随体重的上升而后延，分别为1．31、1．53、1．89和4．50min；其单位体重的耗氧率峰值随体重的增加而显著下降（P〈0．05），分别为12．36、11．07、10．27和7．20mg·min^-1·kg^-1，该数值分别为处理前的5．36、5．04、5．23和4．22倍；各体重组耗氧率下降到稳定水平的时间分别为20、20、25和20min，在此时间段高于静止耗氧率水平的耗氧量分别为69．25、64．89、62．15和49．07mg。研究表明大鳍鳠无氧代谢能力随体重的增加而上升。

持续时间对南方鲇游泳性能测定结果的影响

为考查测定临界游泳速度(Ucrit)方案中的持续时间(Δt)对南方鲇(SilurusmeridionalisChen)幼鱼的Ucrit及其代谢率的影响,于25℃条件下以6.0cm·s-1为速度增量(Δv),分别在Δt为20和40min时测定实验鱼的Ucrit和运动代谢率(VO2)。结果显示在Δt为20和40min时实验鱼的绝对临界游泳速度(Ua)分别为(31.89±1.29)和(30.17±0.98)cm·s-1,相对临界游泳速度(Ur)分别为(4.22±0.16)和(4.05±0.14)BL·s-1(BL表示实验鱼的体长,以厘米计),两个临界游泳指标不同处理间均无显著差异;而Δt为20min时的最大运动代谢率(AMR)为(183.36±12.80)mg·h-1·kg-1,显著高于Δt为40min下(139.66±8.75)mg·h-1·kg-1的水平(p<0.05);另外,当Δt为40min时,前20min和后20min的AMR分别为(152.08±10.79)和(121.61±6.68)mg·h-1·kg-1,前者显著高于后者(p<0.05),却显著低于Δt为20min处理组的水平(p<0.05)。上述结果表明,不同的持续时间对南方鲇幼鱼的Ucrit的测定结果无明显影响;而对AMR存在着显著性的影响,这种影响可能与实验鱼的应激反应程度有关,也可能由于运动过程中无氧代谢的不同比例所致。

PFOS对中华倒刺鲃幼鱼爆发游泳及运动后代谢恢复的影响

为探究水体全氟辛烷磺酸(PFOS)污染对鱼类爆发游泳及其代谢恢复能力的影响,将中华倒刺鲃幼鱼(Spinibarbus sinensis)暴露在不同浓度(0、0.32、0.8、2和5 mg/L)PFOS后,测定PFOS暴露对其静止代谢率(RMR)、爆发游泳速度(Uburst)以及运动力竭后代谢恢复特征的影响。结果发现,暴露浓度对实验鱼的Uburst和相对爆发游泳速度(rUburst)均影响显著(P<0.05),5 mg/L PFOS暴露导致Uburst和rUburst分别下降了17.4%和10.8%,PFOS对rUburst的影响表现出"非单调剂量效应";暴露浓度对实验鱼的RMR影响显著(P<0.05),5 mg/LPFOS暴露导致RMR显著升高,但PFOS对运动后代谢峰值(MMR)、代谢率增量(MS)、代谢变化倍率(F-MS)、力竭运动后过量氧耗(EPOC)无显著影响(P>0.05)。研究结果提示:PFOS污染改变实验鱼能量代谢水平的下限,而对其代谢水平的上限无明显的限制性作用;PFOS污染将可能对鱼类捕食——逃避捕食者、穿越激流寻找适宜生境等生存关联的生命活动起到负面影响,但对无氧代谢关联的代谢恢复能力无显著的生态毒理效应。