急性低氧脅迫對黃條鰤抗氧化酶和磷酸酶活性的影響

曹新宇 高銘鴻 楊旭 楊禎 汪忠林 劉欣悅 姜晨

摘要 [目的]探討黃條鰤（Seriola aureovittata）在急性低氧脅迫下的應(yīng)激響應(yīng)機制。[方法]將體質(zhì)量（621.13±63.29）g的黃條鰤置于養(yǎng)殖水槽中，通過藥物調(diào)節(jié)水體中溶解氧含量，使其控制在（2.0±0.2）mg/L內(nèi)，分別急性低氧脅迫0（對照組）、2、4和6 h，分析其肝臟和肌肉中氧化應(yīng)激指標的變化。[結(jié)果]急性低氧脅迫后，黃條鰤肝臟中總超氧化物歧化酶（T-SOD）活性降低，與脅迫前相比差異顯著（P<0.05）;過氧化氫酶（CAT）活性與脅迫前相比顯著升高（P<0.05）;總抗氧化能力（T-AOC）隨著脅迫時間的變化呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢;酸性磷酸酶（ACP）和堿性磷酸酶（AKP）活性都呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。急性低氧脅迫后，在黃條鰤肌肉中總抗氧化能力（T-AOC）顯著降低（P<0.05），而總超氧化物歧化酶（T-SOD）活性則顯著升高（P<0.05）。[結(jié)論]急性低氧脅迫會影響魚體肝臟和肌肉中的抗氧化酶及磷酸酶的活性，在低氧脅迫過程中黃條鰤會通過調(diào)節(jié)抗氧化酶的活性來激活體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)，從而保護機體免受缺氧導致的氧化損傷。

關(guān)鍵詞 黃條鰤;低氧脅迫;抗氧化酶;磷酸酶;應(yīng)激響應(yīng)機制

中圖分類號 S 965.335? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）03-0088-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.03.023

Effects of Acute Hypoxia Stress on the Activities of Antioxidant Enzymes and Phosphatase in Seriola aureovittata

CAO Xin-yu，GAO Ming-hong，YANG Xu et al

（Key Laboratory of Mariculture & Stock Enhancement in North China’s Sea， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Dalian Ocean University， Dalian， Liaoning 116023）

Abstract [Objective] To explore the stress response mechanism of Seriola aureovittata under acute hypoxic stress. [Method] S.aureovittata with the body mass of （621.13±63.29） g was placed in the aquaculture tank， the content of dissolved oxygen in the water was adjusted by drugs. The content of dissolved oxygen in the water was controlled within the range of （2.0±0.2） mg/L for acute hypoxic stress for 0 （control group）， 2， 4， and 6 hours， the changes of oxidative stress indices in the liver and muscle of S.aureovittata were analyzed. [Result] After acute hypoxia stress， total superoxide dismutase （T-SOD） activity in the liver of S.aureovittata reduced， which was significantly different from that before the stress （P<0.05）. Catalase （CAT） activity in S.aureovittata significantly? increased after acute hypoxic stress（P<0.05）. Total antioxidant capacity （T-AOC） showed a trend of first decline and then rise with the stress time. The activities of acid phosphatase （ACP） and alkaline phosphatase （AKP） showed an trend of first increase and then decrease. In the muscle of S.aureovittata， the total antioxidant capacity （T-AOC） significantly reduced after acute hypoxic stress （P<0.05）， while the total superoxide dismutase （T-SOD） activity significantly increased （P<0.05）. [Conclusion] Acute hypoxia stress would affect the antioxidant enzymes and phosphatase activities in the liver and muscle of S.aureovittata. During hypoxia stress process， S.aureovittata would activate the antioxidant defense in the body by regulating the activity of antioxidant enzymes， so as to protect the body from oxidative damage caused by hypoxia.

Key words Seriola aureovittata;Hypoxia stress;Antioxidant enzymes;Phosphatase;Stress response mechanism

基金項目 國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFD0901005）。

作者簡介 曹新宇（1997—），男，遼寧大連人，碩士研究生，研究方向：水產(chǎn)養(yǎng)殖。通信作者，副教授，博士，從事水產(chǎn)養(yǎng)殖研究。

收稿日期 2021-06-22

溶解氧是魚類生存環(huán)境中一個重要的環(huán)境因子，能夠直接或間接影響魚類的生存、生長發(fā)育和代謝[1-2]。近年來，受氣候變化和人類活動等因素的影響，水體缺氧問題日益嚴重，對近岸地區(qū)海水養(yǎng)殖造成了巨大的經(jīng)濟損失[3]。研究發(fā)現(xiàn)，適宜的溶解氧含量可以促進魚類的攝食、生長發(fā)育和繁殖，但低溶氧的水體會使魚類正常的呼吸和生理代謝發(fā)生紊亂，機體產(chǎn)生大量的活性氧，誘導機體發(fā)生細胞凋亡、組織損傷和蛋白質(zhì)降解等，最終造成氧化損傷[4-6]。為了降低活性氧對機體的損傷，生物體會啟動氧化應(yīng)激響應(yīng)機制。在低氧環(huán)境下，鯽（Carassius auratus）肌肉與鰓組織中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、總抗氧化能力以及總蛋白質(zhì)量濃度顯著升高[7];軍曹魚（Rachycentron canadum）肝臟組織中堿性磷酸酶活性先下降后升高，酸性磷酸酶活性顯著上升[8];西伯利亞鱘（Acipenser baerii）血清中丙二醛、總蛋白含量均呈先上升后下降的趨勢[9];花鱸（Lateolabrax maculatus）鰓組織中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性以及丙二醛含量均出現(xiàn)不同程度的升高[10]。

黃條鰤隸屬鱸形目（Perciformes）鲹科（Carangidae）鰤屬（Seriola），全球分布范圍很廣，在我國主要分布于渤海、黃海和東海，在東亞朝鮮半島、日本、非洲南部、印度、南非海域、印度洋、澳大利亞和美國等均有分布[11]。黃條鰤具有生長速度快、個體大、肉味鮮美、營養(yǎng)豐富等特點，適合網(wǎng)箱養(yǎng)殖[12-13]，在國際商品魚類消費市場上深受消費者的喜愛。近年來，只有部分地區(qū)開展了人工養(yǎng)殖，有關(guān)養(yǎng)殖黃條鰤生理生化方面的研究較少，國內(nèi)尚未見到有關(guān)黃條鰤受低氧脅迫后抗氧化酶以及磷酸酶活性變化的研究報道。筆者以黃條鰤為試驗材料，分析低氧脅迫下的魚體肝臟和肌肉中的總超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶活性以及總抗氧化能力等指標的變化，旨在為進一步研究黃條鰤氧化應(yīng)激和適應(yīng)機制提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用魚來自大連富谷食品有限公司同一批次繁育的魚苗，選取外形完整無損傷、活力正常、體長（33.06±1.98）cm 、體質(zhì)量（621.13±63.29）g 的試驗用魚。

1.2 試驗設(shè)計

將27尾魚隨機平均分配，暫養(yǎng)在3個200 L（養(yǎng)殖水體約150 L）的水槽中，每日投喂飼料1次，每天早上換水，換水量為養(yǎng)殖水體的1/2。暫養(yǎng)期間水體中溶解氧含量為（7.36±0.25）mg/L，水溫為（18.04±0.27）℃。為確定水體中的溶解氧含量，進行了預試驗。通過向水體中添加亞硫酸鈉來降低水體中的溶解氧含量，使溶解氧含量分別為1.0、2.0和2.5 mg/L。當溶解氧含量為1.0 mg/L時，30 min后黃條鰤就出現(xiàn)側(cè)翻現(xiàn)象，而當溶解氧含量為2.0 mg/L時6 h后試驗魚仍未出現(xiàn)側(cè)翻現(xiàn)象，最終將水體中溶解氧含量定為2.0 mg/L。正式試驗前一天停止投喂。試驗開始前，完成對照組的取樣（每個水槽取3尾魚），此時水體中的溶解氧含量為（7.06±0.38）mg/L。隨后向水體中加入亞硫酸鈉，待水體中的溶解氧含量降至2.0 mg/L左右時，調(diào)節(jié)空氣的注入流量來控制水體中的溶解氧含量;分別在2、4和6 h進行魚體樣本取樣，每個水槽取2尾，低氧脅迫期間水體中的溶解氧含量為（2.04±0.18）mg/L，水溫為（18.16±0.14）℃。整個試驗期間，每10 min使用多功能溶氧儀監(jiān)測1次水體中的溶解氧含量。

1.3 樣品采集與保存

將各個時間點的試驗魚體放入MS-222 的水溶液（200 mg/L）中快速麻醉，用濾紙擦凈魚體表面水分后，置于冰板上進行解剖。取魚體肝臟和肌肉組織放入1.5 mL離心管中，經(jīng)過液氮預冷后放置在-80 ℃ 冰箱中保存。

1.4 相關(guān)指標測定

測定黃條鰤肝臟和肌肉中總超氧化物歧化酶（T-SOD）、過氧化氫酶（CAT）、酸性磷酸酶（ACP）、堿性磷酸酶（AKP）活性以及總抗氧化能力（T-AOC），所用試劑盒均購自南京建成生物工程有限公司，參照說明書進行檢測。吸光度使用多功能酶標儀（SpectraMax i3x，USA）進行測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用 SPSS 18.0 統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行

單因素方差分析（One-way ANOVA），運用Duncan多重比較

進行差異顯著性檢驗，P<0.05表示差異顯著。試驗數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 過氧化氫酶（CAT）活性的變化

從圖1可以看出，低氧脅迫后，黃條鰤肝臟中CAT活性在前2 h沒有明顯變化（P>0.05）;脅迫4 h CAT活性較0 h時顯著升高（P<0.05）;脅迫6 hCAT活性達到最大值，與0 h時相比顯著升高（P<0.05）。

2.2 總超氧化物歧化酶（T-SOD）活性的變化

從圖2可以看出，黃條鰤肝臟中T-SOD活性隨著脅迫時間的增加而減低，脅迫4～6 h與0 h時相比顯著降低（P<0.05）;在肌肉中，低氧脅迫2 h后T-SOD活性與0 h時相比顯著升高（P<0.05），低氧脅迫6 h T-SOD活性達到最大值。

2.3 總抗氧化能力（T-AOC）的變化

從圖3可以看出，低氧脅迫后黃條鰤肝臟和肌肉中的總抗氧化能力整體上均呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢。低氧脅迫2 h后肝臟中總抗氧化能力較0 h時有所降低;低氧脅迫4、6 h肝臟中總抗氧化能力較2 h時有所升高，與0 h時相比無顯著差異（P>0.05）。低氧脅迫4、6 h后肌肉中總抗氧化能力較2 h時略有升高，但仍與0 h時差異顯著（P<0.05）。

2.4 酸性磷酸酶（ACP）活性的變化

從圖4可以看出，黃條鰤肝臟中ACP活性呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢，低氧脅迫4 h ACP活性達到最大值，低氧脅迫6 h逐漸恢復到初始水平。

2.5 堿性磷酸酶（AKP）活性的變化

從圖5可以看出，隨著脅迫時間的增加，黃條鰤肝臟中AKP活性整體上呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。低氧脅迫2 h，黃條鰤肝臟中AKP活性達到最大值;低氧脅迫4 h有所降低，與0 h時相比無顯著差異（P>0.05）;低氧脅迫6 h AKP活性較4 h時略有上升，但與0 h時相比存在顯著差異（P<0.05）。

3 討論

3.1 低氧脅迫對黃條鰤肝臟和肌肉氧化應(yīng)激的影響

當魚類處于低氧環(huán)境時，有氧呼吸速率下降，活性氧自由基大量增加，細胞內(nèi)過多的自由基會攻擊各種生物膜中所含的不飽和脂肪酸，發(fā)生連鎖脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[14-15]。生物機體在長期的進化過程中形成了一套抗氧化保護機制，用來清除多余的自由基，保護細胞免受氧化損傷。超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和總抗氧化能力等是魚體抗氧化機制中重要的組成部分，在機體的氧化與抗氧化平衡中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，超氧化物歧化酶可以促使超氧陰離子（O2-）歧化為H2O2和H2O，隨后過氧化氫酶再將H2O2催化為H2O和O2，因此超氧化物歧化酶和過氧化氫酶可以有效清除機體中過多的自由基，減少機體的氧化損傷[15]。

該試驗中低氧脅迫后黃條鰤肝臟T-SOD活性顯著低于脅迫前（P<0.05），低氧脅迫2 hCAT活性與脅迫前無顯著差異（P>0.05），表明肝臟抗氧化酶系統(tǒng)不能有效清除機體內(nèi)的自由基，機體出現(xiàn)氧化應(yīng)激，表明低氧脅迫已對魚體產(chǎn)生氧化損傷。這與郭志雄等[16]急性低氧脅迫對大規(guī)格軍曹魚幼魚肝臟氧化應(yīng)激的影響研究結(jié)果相一致。該試驗中低氧脅迫4 h后黃條鰤肝臟中CAT活性較2 h時顯著升高（P<0.05），表明機體為抵抗過多的自由基開始發(fā)揮作用。在低氧脅迫過程中，黃條鰤肌肉中T-SOD活性較脅迫前顯著升高（P<0.05），這是由于低氧脅迫使機體產(chǎn)生氧化應(yīng)激，機體通過提高T-SOD活性來消除機體內(nèi)過多的自由基，減弱機體的氧化損傷。綜上所述，黃條鰤在低溶解氧水平時，肝臟的抗氧化能力較低，可能是在低氧狀態(tài)下魚體代謝率降低，并通過降低相關(guān)抗氧化酶活性來保護肝臟，而此時肌肉卻具有較高的抗氧化能力，以保證機體內(nèi)自由基不會過度積累，這與王曉雯等[17]研究結(jié)果相一致。

總抗氧化能力是用來衡量機體抗氧化系統(tǒng)功能狀況的綜合性指標[18]。該試驗中低氧脅迫后黃條鰤肝臟和肌肉中的總抗氧化能力均呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢。這表明在應(yīng)激狀態(tài)下黃條鰤體內(nèi)的抗氧化機制發(fā)揮作用，保護機體免受氧化損傷。

3.2 低氧脅迫對黃條鰤肝臟和肌肉中磷酸酶活性的影響

堿性磷酸酶廣泛分布在魚體肝臟、腸和鰓等組織中，參與鈣、磷代謝，是非常重要的非特異性免疫酶之一，其活性是魚類自身免疫系統(tǒng)的重要指標之一[19]。酸性磷酸酶廣泛分布在機體全身的各種細胞內(nèi)，是一種在酸性條件下催化磷酸單酯水解生成無機磷酸的水解酶，也是機體重要的非特異性免疫酶[20]。該試驗中在低氧脅迫下黃條鰤肝臟中堿性磷酸酶和酸性磷酸酶活性均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，與脅迫前相比差異顯著（P<0.05）。當水體中溶解氧含量較低時，魚體作出應(yīng)激反應(yīng)，通過提高AKP和ACP的活性來加強自身的非特異性免疫力。同時，抗氧化酶將體內(nèi)的自由基轉(zhuǎn)換，以得到更多的氧氣維持呼吸，而轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的有毒、有害物質(zhì)可以被AKP 降解，因而AKP和ACP的活性有所升高。馬粒雅等[21]對中華烏塘鱧的研究結(jié)果與該試驗結(jié)果相一致。這也與宋芹芹等[22]對凡納濱對蝦低氧脅迫下免疫酶活性的研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

該研究分析了黃條鰤在低氧脅迫條件下短期內(nèi)魚體肝臟和肌肉中抗氧化酶和磷酸酶的活性變化。結(jié)果顯示，黃條鰤在低氧脅迫下魚體肝臟和肌肉中抗氧化酶和磷酸酶活性均發(fā)生顯著變化，魚體為保護肝臟，降低總超氧化物歧化酶活性，使得肝臟組織受到一定程度的氧化損傷，而肌肉中總超氧化物歧化酶活性在一定程度上有所提升。肝臟中酸性磷酸酶和堿性磷酸酶的活性變化反映出魚體的非特異性免疫受到一定程度的影響，但可以通過自身調(diào)節(jié)來適應(yīng)外界環(huán)境。該試驗結(jié)果為魚類低氧脅迫生理學研究提供了基礎(chǔ)資料，也為黃條鰤養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展提供理論依據(jù)。

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