盐度胁迫下翘嘴鲌游离氨基酸的生理响应及其在渗透调节中的作用

《Regional Studies in Marine Science》：Physiological Responses of Free Amino Acids and the Role in Osmoregulation in Siniperca chuatsi Under Salinity Stress

　　

摘要
本研究调查了鳜鱼（Siniperca chuatsi）在不同盐度胁迫下的耐受性和生理反应机制。大型个体（20厘米）表现出比小型个体（10厘米）显著更高的盐度耐受性，表现为更高的半致死盐度和存活率。研究重点探讨了渗透调节、能量代谢和氨基酸代谢的动态适应过程。鳜鱼的等渗盐度点为10.5（渗透压308 mOsm/kg）。在接近该等渗点的盐度10（S10）处，耗氧率最低，表明能量消耗最小。盐度15（S15）表现出显著的渗透胁迫和耗氧率增加。盐度胁迫显著提高了血浆和肌肉中游离氨基酸（FAAs）的水平，尤其是支链氨基酸、丙氨酸和谷氨酸。非必需氨基酸的动员更为明显，表明它们在高盐环境中既作为能量底物又参与渗透调节。不同组织的氨基酸反应存在时间差异，血浆氨基酸水平比肌肉中更早趋于稳定。总之，本研究建议在实用盐碱水养殖中选择大型个体以提高存活率。鳜鱼通过依赖体型的、多层面的策略来适应盐度胁迫，协调能量分配、氨基酸代谢和渗透调节。本研究为将水产养殖生产空间扩展至未被充分利用的盐碱资源提供了科学依据，从而缓解淡水与海洋养殖系统日益增加的压力。

引言
在自然水资源系统中，水可根据离子组成分为淡水和咸水。非海洋咸水中盐度超过1 g/L的水被归类为盐碱水的主要组成部分（Yongxin等，2016）。中国盐碱水和土壤资源丰富，盐碱地覆盖近1000万公顷，盐碱湖占全国湖泊总面积的55%以上。这些资源广泛分布于东北、华北、西北内陆和华东沿海地区的二十多个省、市和自治区。同时，次生盐碱土壤面积正以每年相当于总耕地面积约3%的速度扩展（Yongxin等，2016）。这种情况为资源利用带来了挑战，但也为盐碱水渔业开发提供了潜在空间。因此，开发和利用盐碱水进行水产养殖可有效扩大可用的水产养殖面积，缓解淡水资源和陆地养殖系统日益增长的压力。同时，它减轻了沿海海洋养殖区的生态环境负担，这些区域常受过度开发和污染的威胁。通过将以往未被充分利用的盐碱水转化为有生产力的养殖资产，这种方法为保障水产品供应提供了新途径，同时促进了多样化水资源的可持续利用。

盐碱水产养殖面临的核心挑战之一是环境因素（如盐度）对水生生物存活和生长的影响。不同鱼类物种的最适盐度差异可能与养殖环境和品种有关。在六线鱼幼鱼的循环水养殖实验中（Zhou等，2020），低盐度实验组（盐度7）的死亡率增加，且显著高于对照组，表明低盐是六线鱼的胁迫因素。在盐度梯度养殖实验中，当盐度达到10时，叉尾鮰的存活率显著下降，而在盐度0-7范围内，存活率和生长率无显著差异（Wu，2004）。

作为盐碱水的关键特征参数，盐度直接参与调节鱼类的生理代谢过程。许多研究表明，盐度胁迫对鱼类氨基酸代谢有显著影响，涉及渗透调节、酸碱平衡和氮代谢（Chen等，2026；Huang等，2023；Luo等，2026；Zhai等，2024）。在盐碱胁迫下，水环境的盐度和碱度增加。为维持内部渗透压平衡，鱼类主动调节内部离子浓度（Chang和Liang，2021）。在此过程中，氨基酸作为重要的渗透调节物质发挥关键作用。从生理机制角度来看，鱼类需要在盐度胁迫下维持内部渗透平衡，亲水性氨基酸（如脯氨酸和甘氨酸）在细胞内积累以增加细胞内溶质浓度，从而减少水分流失，帮助鱼类适应高盐环境。研究表明，在高盐环境中，鲤鱼的脯氨酸含量显著增加，这是维持细胞渗透平衡的重要生理反应（Liu等，2021）。此外，盐度变化间接影响水的pH值，干扰鱼类体内的酸碱平衡。在此过程中，组氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸可通过结合氢离子增加内部碱度，而天冬氨酸和谷氨酸等酸性氨基酸则释放氢离子以降低碱度，从而发挥缓冲作用，维持细胞内外环境的稳定，确保鱼类在盐度波动的环境中存活（Buentello和Gatlin，2002）。游离氨基酸也是鱼类的重要能量来源。在盐度胁迫引起的不利环境条件下，游离氨基酸可参与三羧酸循环（TCA循环）并被氧化生成ATP，为生物体提供额外能量以支持渗透调节和离子运输等高能耗生理活动，帮助鱼类维持稳态并增强耐盐性（Arago等，2010；X. Li等，2020）。

作为水生生态系统中的核心环境因素，盐度波动直接调节鱼类的渗透平衡和能量代谢过程。耗氧率和氨排泄率是反映鱼类代谢活动和生理适应状态的关键指标（Pérez-Robles等，2012）。具有不同盐度适应特征的鱼类，其耗氧率和氨排泄率对盐度变化的反应模式存在显著差异。这种差异本质上是长期适应不同栖息地所形成的代谢策略分化。这些反应模式大致可分为两类：第一类，狭盐性鱼类，其盐度耐受阈值较窄。其耗氧率降至最低值的盐度即为最适盐度，这与鱼类的等渗点高度吻合。只有在等渗环境中，耗氧率和氨排泄率才能同时维持在最低水平；一旦盐度偏离此平衡点，鱼类需额外消耗能量进行渗透调节，导致代谢指标显著增加（B?uf和Payan，2001）。例如，条纹鲽在盐度7.935时达到最低耗氧率和氨排泄率，但当盐度升至20.98或降至2.715时，这些指标显著增加（Wang等，2004）。第二类，广盐性鱼类，其盐度适应范围更广。其耗氧率和氨排泄率随盐度变化呈现"先升后降"的单峰曲线特征。耗氧率达到峰值的盐度即为最佳适应盐度。由于盐度耐受范围存在本质差异，不同鱼类的耗氧率和氨排泄率反应阈值存在显著不同（Zhou等，2020，Braun等，2009）。对日本梭鱼幼鱼的研究显示，在盐度13-39范围内，耗氧率和氨排泄率随盐度升高先增后降，耗氧率峰值出现在盐度26，氨排泄率峰值出现在盐度20（Xue-Jun等，2009）。

早期研究发现，鱼类消耗大量能量来激活和调节离子转运系统以维持渗透平衡。为满足盐度变化引发的额外能量需求，鱼类启动代谢重构机制并对中间代谢途径进行适应性调整。原子氧氮比（O:N）是评估鱼类代谢底物利用类型的核心指标，其变化清晰反映了不同环境胁迫下的能量供应策略（Sun等，2023）。当O:N比值在3到16之间时，蛋白质是主要的能量代谢底物；当比值在16到60之间时，蛋白质和脂肪协同参与能量供应；当比值超过60时，表明脂质成为高能量需求下的主要能量物质。研究证实，盐度变化直接导致鱼类O:N比值发生相应调整，从代谢底物选择的角度揭示了鱼类适应盐度胁迫的内在机制。渗透压反映渗透活性粒子的总浓度，主要控制水分在细胞膜上的运动，而胶体渗透压由血浆蛋白产生，主要调节毛细血管壁的液体交换。一般来说，当环境渗透压接近水生生物的内部渗透压时，渗透调节的能量消耗显著降低，这有利于提高存活率和促进生长；反之，如果环境与内部渗透压的差异过大，生物体将难以维持离子稳态，导致存活率和生长率显著下降（H. Li等，2020；Li等，2024）。

作为中国重要的淡水养殖鱼类，鳜鱼的自然分布和养殖环境多为淡水或低盐度水域。目前对盐度胁迫对其耗氧率、氨排泄率和代谢机制的影响缺乏系统研究。基于此，本研究聚焦于鳜鱼在盐度胁迫下的代谢反应特征，旨在阐明其耗氧率和氨排泄率的变化规律，并为揭示鳜鱼的盐度适应机制和优化养殖环境控制策略提供理论依据。

培养管理
实验所用鱼种采自上海松江，通过运鱼车运至实验室进行水族箱培养。采集两种不同规格的健康鳜鱼（大型：体重152.35±3.45 g，体长20.19±2.36 cm；小型：体重86.38±5.23 g，体长10.68±2.37 cm），暂养于1500 L聚乙烯养殖缸中超过10天。每天定时喂食至饱食，每天换水超过80%

盐度胁迫对存活率的影响
如图1所示，10厘米和20厘米鳜鱼的存活率均随盐度升高而逐渐下降。在96小时内，当盐度增至12.5时开始出现死亡。如表1所示，盐度胁迫下10厘米和20厘米鳜鱼的96小时LC50分别为14.30和15.05。死亡率与盐度和胁迫时长成正比。10厘米和20厘米鱼的SC分别为4.13和4.70。20厘米鱼的SC显著高于……

讨论
盐度是鱼类存活的关键环境因素。当鱼类处于最佳范围之外的咸水中时，其生理和生化活动会受到影响。在本研究中，对两种体型鳜鱼进行的急性盐度测试发现，20厘米鱼的96小时LC50显著高于10厘米鱼（p <0.05）。先前的研究也报道了较小鳜鱼（4.33 ±0.31 g，3-5 cm）的96小时盐度LC50为13.91（Li等，2024a），明显……

未引用的参考文献（Li等（2020））

资助
本研究由国家重点研发计划（2023YFD2401001）提供资金资助。

CRediT作者贡献声明
秦河彩：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿撰写，验证，方法论，调查，形式分析，数据整理。李燕：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿撰写，验证，方法论，调查，形式分析，数据整理。赖齐芳：写作 – 审阅与编辑，监督，方法论。孙震：资源。魏宇行：调查。高鹏程：验证，软件，资源。周凯：验证，调查。李一铭：软件，

利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

李燕|秦河彩|李一铭|姚宗礼|高鹏程|周凯|孙震|魏宇行|赖齐芳