鱼类的生长主要受摄食和水温的控制(Brett, 1979)。在冬季来临时,水温降至鱼类生长的适宜温度以下,大多数鱼停止摄食,部分鱼摄食强度急剧下降,但是在这样的状态下,鱼类还是要通过消耗能源物质来维持其基本的生命活动,所以机体必须做出一系列变化来适应这一极端状态。鱼类越冬的适应过程分为4个阶段,分别是初冬的紧张期和适应期、越冬中期的稳定期以及越冬末期的恢复期。在整个越冬期间,鱼类适应低温和饥饿的反应及机理主要体现在其生长和形态学指标、鱼体体组成和血液指标三个方面。 1. 生长和形态学指标变化 鱼类越冬期间,个体体重显着下降是适应低温和饥饿双重压力的结果,在食物匮乏或停食的情况下鱼类只能消耗机体自身储存的能量物质来维持基本的生命活动,几乎所有越冬饥饿鱼类都出现了体重和肝重的显着下降(Pastoureaud, 1991;陈立侨等, 1993; Kim和Lovell, 1995)。 已经有大量研究表明饥饿对于体重的影响要大于低温,在越冬期间持续或间断性摄食的鱼类体重有所增加,而没有喂食的鱼类体重显着减少,说明冬季鱼体重的下降更多的受到饥饿的影响(Lovell和Sirikul, 1974; Reagna和Robinette, 1978; Bastrop等, 1991; Kim和Lovell, 1995)。Kim和Lovell(1995)发现越冬期间连续摄食的斑点叉尾鮰与间断摄食(12月、1月和2月不投喂)的斑点叉尾鮰相比,体重没有显着的变化,而饥饿的鱼与之相比,体重差异明显。越冬的草鱼也有类似的结果(陈立侨等,1993),投喂较少的草鱼鱼种月增重率仍达2.3%,而同等条件下,饥饿组消瘦了3.43%。 相比较饥饿而言,温度对越冬鱼类体重的影响表现在两个方面:对于冬季还可摄食的鱼来说,温度的影响主要体现在食物的转化效率上,不管是连续投喂还是间断性投喂,鱼类冬天的饵料转化率都很低;另一方面,温度可能对饥饿有叠加效应。低温时,可减少体重丢失,随着温度的升高,体重丢失更显着(Kim和Lovell, 1995)。Pastoureaud(1991)的低温饥饿试验报道了舌齿鲈(Dicentrarchus labrax)的体重下降在饥饿的第一周更加显着,并与驯化的温度有很大关系。在3℃、7℃、8℃的温度下,舌齿鲈体重下降的幅度不同,分别为37%、34%和42%,认为这是对低温适应的代价。此外,舌齿鲈停食的温度是7℃,低于或高于7℃,都要消耗更多的能量去适应,而且,实验过程中的驯化水温对越冬停食的舌齿鲈的体重也有影响,驯化温度高的鱼体重减少程度更大。 梁友光(2005)研究表明肥满度的变化与长吻鮠鱼体体重的变化非常相似,越冬期间肥满度不断减小,并且在越冬初期的紧张期和适应期尤为显着,但在此后的越冬过程中,并没有发生明显的变化,说明在越冬期间,长吻鮠鱼体体重的变化在越冬初期下降最明显,越冬后期下降趋势放缓。 肝脏是鱼类中间代谢的主要器官,在营养不良或饥饿条件下,由于机能上的原因,其重量会有所变动;而肝脏作为鱼体营养物质的储藏器官,在低温或食物匮乏时,由于要维持最基本的代谢以及抵抗环境温度变化的影响,鱼类肝脏内储藏的能量物质被消耗,肝重减小,肝体指数下降(宋昭彬和何学福, 1998)。肝体指数被看作是鱼类对长期和短期营养方式很敏感的形态学指标(梁友光, 2005)。Mustafa等(1991)发现舌齿鲈在越冬开始后肝体指数下降,到一月份降至最低,然后在二月份转而上升,认为肝体指数的这种转折可能与此时水温开始上升、白昼不断延长等环境因素的改变有关。 梁友光(2005)研究发现脏体指数反映了鱼体内脏重量的变化,在低温胁迫的情况下,鱼类动用腹脂来满足能量需求,并且随温度的降低动用腹脂的程度加强,在低温和饥饿双重胁迫的条件下,由于腹脂的大幅度消耗而使得内脏重量显着下降。Bosworth和Woletrs(2005)发现脏体指数随鱼摄食条件的好坏而改变,稳定摄食的鱼,其脏体指数高于限制摄食的鱼,而摄食的鱼又高于不摄食的鱼。此外,在鱼类正常摄食的情况下,腹脂储留程度显着高于其他摄食不良的鱼。 2. 鱼体体组成变化 鱼类越冬的适应过程表现在鱼体体组成的变化为在越冬结束时肌肉中的水分含量显着上升,鱼体的脂肪和蛋白质含量显着降低,肝脏中的脂肪和糖原显着减少,肌肉和肝脏中的饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸含量显着减少,鱼体脂肪酸的不饱和性增高。 Bastrop等(1991)认为由于越冬期间鱼体停食且体内能源物质不断消耗,使饥饿鱼体代谢的一些内源性物质被水取代,导致含水量和灰分含量逐渐上升。梁友光(2005)的研究发现长吻鮠肌肉水分含量随越冬时间的延长而增加,说明了越冬过程中肌肉组织的一些营养物质被消耗,但在越冬20天时,水分含量出现减少的现象,而同一时间,蛋白质含量有一个提升,这种现象也许预示了越冬前期鱼体对低温和饥饿的适应和调整,在一定调整后水分含量再次增加,并在越冬结束时显着高于越冬开始时。 越冬期间鱼类动用机体贮存的能量来维持生命活动,作为主要贮能物质的糖原、脂肪和蛋白质在越冬过程中将会不同程度地被消耗。在越冬开始的过程中,温度这个因子的变化对鱼体施加了影响,从而改变了其代谢水平,尤其在初期,鱼类为了应对并适应这种环境的改变,将会加大能量的消耗,因此相应的肌肉粗蛋白和粗脂肪含量都会出现不同程度的下降。在多数鱼类中,脂肪和糖原是主要的贮能物质,由于蛋白质的关键代谢酶谷氨酸转氨酶的活性在20℃时下降,导致蛋白质分解速率降低,从而在饥饿过程中首先主要消耗脂肪和糖原,然后才较多地利用蛋白质(Mehner和Wieser, 1994)。如大西洋鳕(Gadus morhua)以及一些软骨鱼类,饥饿时优先动用脂肪,日本鳗鲡(Anguilla japonica)则利用糖原和脂肪,保存蛋白质(Bernard等, 1976)。Bastrop等(1991)指出鱼类在饥饿时糖原消耗快于脂肪,脂肪用于维持糖原异生作用,而脂肪分解代谢产物用作糖原合成代谢的基质,这一过程在越冬的最初几天产生,并持续到蛋白质开始用于产生能量。 Pastoureaud(1991)指出,在低温时肝脂肪和肝糖原下降而水分明显增加。很明显,舌齿鲈在3℃时动员脂肪,而7℃和11℃时利用糖原,而在饥饿第二周,11℃时利用脂肪和糖原产生能量。既然糖原不能完全满足鱼的能量需求,那么就得动用脂肪,在于保证糖原水平不至于降至有害于器官代谢的程度。 淡水鱼类在越冬过程中优先利用碳链较短、饱和性较高的脂肪酸,越冬期间脂肪酸不饱和性增高(童圣英, 1997)。随着环境温度的下降,细胞膜的流动性降低,从而使酶活力下降。鱼类针对温度变化,增加膜的流动性,以补偿它对酶活力的影响。膜的流动性主要取决于脂类分子,由于不饱和脂肪酸具有较低的溶点,在单层膜结构中占据的位置比其饱和的同源脂肪酸大,所以脂肪酸中长链不饱和脂肪酸(特别是DHA)和多不饱和脂肪酸比例的增加,增加了膜双层组织的无序性,因而使膜的流动性增加,这种反应是膜流动性对于温度适应的表现(童圣英, 1997)。Lovell(1989)指出鱼的脂肪酸需求取决于温度,低温下生活的鱼类如鲑鱼需要n-3系列的脂肪酸,因为n-3结构可以允许的双键数目多,这是鱼在低温下磷脂膜保持柔软性和渗透性所必不可少的。降低脂肪酸熔点、提高膜脂流动性主要依靠长链不饱和脂肪酸,单烯酸的作用远不及多烯酸,所以鱼类在越冬时以单烯酸的减少来保证多烯酸含量的稳定。 越冬期间,肝脏的不饱和脂肪酸减少,一方面预示了肝细胞膜的流动性变差,另一方面肝脏为了维持机体基本的生理功能,通过增加多烯酸的比例来增加膜的流动性和渗透能力。渗透调节能力的损害被用来解释各种淡水和海水鱼类低温时成活率的下降(Wikgern, 1953; Hochachka, 1988; Belkovsky等, 1992)。膜通透性的变化和离子转运机制的破坏降低了鱼对低温的渗透调节能力(Wikgern1953; Morris和Bull, 1968; Schwarzbaum等, 1991)。越冬期间,肌肉和肝脏多烯酸比例基本保持稳定或升高,是为了保证膜的流动性和提高低温下的渗透调节能力而保证成活率所作的代谢调整。此外,Jezierska等(1982)发现在食物匿乏时,鱼类优先利用单烯酸可能更有利于能量的释放和利用,而机体合成多不饱和脂肪酸所耗能量较大,优先利用单烯酸以及延缓对多烯酸的利用,对机体而言是有利的。 3. 血液指标变化 鱼类越冬的适应过程表现在血液指标上为红细胞数量在越冬过程中不断下降,白细胞数量在越冬前期上升,到了一定阶段后开始下降;血糖、胆固醇、甘油三脂含量在越冬初期有所下降,随后上升,并恢复到正常水平或者显着高于正常水平;血清总蛋白含量随越冬时间的延长而逐渐下降。 血液是动物体内一种非常重要的物质。血液指标能反映某个物种的属性以及生理状态(Bollard等, 1993; Hlavova, 1993; Takeda, 1993; Yrtestoyl等, 2001; Fijna, 2002)。鱼类是一种变温动物,其体温是随着外界环境的变化而变化的,其血液与机体的代谢、营养及疾病都有着非常密切的关系,当鱼类因为受到外界环境因子的影响而发生生理或病理变化时,或多或少都会在血液指标中反映出来。 由于红细胞和血红蛋白的特性,使得红细胞可以在很大程度上决定氧的运输能力,因此其数量和体积的变化影响了机体的代谢性能,同时从白细胞的数量变化也能揭示出机体免疫功能的改变。由于受到了低温环境的胁迫反映,鱼类活动能力和代谢机能下降使得红细胞数显着降低。在越冬初期,低温和饥饿对鱼产生了胁迫,血液中的白细胞数量的急剧升高表明了机体对于环境的适应和调整,当机体适应冬季的环境条件后,白细胞数量便基本恢复到了以前的水平。沈文英等(2003)对饥饿银鲫的研究结果显示,饥饿2周后,银鲫白细胞数量显着上升。梁友光(2005)发现长吻鮠在越冬前期白细胞数量有一个显着的升高,而后在越冬50天时下降,这种现象应对了长吻鮠对水温和摄食状态的变动。在越冬初期,低温和饥饿对长吻鱿产生了胁迫,长吻鮠白细胞数量的急剧升高表明了机体对于环境的适应和调整,在越冬50天逐渐适应后鱼体的免疫反应减弱。 鱼类受到低温胁迫,机体需要大量的能量来抵抗环境的变化,血糖被大量消耗,同时低温使鱼体代谢下降,体内各种酶的活性下降,糖原分解及糖异生途径减缓,种种因素导致了鱼类在越冬过程中血糖显着降低(钱云霞等, 2002)。当随着越冬过程的深入,鱼体对环境的变化有一定的调整和适应能力,在逐渐适应环境变化后,体内趋于新的稳态,同时蛋白质和脂肪物质的消耗使糖异生途径加强,血糖含量不断上升,最终恢复至正常水平。有关研究也曾指出,血糖的维持主要靠糖异生作用(孙红梅, 2004;钱云霞等, 2002)。 血清中甘油三酯和总胆固醇的量分别代表了机体能够摄取或合成甘油三酯和胆固醇的多少。越冬过程中,鱼体血清中甘油三酯和胆固醇在初期开始降低,说明作为能源物质的甘油三酯被大量消耗,同时低温胁迫使鱼体代谢下降,各种酶的活性降低,两种物质的合成减缓(何福林等, 2007)。随着越冬时间的延长,机体不断的调整和适应,两种物质含量不断上升,最终在越冬末期总胆固醇回升至正常水平,而甘油三酯显着高于正常水平,可能是与膜的通透性有关。常玉梅等(2006)的研究认为,动植物的抗寒特性与细胞膜膜脂的组成和结构有关,其中最为流行的学说是Lyons提出的“膜脂相变”学说,该学说认为膜脂不饱和脂肪酸含量高,膜的相变温度就低,因此可以通过操纵脂肪酸脱饱和反应来改善抗寒性(张羽航, 2001)。鱼类的脂肪酸代谢对体温降低的适应很敏感,通过积累长链不饱和脂肪酸的含量,可以使膜在低温胁迫时仍保持稳定性和流动性,从而提高自身的抗寒能力。越冬结束时甘油三酯含量显着高于正常水平,可能是由于低温诱导不饱和脂肪酸含量增加的结果(Tyler和Dunn, 1976)。 血清中蛋白质分为两种,一种是白蛋白,一种是球蛋白。白蛋白可以修补组织,还可以维持血浆交替渗透压。球蛋白是免疫性抗体,参与机体特异性免疫。血清总蛋白可以用来诊断鱼类的健康、营养和疾病状况。一般认为饥饿会引起总蛋白、白蛋白和球蛋白减少(赵海涛, 2006)。越冬初期低温胁迫使鱼体出现应激反应,鱼体为了抵抗环境的变化,体内合成了大量的球蛋白用以防御病害的入侵,越冬后期,血清蛋白含量出现了不同程度的下降,应该是长期的低温胁迫使鱼体肝脏受到一定程度的损伤,导致肝脏合成蛋白的能力下降,同时也说明机体的组织修补、渗透压调节等生理功能均受到影响(孙红梅, 2004)。 4. 总结 越冬过程中鱼类在受到低温和饥饿的双重压力下,在初期产生了强烈的应激反应,此后不断通过消耗鱼体自身储存的脂肪、糖原、蛋白质等能源物质维持机体的正常代谢和生命活动,并且通过内部调节提高了脂肪酸的不饱和性和血液中免疫细胞的含量,从而增加了鱼体生物膜的流动性、渗透压调节能力和免疫能力。这些越冬过程中鱼体产生的所有调节和适应反应的目的只有一个,就是提高鱼类在越冬过程中的成活率,使其能顺利度过这一极端时期。