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基于温度变化的鱼类生理生态(热耐受、代谢及游泳)响应研究

庞旭  
【摘要】:作为环境科学重要分支学科之一的环境生物学历来关注温度对生物的环境效应。鱼类是典型的变温动物,温度对其生存、发育、生长及行为产生更为明显的影响。温度作为最重要的生态因子之一,具有一定的时空差异并受到人为因素的干扰。本研究紧紧围绕温度变化这一主题,阐述了江河鱼类温度格局;开展了一系列与温度相关的鱼类生理生态学实验研究;并探讨了生物进化的热动力作用机制。实验研究以我国长江中上游重要经济鱼类中华倒刺鲃(Spinibarbus sinensis)为主要对象,在变化的温度条件下开展了五个系列实验。实验一考察温度与力竭运动训练(或饥饿)交互作用对中华倒刺鲃热耐受的影响;实验二考察温度和力竭运动训练对中华倒刺鲃临界游泳及代谢能力的影响;实验三考察温度对中华倒刺鲃重复加速游泳及无氧代谢能力的影响;实验四考察温度和饥饿对中华倒刺鲃临界游泳能力的影响;实验五考察温度对金鱼(Carassius auratus)、鲤(Cyprinuscarpio)和中华倒刺鲃摄食与运动代谢模式的影响。通过以上系列实验,明确了鱼类一些(热耐受、代谢和游泳)可塑性特征,探讨温度对鱼类生理功能的影响,进一步揭示鱼类生理生态适应对策以丰富鱼类生态学理论,为鱼道修建和鱼类增殖放流等环境保护实践提供重要基础资料。 主要研究结论如下: (1)温度对中华倒刺鲃热耐受有显著影响,随温度升高其临界温度(最大和最小临界温度)均显著升高。经两周力竭运动训练后,中华倒刺鲃最小临界温度显著下降;最大临界温度显著上升。经两周饥饿后,中华倒刺鲃在低温(10和20℃)下其临界温度没有显著变化,而在高温(30℃)下其临界温度(最大和最小临界温度)均显著下降。研究表明力竭运动训练能改善中华倒刺鲃热耐受能力;短期饥饿在低温下对中华倒刺鲃热耐受能力影响不明显,在高温下对其高温耐受能力有负面影响,而对其低温耐受能力有改善作用。 (2)温度对中华倒刺鲃临界游泳能力有显著的影响,其最适临界游泳速度(Ucrit)温度为27.2℃。在低温(15℃)下,力竭运动训练能够发展中华倒刺鲃的临界游泳能力,在高温(25℃)下则不能。在不同的温度下,运动训练对中华倒刺鲃临界游泳能力有不一样的效果可能与有氧代谢能力、氧的摄取及运输、离子平衡以及乳酸的胁迫程度等因素相关。 (3)温度对中华倒刺鲃的加速游泳速度(UCAT)和力竭后过量耗氧(EPOC)均有显著影响,最适UCAT和EPOC温度分别25.1和25.6℃。在不同温度下,重复运动对中华倒刺鲃加速游泳和无氧代谢能力均有不同影响。在高温条件下,中华倒刺鲃的加速游泳和无氧代谢能力比其在低温条件下更难以恢复。这可能与其在高温下无氧代谢更强、pH值更低、离子流失更多以及激素水平更高等相关。 (4)饥饿和温度对中华倒刺鲃临界游泳速度均有显著影响。在低温(15℃)下,早期的饥饿对Ucrit影响较小,而后期的饥饿对其影响较大;在高温(25℃)下其结果与低温下恰恰相反,早期的饥饿对Ucrit影响较大,而后期的饥饿对其影响较小。中华倒刺鲃在不同温度遭受饥饿有不同Ucrit反应可能与热驯化时间周期、静止代谢、能量储存、呼吸能力、酶活性以及能量底物的利用等相关。 (5)在低温(15℃)下,三种鲤科鱼类代谢类型均为“添加模式”,其摄食与运动间没有功率竞争。当温度升高到25℃,金鱼、鲤和中华倒刺鲃消化代谢空间分别增加182、49和17%;运动代谢空间分别增加129、58和138%;消化和运动总代谢空间增加106、58和78%。金鱼消化代谢空间大幅增加导致其代谢模式由“添加模式”转变为“摄食优先”模式;中华倒刺鲃运动代谢空间大幅增加导致其代谢模式转变为“运动优先”模式;鲤鱼消化和运动代谢空间平行变化,其代谢模式没有发生变化,仍为“添加模式”。 (6)古气候变化,温度升高对生物的进化可能具有积极的推动作用。


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