魚類擁擠脅迫的代謝及調控

韓宇田 王桂芹

(吉林農業大學動物科技學院，吉林長春 130118)

魚類是水生低等變溫脊椎動物，生存易受外界環境的影響，現代集約化養殖面臨高密度造成的擁擠脅迫，使機體的免疫防御體系的功能受到抑制，導致魚體對各類病原敏感性的升高，生長下降，嚴重影響了水產養殖業的經濟效益，這種高密度造成的生長抑制和健康受損問題一直困擾著養殖業，是集約化水產養殖的瓶頸問題之一。魚類擁擠脅迫時，其對飼料的攝食、消化和吸收、代謝與調控以及對免疫系統等具有很大的影響，同時亦受到酶、激素和基因的調控。以下主要以擁擠脅迫為例，從應激的物質和能量代謝與調控的角度，對其研究成果進行綜述，以期為今后的研究給予啟發與佐證。

1 應激的概述

應激是指當魚體受到各種應激原刺激時，可引起其下丘腦-垂體-腎間組織軸和交感-腎上腺髓質軸興奮性增高的一系列神經內分泌反應。Selye等首先提出將其分為3個反應期，即警告期、抵抗或適應期和疲憊或衰竭期。Pickering等（1983）把魚類對脅迫的適應性反應分為3個階段，即初級反應、次級反應和三級脅迫（Wendelaar，1997）。Moberg等（1985）提出環境脅迫即應激反應模型，包括3個階段，即應激原識別、生物防御和應激反應結果階段，同時指出，這種脅迫可通過條件操作及隨魚體自身對環境的適應而得以減輕。根據水產養殖環境脅迫的性質可分為物理脅迫，如溫度等，化學脅迫如水質惡化等，生物脅迫如高密度養殖導致的擁擠等，管理脅迫如捕捉等。根據反應時間的快慢可分為急性脅迫（如捕撈和干擾等）和慢性脅迫（如水質逐漸惡化和長期高密度擁擠等）（Vijayan 等，1990）。

2 擁擠脅迫與物質、能量代謝及調控

2.1 糖代謝

高密度養殖造成擁擠脅迫時，魚體通過動員體內能源物質來滿足其對能量的額外需求，使流向生產的能量逐漸減少，從而影響魚的正常生長（Maule等，1990；Vijayan 等，1988）。Vijayan 等（1990）報道，高密度養殖的溪紅點鮭，其血糖降低，糖異生作用加強，糖代謝酶（如二磷酸果糖酶和磷酸葡萄糖脫氫酶）活性上升。Leatherland等（1985）對虹鱒、Tejpal等（2009）對鯪魚的研究都表明，魚類血糖水平隨著養殖密度的增加而升高。Ruane等（2001）表明，鯉在高密度養殖初期，血糖水平持續上升，但到30 d時，其血糖恢復到試驗前的水平，表明鯉能耐受長時間的擁擠脅迫并逐漸適應。Chatterjee等（2006）報道，鯉在高密度養殖時，乳酸亦是糖異生前體的優先替代物。逯尚尉等（2011）亦報道，點帶石斑魚幼魚的乳酸脫氫酶活性隨養殖密度的升高而升高，表明點帶石斑魚幼魚通過無氧呼吸供能來緩解脅迫，抵抗高密度養殖對其造成的擁擠脅迫，維持正常的生理代謝活動。以上研究表明，魚類在應激初期呼吸加速、精神高度緊張等因素導致血糖顯著升高，亦可能是由于肝糖元或肌糖元不斷分解為葡萄糖并被運送至血液所致。肝糖元急劇下降，血糖顯著升高，表明機體動用了大量的糖元以滿足脅迫所需要的能量。

2.2 脂肪代謝

在高密度養殖條件下，魚類會通過相關酶活性的變化，消耗脂肪來滿足其對能量的需求。Montero等（1996）報道了金頭鯛在高密度養殖時，血漿膽固醇水平顯著升高，說明大量動員脂肪。Vijayan等（1990）研究表明，高密度養殖的溪紅點鮭血6-磷酸葡萄糖脫氫酶活性降低，肝中3-脂酰COA脫氫酶活性上升，表明提高了肝中游離脂肪酸(FFA)的氧化程度，即在高密度擁擠脅迫條件下，甘油三酯被動員為糖異生的前體物。張磊等（2007）研究表明，慢性擁擠脅迫鯉血FFA顯著高于低密度組，表明高密度養殖脅迫已影響到鯉的FFA代謝。Leatherland等（1985）研究表明，高密度養殖使得虹鱒血游離脂肪酸的含量顯著升高，而甘油三酯的含量明顯降低，表明機體通過加速脂肪分解來滿足其對能量的額外需求。

2.3 蛋白質代謝

在擁擠脅迫條件下，魚類亦會通過相關酶活性的變化，消耗蛋白質來滿足能量的需求。應激時，血游離的生糖氨基酸（Gln、Thr、Gly、Ala）都有不同程度地升高。Tejpal等（2009）和逯尚尉等（2011）研究發現，鯪魚和點帶石斑魚受到高密度養殖脅迫后，肝臟中天門冬氨酸轉氨酶（AST）和丙氨酸轉氨酶（ALT）活性顯著升高，糖異生作用加強，產生葡萄糖來對抗不利環境。Leatherland等（1985）發現，虹鱒血蛋白的水平隨著養殖密度的增加而明顯下降。張磊等（2007）發現，慢性擁擠脅迫鯉血TP顯著降低，血AST值升高，尿素氮含量增加，表明高密度組魚的營養狀況不良，肝臟組織受到破壞，鰓和腎組織損傷，造成其機能紊亂。但也有高密度擁擠脅迫沒有影響溪紅點鮭血TP含量的報道，同時天門冬氨酸轉氨酶、丙氨酸轉氨酶亦無顯著變化（Vijayan 等，1990）。

總之，高密度養殖短期脅迫時，肝糖元下降，血糖升高，乳酸不斷上升，應激前期機體主要通過糖酵解的途徑提供能量，血中甘油三酯含量下降，說明機體還需動用脂肪來滿足不斷增大的能量需求，部分魚類能夠通過自身的調節適應環境的變化，達到新的代謝平衡，保持機體內環境的穩態。但長時間環境脅迫，因血糖利用過度而造成魚體的營養匱乏，當超過機體本身可以調控的閾值時，其生長下降，生長離散程度加大。同樣有研究表明，魚體饑餓時，先利用血糖，其次是血脂，最后才是血清蛋白（陳劍杰等，2009）。擁擠脅迫時三大營養物質動員程度和順序還有待于深入研究。因此，添加與能量代謝有關的營養性添加劑，迅速補充因應激所消耗的能量，降低魚體高密度脅迫引發的適應性生熱作用，使這部分維持生命活動所需要的能量流向生產，從而緩解應激，降低其危害（Moberg等，2005）。

2.4 擁擠脅迫與內分泌調控

激素是由內分泌腺或散在的內分泌細胞所分泌的高效能的生物活性物質，經血液或組織液傳遞，發揮調節作用的化學物質。生長激素、甲狀腺激素、類固醇、胰島素和糖皮質激素等都是調節生長發育的內分泌激素。

2.4.1 甲狀腺激素

內分泌、營養和環境等因素都能影響和調控甲狀腺激素的分泌。高密度環境中養殖的溪紅點鮭，其血T3的水平雖然在各密度組間無顯著差異，但T4的含量明顯低于低密度組，同時T4與T3的比例同養殖密度之間存在負相關關系（Leatherland等，1985）。體外培養溪紅點鮭的甲狀腺細胞，結果表明，隨著養殖密度的提高，T4脫碘酶活性降低，甲狀腺素水平降低，使得體內蛋白質合成減慢，導致魚體能通過能量分流和代謝調整來抵抗并適應脅迫（Vijayan等，1988）。

2.4.2 皮質醇和兒茶酚胺

機體遭受應激時，皮質醇和兒茶酚胺共同作用來調節能量代謝以適應環境的變化。脅迫時，腎上腺髓質釋放的腎上腺素增加，使糖元分解成葡萄糖，血糖升高（杜浩等，2006）。但也有學者認為，應激誘導的高血糖癥不完全依賴于皮質醇，Vander等(1991)認為，主要是血中兒茶酚胺水平升高的結果，而Wendelaar等(1997)則認為是兒茶酚胺和皮質醇共同作用的結果。Ruanetal等（2001）研究發現，在應激后 0～4 h，血游離脂肪酸水平逐漸升高，釋放入血。Picking等（1987）認為，皮質類固醇能促進糖的合成和脂肪降解，這些過程均能產生能量供給機體來緩解脅迫。慢性脅迫對血皮質醇并未產生顯著的影響（Procarione等，1999；Ruane等，2003)，這可能是魚類在長期慢性刺激過程中，已適應了某些刺激，導致HPI產生負反饋調節，從而使血皮質醇穩定在某一較低水平。魚類的生命活動可通過內分泌激素的綜合效應來調控。如皮質醇、甲狀腺激素可通過升高血糖濃度而間接刺激胰島素的分泌（林浩然等，1999），T3可通過5-D單脫碘酶脫碘來轉化T4而來（林浩然等，1999），同樣IGF-I基因表達可通過 T3和 T4來促進（Annette等，2003）。Deane等(2000)研究表明，未感染弧菌的鲆鯛，血皮質醇沒有明顯變化，中度和嚴重感染弧菌的鲆鯛，血皮質醇高于對照組，但血T3和T4顯著降低，表明魚類通過內分泌和免疫系統共同啟動來抵抗感染，維持機體的平衡狀態。

3 存在問題和發展趨勢

綜上所述，以下幾個問題需要進一步研究和探討。①短時間的急性擁擠脅迫和長時間的慢性擁擠脅迫自身是如何通過物質和能量代謝來調控的；②評價慢性擁擠脅迫的物質和能量代謝指標不敏感，即慢性擁擠脅迫的代謝機理有待于深入探討；③擁擠脅迫影響生長的機制有必要從能量代謝方面做系統的研究和闡釋。