單色光對斑馬魚趨光行為的影響

鄧青燕，盧克祥，錢衛(wèi)國，王偉杰，戴明云

單色光對斑馬魚趨光行為的影響

鄧青燕1，盧克祥1，錢衛(wèi)國2，王偉杰1，戴明云1

（1. 上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2. 浙江海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，浙江 舟山 316022）

【】研究個(gè)體和群體斑馬魚對5種單色光的趨光反應(yīng)。在無外界光源干擾下，設(shè)置紅光（625±5）nm、黃光（585±5）nm、綠光（525±5）nm、藍(lán)光（455±5）nm、紫光（400±5）nm等5種人工光源光照環(huán)境，利用自制裝置研究個(gè)體和群體斑馬魚在5種單色光照環(huán)境下的趨光反應(yīng)。個(gè)體斑馬魚在單色光環(huán)境下的停留時(shí)間比例依次為綠光24.11%、紅光15.02%、紫光10.35%、藍(lán)光8.87%、黃光7.96%，綠光顯著高于黃光和藍(lán)光（< 0.05），紅、黃、藍(lán)和紫四個(gè)區(qū)之間無顯著差異（> 0.05）；群體斑馬魚趨光率為紫光（21.31%）、紅光（19.96%）、綠光（19.58%）顯著高于藍(lán)光（14.07%）和黃光（9.58%）（< 0.05），無論是群體還是個(gè)體斑馬魚在黃色光環(huán)境下的趨光反應(yīng)均最不明顯；斑馬魚對5種單色光的選擇指數(shù)表明，個(gè)體斑馬魚和群體斑馬魚均趨向藍(lán)、綠光，回避黃光；紫光和紅光則表現(xiàn)為個(gè)體斑馬魚回避，群體斑馬魚趨向。斑馬魚對5種單色光的瞬間適應(yīng)能力由強(qiáng)到弱依次為綠光、紅光、紫光、藍(lán)光、黃光。斑馬魚不喜好黃光環(huán)境，對紫光、紅光、綠光表現(xiàn)強(qiáng)烈的趨向性，對藍(lán)光的喜好程度適中。

斑馬魚；趨光性；單色光；魚類行為

光是一種物理環(huán)境因子，光色是影響魚類誘集效果的關(guān)鍵因素之一[1-2]，不同魚類對特定顏色光產(chǎn)生特定趨向性[3-4]。脊椎動物模式生物斑馬魚() 在發(fā)育遺傳、人類疾病模型、環(huán)境毒理學(xué)等領(lǐng)域有較高的研究價(jià)值[5-11]。趨光行為是分析斑馬魚視覺系統(tǒng)發(fā)育和功能的重要方法之一[12-13]。斑馬魚視覺系統(tǒng)中不同顏色的視覺感受器是調(diào)節(jié)斑馬魚在光場中行為反應(yīng)的動力，在光刺激下，斑馬魚幼魚通過調(diào)節(jié)自身運(yùn)動狀況，最大限度地暴露在光線充足的最佳攝食環(huán)境中[14]。目前，以斑馬魚視覺為基礎(chǔ)的行為反應(yīng)報(bào)道較多，如視動反應(yīng)、眼動反應(yīng)及視覺感受機(jī)制[15-16]研究。而關(guān)于斑馬魚在光場中的行為，不同單色光對斑馬魚的趨光行為影響和聚集效果研究鮮有報(bào)道。筆者在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下研究斑馬魚在不同波長單色光刺激下的趨避反應(yīng)、趨光特性和分布特征，分析其對單色光的趨向性和選擇特性，為開展淡水魚行為反應(yīng)的量化工作及其健康養(yǎng)殖研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)魚 實(shí)驗(yàn)用斑馬魚6月齡，體長2.5~3.5 cm，2019年10月購自廣東惠州魚樂樂水族館，暫養(yǎng)于上海海洋大學(xué)魚類行為學(xué)實(shí)驗(yàn)室，暫養(yǎng)水質(zhì)清新，水溫24℃，每天8:00和18:00投喂浮性膨化飼料，30 min后清除殘餌和糞便，換水1/3。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)器材 魚缸（圖1）：圓形，分為測試部分和光源刺激部分。測試部分直徑120 cm，高20 cm。魚缸定制時(shí)，測試部分底部透明；中間隔離出直徑25 cm的同心圓區(qū)域，為暗適應(yīng)區(qū)；隔離區(qū)外劃分為6個(gè)相等的區(qū)域，各區(qū)域間用黑色不透光亞克力隔板隔離開。刺激部分高度10 cm，構(gòu)造同測試部分。在魚缸定制時(shí)，固定好所有不透光隔板，防止漏光、漏水。實(shí)驗(yàn)時(shí)，測試部分置于光源刺激部分之上，刺激光源裝于光源刺激部分，從魚缸底部照射。為避免出現(xiàn)觀察盲區(qū)，在魚缸正上方安裝2臺紅外攝像頭同步拍攝魚群運(yùn)動狀態(tài)，使斑馬魚所有活動均在攝像頭視野中。

A. 測試部分；B. 光源刺激部分；1-6. 實(shí)驗(yàn)區(qū)；7-12. 光源區(qū)；13-14. 攝像頭；15. 暗適應(yīng)區(qū)

設(shè)備：5種單色光源（深圳市春達(dá)鑫光電有限公司），波長分別為紫光（400±5）nm，藍(lán)光（455±5）nm，綠光（525±5）nm，黃光（585±5）nm，紅光（625±5）nm，功率均為20 W；實(shí)測照度分別為紫光427 lx，藍(lán)光133 lx，綠光88 lx，黃光616 lx，紅光1 515 lx。水下照度計(jì)1臺（ZDS-10 W，上海嘉定學(xué)聯(lián)儀表廠）。攝像頭2臺（DS-2CD3T45-I3，?？低暎Ｋ浒?個(gè)（40 mm×40 mm，泰爾電子）。直流微型循環(huán)泵6個(gè)（TR-1101 DC12V，泰爾電子）。PVC塑料軟管（8 mm × 10 mm，泰爾電子）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)在黑暗無光、無噪音的密閉環(huán)境下進(jìn)行，為避免自然光和環(huán)境噪聲的影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排在20:00至次日03:00。實(shí)驗(yàn)時(shí)，測試部分圓形缸水深10 cm。實(shí)驗(yàn)開始前圓形缸的光源刺激部分6個(gè)區(qū)域安裝刺激光源，其中5個(gè)區(qū)域分別安裝紅色、黃色、綠色、藍(lán)色和紫色光源，每個(gè)LED光源安裝水冷板和直流微型循環(huán)泵，二者通過PVC管連接，以便光源工作時(shí)散熱，5種LED單色光隨機(jī)分配在5個(gè)區(qū)域，確保5個(gè)區(qū)域光源安裝在相同位置，第6區(qū)域不安裝光源以提供黑暗環(huán)境。

個(gè)體測試時(shí)，每次選擇1尾生長狀況良好的斑馬魚在圓形缸暗適應(yīng)區(qū)適應(yīng)30 min，用兩端不封閉的黑色不透光亞克力管作為暗適應(yīng)時(shí)的隔板，30 min后開啟5種單色光刺激光源，抽去隔板測試30 min，記錄斑馬魚停留區(qū)域以及實(shí)驗(yàn)過程中在每個(gè)區(qū)域停留時(shí)間，每1 min收集1次數(shù)據(jù)，1次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后更換實(shí)驗(yàn)魚，重復(fù)之前的步驟，共測試3次；群體測試時(shí)，每次選擇50尾生長狀況良好的斑馬魚在圓形缸暗適應(yīng)區(qū)適應(yīng)30 min后，同時(shí)打開5種單色光刺激光源，抽掉隔板測試30 min，實(shí)時(shí)記錄斑馬魚在每個(gè)區(qū)域分布情況，1次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后更換實(shí)驗(yàn)魚，重復(fù)之前的步驟，共測試3次。為避免斑馬魚適應(yīng)刺激光源光照環(huán)境，每完成一次實(shí)驗(yàn)后斑馬魚放回暫養(yǎng)池暫養(yǎng)，更換實(shí)驗(yàn)魚繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

參考肖煒等[3, 17-18]的方法，統(tǒng)計(jì)30 min內(nèi)斑馬魚在各光照區(qū)域的分布數(shù)量和停留時(shí)間，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的方式表示。根據(jù)斑馬魚群體的趨集程度，表示30 min內(nèi)斑馬魚在某個(gè)區(qū)域的停留時(shí)間，表示斑馬魚在某個(gè)區(qū)域出現(xiàn)的次數(shù)，趨光率表示斑馬魚在各單色光區(qū)域下的趨光反應(yīng)程度，表示斑馬魚對不同單色光的選擇指數(shù)，＞0表示趨向（即正向選擇），＜0表示回避（即負(fù)向選擇），= 0表示無選擇。用Excel對斑馬魚在各區(qū)域的分布進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），= 0.05。

(%) =/， （1）

s= (s-s) /s， （2）

m= (m-m) /m， （3）

式中，為各分區(qū)斑馬魚數(shù)，為實(shí)驗(yàn)斑馬魚總數(shù)，s為個(gè)體斑馬魚對不同單色光的選擇指數(shù)，s為斑馬魚在6個(gè)區(qū)域停留的時(shí)間比例，s為斑馬魚在其中一個(gè)區(qū)域停留的時(shí)間比例，m為群體斑馬魚對不同單色光的選擇指數(shù)，m為斑馬魚在6個(gè)區(qū)域的分布比例，m為斑馬魚在其中一個(gè)區(qū)域的分布比例。

2 結(jié)果

2.1 斑馬魚個(gè)體在5種單色光環(huán)境下的反應(yīng)

斑馬魚暗適應(yīng)30 min后，根據(jù)自身對5種單色光環(huán)境的適應(yīng)和偏好，游離暗適應(yīng)區(qū)，在6個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)游動。個(gè)體在6個(gè)區(qū)域停留情況見表1。

表1 個(gè)體斑馬魚在6個(gè)區(qū)域的停留數(shù)和時(shí)間

注：同列中凡含一個(gè)相同字母表示組間差異不顯著（> 0.05）。

Note: The means with a same letter within the same column indicate no significant difference between them (> 0.05).

由表1可見，斑馬魚在5個(gè)單色光區(qū)的停留次數(shù)和停留時(shí)間均低于在暗光區(qū)停留次數(shù)和時(shí)間。斑馬魚在暗光區(qū)的停留次數(shù)（9.67±1.35）顯著高于黃光區(qū)（2.33±1.03）、藍(lán)光區(qū)（2.00±1.00）、紫光區(qū)（3.67±1.15）（< 0.05），平均值高于紅光區(qū)（5.33±2.08）和綠光區(qū)（7.00±2.60），但差異不顯著（> 0.05）。暗光區(qū)平均停留次數(shù)占6個(gè)區(qū)停留總次數(shù)的32.22%，而綠光區(qū)平均停留次數(shù)在5個(gè)區(qū)中最高，占23.33%。5個(gè)單色光區(qū)停留次數(shù)差異均不顯著（> 0.05）。30 min內(nèi)斑馬魚平均累積停留時(shí)間表現(xiàn)為綠光區(qū)[（434.00±18.12）s] 高于紅光區(qū) [（270.33±12.83）s]、紫光區(qū) [（186.33±9.59）s]（> 0.05），綠光區(qū)顯著高于黃光區(qū) [（143.33±15.18）s]、藍(lán)光區(qū) [（159.67±11.05）s]（< 0.05），但紅、黃、藍(lán)和紫四個(gè)區(qū)之間停留時(shí)間無差異顯著性（> 0.05）。而在暗光區(qū)斑馬魚的累積停留時(shí)間為（606.33±23.79）s，在6個(gè)區(qū)中最高，占整個(gè)觀察時(shí)間的33.69%。無論是停留次數(shù)還是停留時(shí)間暗光區(qū)均最高。而單色光中停留次數(shù)和停留時(shí)間最高的為綠光區(qū)，單色光區(qū)中停留次數(shù)最低的是藍(lán)光區(qū)，停留時(shí)間最低的是黃光區(qū)。斑馬魚個(gè)體在5種單色光環(huán)境下的趨光反應(yīng)程度由大到小依次為綠光區(qū)、紅光區(qū)、紫光區(qū)、藍(lán)光區(qū)、黃光區(qū)。

2.2 群體斑馬魚在5種單色光環(huán)境下的趨光率

實(shí)驗(yàn)條件下，斑馬魚根據(jù)自身對5種光環(huán)境的適應(yīng)和偏好，游離暗適應(yīng)區(qū)，分散到魚缸6個(gè)區(qū)域，各區(qū)域趨光率值變化趨勢見圖2。圖2可見，黃光區(qū)斑馬魚最低，在30 min內(nèi)，始終低于其他5個(gè)區(qū)，1 ~ 5 min內(nèi)，綠、暗光區(qū)最高，其次是紅、紫光區(qū)，最低的是藍(lán)、黃光區(qū)；隨后5 min內(nèi)，藍(lán)、紫光區(qū)迅速增長，其他4個(gè)區(qū)均不同程度降低，依次為紫、暗、紅、綠、藍(lán)、黃光區(qū)；0 ~ 15 min，暗光區(qū)斑馬魚急速下降，藍(lán)光區(qū)繼續(xù)增長，黃、綠光區(qū)回升，紅、紫光區(qū)降低，由高到低依次為藍(lán)、綠、紫、紅光區(qū)，遠(yuǎn)高于黃、暗光區(qū)組；15 ~ 20 min，藍(lán)、黃光區(qū)明顯下降，暗、紫光區(qū)明顯上升，而紅、綠光區(qū)保持較為穩(wěn)定狀態(tài)，由大到小依次為紫、綠、紅、藍(lán)、黃、暗光區(qū)；20 ~ 25 min，紫、紅、暗光區(qū)增長，綠、藍(lán)、黃光區(qū)下降，由高到低依次為紫、紅、綠、暗、藍(lán)、黃光區(qū)；25 ~ 30 min，紫光區(qū)明顯下降，其他5個(gè)區(qū)保持穩(wěn)定狀態(tài)，由大到小依次為紅、綠、暗、藍(lán)、黃光區(qū)。

圖2 斑馬魚趨光率在30 min內(nèi)的變化趨勢

表2可見，30 min內(nèi)6個(gè)區(qū)域總體趨光率紫光（21.31%）、紅光（19.96%）、綠光（19.58%）明顯高于黃光（9.58%）和藍(lán)光（14.07%）（< 0.05），紅、綠、紫光區(qū)間，黃、藍(lán)光區(qū)間均無明顯差異（> 0.05）。根據(jù)圖2，斑馬魚趨光率在30 min內(nèi)起伏變化，出現(xiàn)最高趨光率和最低趨光率。5種單色光區(qū)最高趨光率出現(xiàn)時(shí)間分別為紫光（30.67%）23 min，綠光（29.33%）2 min，紅光（26.67%）4 min和21 min，藍(lán)光（23.33%）15 min和17 min，黃光（18.67%）14 min時(shí)，黃光區(qū)最高趨光率在5種單色光中最低，與其他4種單色光之間差異顯著（< 0.05），綠光區(qū)出現(xiàn)最高趨光率的時(shí)間最早，紫光區(qū)最晚；而5種單色光區(qū)最低趨光率出現(xiàn)時(shí)間分別是綠光（15.33%）7 min和29 min，紅光（11.33%）9 min，紫光（9.33%）1 min和2 min，藍(lán)光（6.00%）3 min，黃光（3.33%）6 min時(shí)，黃、藍(lán)光區(qū)最低趨光率顯著低于綠光區(qū)（< 0.05），最低趨光率出現(xiàn)時(shí)間最早的是紫光區(qū)，而最晚的是紅光區(qū)。

每5 min斑馬魚趨光率見表3。表3可見，30 min內(nèi)總體趨光率呈上升趨勢的是黃、藍(lán)、紫光區(qū)，三區(qū)域?qū)嶒?yàn)魚5 min時(shí)的趨光率與30 min時(shí)差異不明顯（> 0.05），綠光區(qū)呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，5 min時(shí)趨光率與30 min時(shí)差異顯著（< 0.05），暗光區(qū)5 min時(shí)趨光率比30 min時(shí)明顯降低（< 0.05），趨光率變化表現(xiàn)平穩(wěn)的是紅光區(qū)（> 0.05）。

表2 不同光色下群體斑馬魚的趨光率

注：同列中凡標(biāo)有一個(gè)相同字母表示組間差異不顯著（> 0.05）。

Note: The means in the same column with a same letter have no significant differences between them (> 0.05).

表3 30 min內(nèi)每5 min斑馬魚的趨光率

注：同列中凡標(biāo)有一個(gè)相同字母表示組間差異不顯著（> 0.05）。

Note: The means in the same column with a same letter have no significant differences between them (> 0.05).

5 min時(shí)，各光區(qū)斑馬魚趨光率依次為綠光（24.80%）、紅光（21.60%）、紫光（13.33%）、藍(lán)光（8.00%）、黃光區(qū)（7.60%），綠、紅光區(qū)趨光率顯著高于紫光區(qū)（< 0.05），紫光區(qū)顯著高于藍(lán)、黃光區(qū)（< 0.05）；10 min時(shí)，紫光區(qū)（21.87%）高于紅光區(qū)（19.87%）和綠光區(qū)（17.07%）（> 0.05），紅光區(qū)顯著高于藍(lán)光區(qū)（14.93%）（< 0.05），黃光區(qū)趨光率最低（5.73%），與藍(lán)光區(qū)差異顯著（< 0.05）；15 min時(shí)，藍(lán)光區(qū)趨光率上升（21.20%），其次是綠光（19.87%）、紫光（19.33%）和紅光區(qū)（18.13%），5種單色光中黃光區(qū)趨光率（12.67%）仍最低，與其他4種單色光差異顯著（< 0.05）；20 min時(shí)，紫光區(qū)趨光率（24.93%）上升明顯，高于綠光（20.00%）和紅光區(qū)（18.40%），且顯著高于藍(lán)光（15.47%）和黃光區(qū)（10.80%）（< 0.05）；25 min時(shí)，紫光區(qū)趨光率（27.20%）持續(xù)保持上升趨勢，高于紅光區(qū)（20.53%），并與綠光（17.73%）、藍(lán)光區(qū)（11.33%）之間差異顯著（< 0.05），同時(shí)藍(lán)光區(qū)趨光率顯著高于黃光區(qū)（9.20%）（< 0.05）；30 min時(shí)，紅光區(qū)趨光率（21.40%）上升，高于紫光（21.20%）、綠光（18.00%）和藍(lán)光區(qū)（13.47%），黃光區(qū)趨光率（11.47%）仍為5種單色光中最低，且與另外4種單色光區(qū)趨光率之間差異顯著（< 0.05）。

2.3 斑馬魚在5種單色光區(qū)域的選擇指數(shù)

2.3.1 斑馬魚對5種單色光區(qū)總選擇指數(shù) 表4可見，30 min內(nèi)個(gè)體斑馬魚在綠、暗光區(qū)表現(xiàn)為趨向，選擇指數(shù)分別為0.45和1.02，紅、黃、藍(lán)、紫光4個(gè)區(qū)域的選擇指數(shù)依次為-0.10、-0.52、-0.47、-0.38，斑馬魚對這4個(gè)區(qū)域表現(xiàn)為回避，回避程度由大到小依次為黃、藍(lán)、紫、紅光區(qū)。群體斑馬魚在紅、綠、紫光區(qū)表現(xiàn)為趨向，選擇指數(shù)分別是0.20、0.17和0.28，因此對這3種單色光表現(xiàn)喜好，而喜好程度由強(qiáng)到弱為紫、紅、綠光。黃、藍(lán)光區(qū)選擇指數(shù)分別為-0.43和-0.16，對黃光和藍(lán)光表現(xiàn)為回避性，對黃光環(huán)境的回避程度最高。

無論是群體斑馬魚還是個(gè)體斑馬魚，其對實(shí)驗(yàn)條件下的黃光和藍(lán)光均表現(xiàn)回避；對綠光表現(xiàn)為趨向；而對紅光和紫光，個(gè)體斑馬魚均為表現(xiàn)出回避，群體斑馬魚則表現(xiàn)為趨向。此外，暗光區(qū)個(gè)體斑馬魚表現(xiàn)為趨向，群體斑馬魚則表現(xiàn)為回避。

表4 斑馬魚對5種單色光的選擇指數(shù)

2.3.2 群體斑馬魚對5種單色光的選擇 圖3A顯示，在5 min內(nèi)，斑馬魚對黃、藍(lán)、紫光區(qū)均表現(xiàn)為強(qiáng)烈的回避性，僅對紅、綠、暗光區(qū)表現(xiàn)為趨向性，而暗光區(qū)趨向性減弱，紅、綠光區(qū)趨向性增強(qiáng)。隨著時(shí)間變化，斑馬魚識別不同的單色光，根據(jù)自身對單色光的適應(yīng)調(diào)整對6個(gè)區(qū)域的趨避性。每5 min的選擇指數(shù)（圖3B）可見，30 min內(nèi)，斑馬魚對紅光、綠光選擇性始終為趨向，對紅光的選擇指數(shù)最高為5 min時(shí)的0.30，最低為15 min時(shí)的0.09，趨向性表現(xiàn)為先減弱后增強(qiáng)的變化趨勢。對綠光的選擇指數(shù)最高為5 min時(shí)的0.49，最低為10 min時(shí)的0.02，趨向性雖有減弱趨勢，但始終保持為趨向而無回避現(xiàn)象。斑馬魚對黃光的回避性十分明顯，尤其是10 min時(shí)，選擇指數(shù)-0.70，所有實(shí)驗(yàn)組中回避程度中最高，隨著時(shí)間變化，指數(shù)下降，表明斑馬魚在逐漸適應(yīng)的過程中，對黃光回避強(qiáng)度減弱。在藍(lán)光區(qū)，斑馬魚開始表現(xiàn)為較高程度的回避趨勢，5 min時(shí)回避強(qiáng)度最高，選擇指數(shù)為-0.50，隨著時(shí)間變化回避趨勢減弱，斑馬魚逐漸適應(yīng)藍(lán)光環(huán)境，到15 min時(shí)，斑馬魚趨向藍(lán)光區(qū)，選擇指數(shù)為0.27，但對藍(lán)光的趨向性較為短暫，20 min開始，斑馬魚恢復(fù)為回避狀態(tài)。在紫光區(qū)，斑馬魚僅在前5 min表現(xiàn)為回避，指數(shù)為-0.20，5 min后為逐漸增強(qiáng)的趨向狀態(tài)，并在25 min時(shí)選擇指數(shù)達(dá)最高值0.632。

3 討論

3.1 斑馬魚對5種單色光的趨光性

分析斑馬魚在5種色光環(huán)境下的行為發(fā)現(xiàn)，斑馬魚對不同波長單色光的喜好程度不同：個(gè)體斑馬魚對5種色光的趨向性有明顯差異，更傾向于綠光（24.11%）環(huán)境，其次是紅光（15.02%）、紫光（10.35%）、藍(lán)光（8.87%）環(huán)境，而對黃光（7.96%）環(huán)境最不敏感；群體斑馬魚在紫光環(huán)境下趨光率（21.31%）最高，紅光（19.96%）次之，隨之是綠光（19.58%）、藍(lán)光（14.07%），在黃光環(huán)境下趨光率（9.58%）最低，與個(gè)體斑馬魚一致?？傮w而言，個(gè)體斑馬魚趨光行為與群體斑馬魚不盡一致。

無論是魚類還是靈長類，短波長視錐細(xì)胞對運(yùn)動行為的貢獻(xiàn)較弱，遠(yuǎn)不如長波長紅綠視錐細(xì)胞[19-20]。斑馬魚視覺系統(tǒng)中存在四種對光敏感的視錐細(xì)胞，分別是紅色(570 nm)、綠色(480 nm)、藍(lán)色(415 nm) 及紫外(362 nm) 視錐細(xì)胞[21-22]，未見對黃光敏感的視錐細(xì)胞。因此，斑馬魚對黃光的趨光性較弱。Oliveira等[21]在斑馬魚對物體顏色和形狀認(rèn)知的研究也證實(shí)這一點(diǎn)，熒光燈照射環(huán)境下，斑馬魚魚群喜好藍(lán)色和綠色水箱，不喜好黃色和紅色。而本研究中，長波長的紅光環(huán)境卻吸引斑馬魚，這可能是因?yàn)榘唏R魚在水環(huán)境下接收紅色光照刺激與實(shí)物刺激存在差別。本研究中，短波長的紫光環(huán)境下斑馬魚也表現(xiàn)了較強(qiáng)的趨光性，Losey等[26]和Hughes等[27]運(yùn)用光學(xué)和生理學(xué)方法識別出斑馬魚視覺系統(tǒng)中感受紫外光的紫外視錐細(xì)胞。在Guggiana-nilo等[23]的研究中，斑馬魚識別紫外光卻回避紫外光?？梢酝茰y，本研究中斑馬魚紫外視錐細(xì)胞可能幫助其識別可見光范圍內(nèi)的紫光并呈現(xiàn)非常強(qiáng)烈的趨向性。針對藍(lán)、綠光環(huán)境，斑馬魚一直表現(xiàn)較強(qiáng)的趨向性，這也是對藍(lán)、綠光敏感的錐體細(xì)胞指導(dǎo)斑馬魚識別環(huán)境的結(jié)果[24]?？偟膩碚f，在自然環(huán)境中識別色彩的蛋白主導(dǎo)地位依次為紅光＞綠光＞藍(lán)光[21-22]，也解釋了本研究中斑馬魚在5種單色光環(huán)境下的行為反應(yīng)。

Oliveira等[21]、Munz[25]，Loew等[26]研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚在進(jìn)化過程中會根據(jù)環(huán)境光譜的質(zhì)量調(diào)整視覺靈敏度。斑馬魚的趨光行為和對色彩識別的行為反應(yīng)往往受到外部環(huán)境中非刺激光源的影響[21, 27-29]，是否有環(huán)境光、環(huán)境光的波長等條件都是影響趨光行為的因素。Oliveira等[21]的斑馬魚對4種顏色水箱的偏好實(shí)驗(yàn)是在熒光燈為背景光的環(huán)境下，斑馬魚偏向選擇藍(lán)色和綠色水箱。而本研究是在暗環(huán)境為背景的條件下，斑馬魚偏向紅光。因此，探索斑馬魚的趨光性需根據(jù)背景光實(shí)現(xiàn)視覺上的協(xié)調(diào)。

群體斑馬魚對5種單色光趨光率的差距較平緩，而個(gè)體斑馬魚不管是停留次數(shù)還是停留時(shí)間，在5種單色光之間均存在明顯的差別。由于實(shí)驗(yàn)過程中，除單色光的物理刺激外，斑馬魚魚群內(nèi)部個(gè)體之間還存在生物刺激因素[30]，在趨向某種光照環(huán)境的過程中，根據(jù)斑馬魚集群的生活習(xí)性，斑馬魚識別自身敏感的光環(huán)境，還需要識別個(gè)體之間傳遞的集群訊息。因此，處于群體和個(gè)體情況下的斑馬魚對5種單色光環(huán)境的趨光反應(yīng)出現(xiàn)差異，這種差異也是今后研究斑馬魚群體內(nèi)部生物因子作用于斑馬魚行為反應(yīng)的焦點(diǎn)之一。

3.2 斑馬魚對5種單色光的選擇性

本研究中，斑馬魚在暗環(huán)境下適應(yīng)30 min后撤掉擋板并打開所有單色光光源，魚群雖從擁擠的暗適應(yīng)區(qū)環(huán)境游至6個(gè)區(qū)域，但斑馬魚并不能立即適應(yīng)單色光環(huán)境。打開光源5 min內(nèi)，僅對紅、綠光和暗區(qū)表現(xiàn)為趨向性，并逐漸增強(qiáng)，而暗光區(qū)的趨向性減弱；10 min內(nèi)繼續(xù)趨向暗光區(qū)，但趨向性呈逐漸減弱趨勢，并開始回避暗光環(huán)境，適應(yīng)單色光環(huán)境。因此，在10 ~ 20 min內(nèi)，斑馬魚由趨向暗光轉(zhuǎn)變?yōu)榛乇?，而對紫光、藍(lán)光環(huán)境則轉(zhuǎn)變?yōu)橼呄驙顟B(tài)。斑馬魚對特定波長的光產(chǎn)生不同的趨光行為，主要是視覺介導(dǎo)的行為[31]，環(huán)境光照通過視覺系統(tǒng)傳遞訊息，斑馬魚接收信息產(chǎn)生行為反饋，從而影響其生活習(xí)性。在無光環(huán)境下，接收到環(huán)境中目標(biāo)光源刺激時(shí)，斑馬魚立即表現(xiàn)出游向光源行為[32]，短暫時(shí)間內(nèi)從暗光區(qū)游向并快速適應(yīng)紅、綠光環(huán)境。斑馬魚既能選擇趨向敏感的單色光區(qū)域，又能區(qū)分不同的顏色[33]，在5種單色光中，斑馬魚趨向紫、紅、綠光，回避黃、藍(lán)光，對5種單色光的選擇性出現(xiàn)差異。Avdesh等[34]在評估斑馬魚對色彩的學(xué)習(xí)和記憶能力時(shí)，在紅、黃、藍(lán)、綠四色兩兩組合測試中，斑馬魚僅對藍(lán)色表現(xiàn)出較強(qiáng)的回避，隨后“T”迷宮試驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)，紅、黃、綠三個(gè)顏色中，更趨向紅色和綠色。而在Thornberry等[35]和Risnee等[36]的研究中，斑馬魚對波長500 nm的單色刺激最敏感。他們還發(fā)現(xiàn)，斑馬魚對波長460、540 nm相對不敏感。這些研究均表明，斑馬魚對紅、綠光的敏感程度始終高于藍(lán)光，本研究亦可得出類似規(guī)律。

本研究中，控制了單色光的波長，但食物、有無背景光均可影響斑馬魚對單色光的選擇和偏向性，今后需結(jié)合多重環(huán)境信息進(jìn)行更加精準(zhǔn)和系統(tǒng)的研究，并根據(jù)魚類不同的行為特點(diǎn)，探索高效而經(jīng)濟(jì)的養(yǎng)殖模式和捕撈方式，從而保護(hù)漁業(yè)資源。

[1] 錢衛(wèi)國, 陳新軍, 錢雪龍, 等. 300W型LED集魚燈光學(xué)特性及其節(jié)能效果分析[J]. 海洋漁業(yè), 2011, 33(1): 99-105.

[2] 葉超, 錢衛(wèi)國, 王偉杰, 等. 集魚燈不同配置水下照度分布效果比較[C] // 2016年中國水產(chǎn)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文摘要集. 成都, 2016. https://kns.cnki.net/kcms/detail/ detail.aspx?dbcode=CPFD&dbname=CPFDLAST2017&filename=OGSB201611001415.

[3] 肖煒, 李大宇, 楊弘, 等. 奧利亞羅非魚在光場中的行為反應(yīng)研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2012, 28(26): 105-109.

[4] 錢衛(wèi)國, 王偉杰, 葉超, 等. 光誘魷釣漁船集魚燈的水中照度分布及合理配置研究[J]. 大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 30(2): 226-230.

[5] 陳孝紅, 仇雪梅, 郝薇薇, 等. 斑馬魚CYP11a1基因在不同性腺發(fā)育時(shí)期的表達(dá)[J]. 大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 30(1): 13-17.

[6] LIU Y W, CARMER R, ZHANG G N, et al. Statistical analysis of zebrafish locomotor response[J]. PLoS One, 2015, 10(10): e0139521.

[7] 葛玲玲, 宋佳坤, 范純新. 斑馬魚中Wnt信號通過調(diào)控側(cè)線基板形成影響側(cè)線發(fā)育機(jī)制[J]. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2018, 27(1): 16-23.

[8] 高泉, 呂為群. 衰老對斑馬魚呼吸代謝和游泳行為的影響[J]. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 28(2): 200-210.

[9] 蔡吉榛, 羅顯橋, 林紅英, 等. 湛江近海域沉積物含氯多環(huán)芳烴對斑馬魚胚胎的毒性研究[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(1): 72-76.

[10] 聶芳紅, 劉連平, 陳進(jìn)軍, 等. 二噁英類化合物對斑馬魚CYP1A毒理作用的研究新進(jìn)展[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 27(3): 123-128.

[11] 劉旭昊, 祖恩普, 王凡. 三氯生對雌性斑馬魚肝胰臟凋亡相關(guān)基因表達(dá)的影響[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2020, 40(1): 15-18.

[12] LI L. Zebrafish mutants: Behavioral genetic studies of visual system defects[J]. Developmental Dynamics, 2001, 221(4): 365-372.

[13] BILOTTA J, SASZIK S. The zebrafish as a model visual system[J]. International Journal of Developmental Neuroscience, 2001, 19(7): 621-629.

[14] BURGESS H A, GRANATO M. Modulation of locomotor activity in larval zebrafish during light adaptation[J]. The Journal of Experimental Biology, 2007, 210(Pt 14): 2526-2539.

[15] KUBO F, HABLITZEL B, DAL MASCHIO M, et al. Functional architecture of an optic flow-responsive area that drives horizontal eye movements in zebrafish[J]. Neuron, 2014, 81(6): 1344-1359.

[16] WANG Y J, CAI S J, CUI J L, et al. Correlation between photoreceptor injury-regeneration and behavior in a zebrafish model[J]. Neural Regeneration Research, 2017, 12(5): 795-803.

[17] 鞏建華, 郭春陽, 田喆, 等. 紅鯽魚對環(huán)境顏色及光強(qiáng)的趨向性研究[J]. 生物學(xué)雜志, 2016, 33(5): 13-18.

[18] 白艷勤, 王雪, 劉德富, 等. 瓦氏黃顙魚和鰱對光照強(qiáng)度和顏色的選擇[J]. 水生生物學(xué)報(bào), 2014, 38(2): 216-221.

[19] ORGER M B, BAIER H. Channeling of red and green cone inputs to the zebrafish optomotor response[J]. Visual Neuroscience, 2005, 22(3): 275-281.

[20] SEIDEMANN E, POIRSON A B, WANDELL B A, et al. Color signals in area MT of the macaque monkey[J]. Neuron, 1999, 24(4): 911-917.

[21] OLIVEIRA J, SILVEIRA M, CHACON D, et al. The zebrafish world of colors and shapes: preference and discrimination[J]. Zebrafish, 2015, 12(2): 166-173.

[22]ZIMMERMANN MJY, NEVALANE, YOSHIMATSU T, et al. Zebrafish differentially process color across visual space to match natural scenes[J]. Current Biology, 2018, 28(13): 2018-2032.

[23] GUGGIANA-NILO D A, ENGERT F. Properties of the visible light phototaxis and UV avoidance behaviors in the larval zebrafish[J]. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 2016, 10: 160.

[24] SPENCE R, SMITH C. Innate and learned colour preference in the zebrafish,[J]. Ethology, 2008, 114(6): 582-588.

[25] MUNZ F W. The photosensitive retinal pigments of fishes from relatively turbid coastal waters[J]. The Journal of General Physiology, 1958, 42(2):445-459.

[26] LOEW E R, LYTHGOE J N. The ecology of cone pigments in teleost fishes[J]. Vision Research, 1978, 18(6): 715-722.

[27] LUCHIARI A C, FREIRE F A M. Effects of environmental colour on growth of Nile tilapia,(Linnaeus, 1758), maintained individually or in groups[J]. Journal of Applied Ichthyology, 2009, 25(2): 162-167.

[28] LUCHIARI A C, PIRHONEN J. Effects of ambient colour on colour preference and growth of juvenile rainbow trout(Walbaum)[J]. Journal of Fish Biology, 2008,72(6):1504-1514.

[29] LUCHIARI A C, DO AMARAL DUARTE C R, DE MORAIS FREIRE F A, et al. Hierarchical status and colour preference in Nile tilapia ()[J]. Journal of Ethology, 2007, 25(2): 169-175.

[30] 黃六一, 徐基強(qiáng), 陳婧, 等. 光照對花鱸行為反應(yīng)的影響研究[J]. 漁業(yè)信息與戰(zhàn)略, 2018, 33(1): 45-50.

[31] FLEISCH V C, NEUHAUSS S C F. Visual behavior in zebrafish[J]. Zebrafish, 2006,3(2):191-201.

[32] MUELLER K P, NEUHAUSS S C F. Light perception: more than meets the eyes[J]. Current Biology, 2012, 22(21): R912-R914.

[33] 楊文斌. 幼年斑馬魚中條件刺激的視覺特性調(diào)節(jié)操作者學(xué)習(xí)的研究[D]. 合肥: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2019.

[34] AVDESH A, MARTIN-IVERSON M, CHEN M Q, et al. Evaluation of color preference in zebrafish: A possible potential model for learning and memory disorders[J]. Alzheimer’s & Dementia, 2011, 7(4): S120.

[35] THORNBERRY T, RISNER M, HAGGBLOOM S J. Wavelength discrimination in the zebrafish (): evidence for functional color vision[J]. Psychobiology in the Sun Belt Conference, 2008, 2004: 1-10.

[36] RISNER M L, LEMERISE E, VUKMANIC E V, et al. Behavioral spectral sensitivity of the zebrafish ()[J]. Vision Research, 2006, 46(17): 2625-2635.

Effects of Monochromatic Light on Phototaxis Behavior of Zebrafish ()

DENG Qing-yan1, LU Ke-xiang1, QIAN Wei-guo2, WANG Wei-jie1, DAI Ming-yun1

（1.,,201306,; 2.,,316022,）

To study the phototactic response of single-tailed and multi-tailed zebrafish () to five monochromatic lights.Five artificial light sources (red (625 ± 5) nm; yellow (585 ± 5) nm; green (525 ± 5) nm, blue (455 ± 5) nm, and purple (400 ± 5) nm) were set up without external surrounding light sources using a self-made experimental device.The percentage of residence time for single-tailed zebrafish in the monochromatic light wasin the decreasing order of green 24.1%, red 15.0%, purple 10.4%, blue 8.9%, and yellow 7.96%, respectively. The residence time in green light was significantly higher than that in yellow and blue light (< 0.05). There was no significant difference between residence time in red, yellow, blue and purple light (> 0.05). The phototaxis rate of multi-tailed zebrafish was 21.3% in purple, 20.0% in red, 19.6% in green, 14.1% in blue light, and 9.6% in yellow light. The phototaxis rate in purple, red and green light was significantly higher than that in blue and yellow light (< 0.05). Whether it is a multi-tailed or single-tailed zebrafish, the phototaxis response was not obvious under the yellow light environment. The selection index of five monochromatic lights indicate that both single-tailed and multi-tailed zebrafish prefer blue and green light. On the contrary, both single-tail and multi-tailed zebrafish avoid yellow light, and single-tailed avoid purple light and red light, but multi-tailed zebrafish tend to purple and red light. For five monochromatic light environments, the instantaneous adaptability of zebrafish in turn with green, red, purple, blue and yellow light.Zebrafish do not like yellow light in dark monochromatic light in the dark environment, and they show a strong taxis to purple, red, and green light, and a moderate preference to blue light.

; phototaxis; monochromatic light; fish behavior

Q78；Q959.223+.63

A

1673-9159（2020）06-0027-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2020.06.004

鄧青燕，盧克祥，錢衛(wèi)國，等. 單色光對斑馬魚趨光行為的影響[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，40（6）：27-34.

2020-04-09

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41876141）；上海市科委項(xiàng)目（14DZ1205000）

鄧青燕（1993—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)轸~類行為學(xué)。E-mail: qingyandeng@outlook.com

錢衛(wèi)國，教授，研究方向?yàn)轸~類行為學(xué)。E-mail：qian_weiguo@sohu.com

（責(zé)任編輯：劉慶穎）