低盐水体SO4 2−/Cl 胁迫下凡纳滨对虾生长、肝胰腺与鳃组织结构及酶活力比较

贺铮, 朱长波, 苏家齐

贺铮, 朱长波, 苏家齐. 低盐水体SO4 2−/Cl 胁迫下凡纳滨对虾生长、肝胰腺与鳃组织结构及酶活力比较[J]. 南方水产科学, 2025, 21(2): 118-126. DOI: 10.12131/20240231
引用本文: 贺铮, 朱长波, 苏家齐. 低盐水体SO4 2−/Cl 胁迫下凡纳滨对虾生长、肝胰腺与鳃组织结构及酶活力比较[J]. 南方水产科学, 2025, 21(2): 118-126. DOI: 10.12131/20240231
HE Zheng, ZHU Changbo, SU Jiaqi. Comparative study on growth, hepatopancreas and gill histological structure, and enzyme activities of Litopenaeus vannamei under SO4 2−/Cl stress in low saline water[J]. South China Fisheries Science, 2025, 21(2): 118-126. DOI: 10.12131/20240231
Citation: HE Zheng, ZHU Changbo, SU Jiaqi. Comparative study on growth, hepatopancreas and gill histological structure, and enzyme activities of Litopenaeus vannamei under SO4 2−/Cl stress in low saline water[J]. South China Fisheries Science, 2025, 21(2): 118-126. DOI: 10.12131/20240231

低盐水体SO4 2−/Cl 胁迫下凡纳滨对虾生长、肝胰腺与鳃组织结构及酶活力比较

基金项目: 国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”专项 (2020YFD0900400);内蒙古农业大学高层次人才引进科研启动项目(NDYB2023-4);内蒙古自治区本级事业单位引进高层次人才科研支持经费 (DC2400001032)
详细信息
    作者简介:

    贺 铮 (2000—),男,硕士研究生,研究方向为内陆水域养殖生态学与模式。E-mail: 2482759817@qq.com

    通讯作者:

    苏家齐 (1987—),男,助理研究员,博士,研究方向为水产养殖生态学。E-mail: sujiaqi2005@126.com

  • 中图分类号: S 966.1

Comparative study on growth, hepatopancreas and gill histological structure, and enzyme activities of Litopenaeus vannamei under SO4 2−/Cl stress in low saline water

  • 摘要:

    中国西北地区的盐碱水及淡水资源中硫酸根离子 (SO4 2−) 比例通常较高。为探究凡纳滨对虾 (Litopenaeus vannamei) 对水体中 SO4 2−含量的适应性,在室内可控条件下对体质量为 (0.9±0.2) g的凡纳滨对虾开展了为期5周的养殖实验。实验用水以定制海水素配制,盐度为5‰,水体 SO4 2−质量浓度分别为0.385 (对照)、1.175、1.735和2.300 g·L−1,对应的SO4 2−/CI(mg/mg) 比值分别为0.140、0.577、1.127和2.225 (A、B、C、D组)。结果显示,实验期间各组凡纳滨对虾的成活率均高于70%,成活率、湿质量、体质量增长率和特定生长率均无显著性差异 (p>0.05)。对虾肝胰腺和鳃组织的超氧化物歧化酶 (SOD) 活性随水体硫酸盐浓度增加先上升后下降,D组肝胰腺SOD活性显著低于其他组 (p<0.05),A和D组鳃SOD活性显著低于其他组 (p<0.05)。各组对虾肝胰腺和鳃的谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px)、钠钾ATP酶 (Na+/K+-ATPase) 活性以及丙二醛 (MDA) 含量均无显著性差异 (p>0.05)。各组对虾肝胰腺酸性磷酸酶 (ACP)、碱性磷酸酶 (AKP) 和酪氨酸酶 (TYR) 活性均无显著性差异 (p>0.05);但鳃ACP和AKP活性随硫酸盐浓度升高均呈下降趋势,D组鳃ACP活性最低,其AKP和TYR活性显著低于A组 (p<0.05)。各组鳃组织结构未见明显变化,D组肝胰腺管腔变形增大,部分B细胞破裂。综上,凡纳滨对虾对低盐水体硫酸盐含量偏高有一定的耐受性,但高硫酸盐胁迫会引起凡纳滨对虾鳃免疫、抗氧化相关酶活性发生变化,以及肝胰腺组织损伤。盐度为5‰条件下其适宜的SO4 2−/CI范围为0.140~1.127。

    Abstract:

    The proportion of sulfate ions in saline-alkali waters and fresh water in northwest China is usually high. In order to investigate the adaptability of Litopenaeus vannamei to high sulfate content saline water, taking juvenile shrimps [Average body mass of (0.9±0.2) g] as objects, we conducted a 5-week aquaculture experiment in a controlled indoor environment. The experimental water was prepared with customized artificial sea salts and the salinity was 5‰. The sulfate ion concentrations were 0.385 (Control), 1.175, 1.735 and 2.300 g·L−1, corresponding to ${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ (mg/mg) ratios of 0.140, 0.577, 1.127 and 2.225 (Labeled as Group A, B, C and D). The results show that the survival rates of L. vannamei in all the groups were above 70%, and there were no significant differences in the survival rate, wet mass, body mass gain rate and specific growth rate among all the groups (p>0.05). The SOD activity of hepatopancreas and gills of L. vannamei increased first and then decreased as the water sulfate concentration increased. The SOD activity of hepatopancreas in Group D was significantly lower than that in the other groups (p<0.05), while the SOD activity of gills in Group A and D was significantly lower than that in the other groups (p<0.05). There were no significant differences in the GSH-Px, sodium-potassium ATPase activity and MDA content among all the groups (p>0.05). There were no significant differences in the hepatopancreas ACP and AKP and tyrosinase activity among all the groups (p>0.05), but the ACP activity of gills in all the groups decreased as the sulfate concentration increased. The ACP activity of gills in Group D was the lowest, and its AKP and TYR activities were significantly lower than those in Group A (p<0.05). No obvious changes were observed in the structure of gill tissues under HE staining in any group. In Group D, the lumen of hepatopancreas was deformed and enlarged, and some B cells were broken. In summary, L. vannamei has tolerance to certain sulfate content in low salinity water, but high sulfate stress may cause changes in the immune and antioxidant enzyme activity of gills and hepatopancreas, as well as damage to hepatopancreas tissue. The suitable range of ${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ for L. vannamei is 0.140 to 1.127 under salinity 5‰.

  • 盐碱水是分布于陆地区域、矿化度在1~50 g·L−1的非海洋性咸水资源,通常因其较高的盐度或碱度导致作物无法灌溉、人畜无法饮用而处于闲置状态[1]。开展盐碱水的渔业利用,可以形成新的生产力,保障内陆水产养殖业可持续发展,近年来已受到政府和学界的关注。除了高盐、高碱等特性,盐碱水还具有水质类型多、主要离子比例失衡等特点。在我国干旱、半干旱的西北地区,如新疆、甘肃、青海等地硫酸钠盐渍土分布广泛[2]。同时与海水相比,西北地区的淡水及盐碱水资源中通常具有硫酸根离子 (${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $) 比例较高的特点。海水中的${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ (mg/mg) 通常为0.14,而在我国西北地区的塔里木河、青海湖、大苏干湖和博斯腾湖的${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 均值分别为1.46、0.54、0.95和1.66[3-7]

    凡纳滨对虾 (Litopenaeus vannamei) 具有生长速度快、成活率高,盐度适应范围广等优势,是我国盐碱水渔业发展的优良经济品种,目前已在西北地区推广养殖[8-9]。相关报道表明凡纳滨对虾可以在硫酸盐含量较高的水体中开展养殖[10-11]。黄艳青等[12]研究发现,在西北硫酸盐型盐碱水养殖条件下,凡纳滨对虾的呈味氨基酸/总氨基酸与钠含量显著高于低盐度海水养殖条件。当前,关于利用高硫酸盐的水体开展凡纳滨对虾养殖的研究中缺乏对水体离子比的报道,不同浓度硫酸盐对凡纳滨对虾影响的研究仅见于顾晨等[13]以盐度为10‰的水体为基础添加硫酸钠的方式开展的96 h急性毒性实验。国外学者多以水环境和水生生物保护为目的,主要开展硫酸盐对淡水生物如网纹溞 (Ceriodaphnia dubia)、美丽蚌 (Lampsilis abrupta)、胖头鱥 (Pimephales promelas)、钩虾 (Hyalella azteca)、虹鳟 (Oncorhynchus mykiss) 等毒性效应的研究[14-15]。以高硫酸盐含量水资源生产利用为目的的中长期实验仅见于以海水生物拟穴青蟹 (Scylla paramamosain) 和美国红鱼 (Sciaenops ocellatu) 为研究对象的相关报道[16-17],尚未见硫酸盐慢性胁迫下凡纳滨对虾生长及相关指标的研究。本研究在参照正常海水离子组成的基础上,采用等质量硫酸钠替换氯化钠的方式,在 ${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$为0.140~2.225、盐度为5‰ 条件下,开展为期5周的凡纳滨对虾养殖,同时分析不同${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 下对虾的生长、存活、肝胰腺和鳃组织结构及酶活性的变化,以期为凡纳滨对虾在西北内陆高硫酸盐含量水环境下的养殖推广提供科学依据。

    采用人工海水素 (江西海鼎科技有限公司) 和经充分曝气的自来水调配盐度为5‰ 的实验用水,其中人工海水素采用等质量的硫酸钠代替氯化钠来改变${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 的比例。在每个${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$水平下,除Na+ 外的其他离子的总浓度保持大致恒定 (表1)。根据本实验室早期预实验的结果,在盐度为5‰、10‰、15‰ 和20‰ 时,以水中${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $浓度为基数,以1.25为倍数公比,$ {\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}}/{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 介于0.140~2.225 (mg/mg)时,凡纳滨对虾72 h内的死亡率均低于5%。基于预实验结果,本研究共设置4个${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}}/ {\rm{Cl}}^{\text{−}}$水平:0.140 (A组,对照组)、0.577 (B组)、1.127 (C组) 和2.225 (D组)。其中对照组离子比与海水相同;B组${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $浓度为A组的3.05倍,${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$为0.577,接近有凡纳滨对虾养殖报道的里海南部的${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ (0.62)[11,18];C组${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $浓度为A组的4.51倍,${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $与Cl单位电荷摩尔百分比为0.881,接近阿列金分类法中的硫酸盐型水;D组${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $浓度为A组的5.97倍,为硫酸盐型水中的${\mathrm{S}}_{{\mathrm{II}}}^{\mathrm{Na}} $型水。

    表  1  实验各组用水的SO4 2−/Cl 及离子浓度
    Table  1  Concentrations of ion and SO4 2−/Cl ratios of experimental artificial brackish water
    项目 Item 组别 Group
    A B C D
    硫酸根离子/氯离子
    $ {\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$
    0.140 0.577 1.127 2.225
    硫酸根离子+氯离子 $ {\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}}{\mathrm{+}}{\rm{Cl}}^{\text{−}}/ ({\mathrm{g}} \cdot {\mathrm{L}}^{{\text{−}}1})$ 3.130 3.210 3.275 3.335
    硫酸根离子 $ {\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /$
    (g·L−1)
    0.385 1.175 1.735 2.300
    氯离子 Cl/(g·L−1) 2.745 2.035 1.540 1.035
    镁离子 Mg2+/(g·L−1) 0.184 0.184 0.184 0.184
    钙离子 Ca2+/(g·L−1) 0.059 0.059 0.059 0.059
    钾离子 K+/(g·L−1) 0.057 0.057 0.057 0.057
    钠离子 Na+/(g·L−1) 1.532 1.451 1.393 1.335
    碳酸氢根离子
    ${\mathrm{HCO}}_3^{\text{−}} / ({\mathrm{g}} \cdot {\mathrm{L}}^{{\text{−}}1})$
    0.020 0.020 0.020 0.020
    溴离子 Br/(g·L−1) 0.010 0.010 0.010 0.010
    锶离子 Sr2+/(g·L−1) 0.001 0.001 0.001 0.001
    硼离子 B3+/(g·L−1) 0.000 65 0.000 65 0.000 65 0.000 65
    氟离子 F/(g·L−1) 0.000 163 0.000 163 0.000 163 0.000 163
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    实验在中国水产科学研究院南海水产研究所珠海实验基地进行,实验用虾来自海南新正生态种苗有限公司。取一批孵化22 d的虾苗置于5个500 L玻璃钢桶中暂养20 d,水温为 (26±1) ℃,盐度为5‰。每天按体质量的6%分别于8:00、14:00和20:00投喂3次,每天用虹吸管吸掉残饵粪便,每3 d全量换水1次。暂养结束后选取平均湿质量为 (0.9±0.2) g的对虾240尾作为实验用虾。

    用12个450 L塑料圆桶进行生长实验,每个塑料圆桶中放养实验虾20尾,每组设3个重复。实验过程中每天8:00、20:00定量投喂饲料 (珠海海明威),投喂2 h后虹吸出残饵粪便。养殖过程中每3 d换1/3水。溶解氧质量浓度>6 mg·L−1,pH 7.8±0.2,光暗比为14 h∶10 h,水温 (26.0±1.0) ℃。每天观察记录对虾的摄食和死亡情况,第35天实验结束后称量各组对虾的湿质量。

    实验期间,依据祝华萍等[19]的方法计算凡纳滨对虾的成活率 (Survival rate, SR)、体质量增长率(Body mass growth rate, WGR)及特定生长率(Specific growth rate, SGR, %·d−1),计算公式分别为:

    $$ \mathrm{SR=} \mathit{N} _{ \mathit{t} } \mathrm{/} \mathit{N} _{ \mathrm{0}} \mathrm{\times 100} {\text{%}}$$ (1)
    $$ \mathrm{WGR=(} \mathit{W} _{ \mathit{t} } {\text{−}} \mathit{W} _{ \mathrm{0}} \mathrm{)/} \mathit{W} _{ \mathrm{0}} \mathrm{\times 100} {\text{%}}$$ (2)
    $$ \mathrm{SGR=(ln} \mathit{W} _{ \mathit{t} } {\text{−}}\mathrm{ln} \mathit{W} _{ \mathrm{0}} \mathrm{)/} \mathit{T} \mathrm{\times 100}{\text{%}} $$ (3)

    式中:W0为实验初始时凡纳滨对虾湿质量(g);Wt为实验结束时对虾湿质量(g);N0为初始对虾尾数;Nt为实验第t天时存活的对虾尾数;T为实验持续时间 (d)。

    每组随机选取3只虾,取出肝胰腺和鳃组织置于多聚甲醛中保存,用乙醇逐级脱水,石蜡包埋后切片,H.E染色,光学显微镜观察并拍照。

    每组另选取20尾对虾取肝胰腺和鳃组织放于 −80 ℃冰箱,用于酶活测定。使用南京建成有限公司的试剂盒测定组织中超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶 (GSH-Px)、酸性磷酸酶 (ACP)、碱性磷酸酶 (AKP)、钠钾ATP酶 (Na+/K+-ATPase) 活性和丙二醛 (MDA)含量。使用Soalrbio公司试剂盒测定组织中酪氨酸酶 (TYR) 活性。

    实验数据使用SPSS 25软件进行单因素方差分析,用LSD法进行多重比较,显著性水平α为0.05[20]。结果利用Origin 2021软件作图。

    4组凡纳滨对虾成活率、体质量增长率、养成湿质量和特定生长率均无显著性差异 (表2)。

    表  2  不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾35 d生长指标的影响
    Table  2  Effects of different sulfate concentrations on 35-day growth indexes of L. vannamei
    指标
    Index
    组别 Group
    A B C D
    成活率 Survival rate/% 77.00±3.30 70.00±2.90 80.00±10.00 75.00±5.00
    养成湿质量 Final wet mass/g 4.12±0.14 3.87±0.10 4.20±0.12 4.04±0.14
    体质量增长率 Body mass growth rate/% 370.05±0.20 335.76±0.10 380.00±0.35 377.20±0.29
    特定生长率 SGR/% 4.41±0.12 4.20±0.11 4.47±0.21 4.46±0.17
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    各组凡纳滨对虾肝胰腺与鳃组织Na+/K+-ATPase活性均无显著性差异 (p>0.05,图1)。

    图  1  不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾钠钾ATP酶活性的影响
    Fig. 1  Effect of different sulfate concentrations on Na+/K+-ATPase activity of L. vannamei

    图2可知,肝胰腺和鳃组织的SOD和GSH-Px活性均随硫酸盐浓度的增加先上升再下降。D组凡纳滨对虾GSH-Px活性在肝胰腺和鳃组织中均最低,但与其他组无显著性差异 (p>0.05)。D组肝胰腺SOD活性低于其他3组,为13.43 U·mg−1,与C组差异显著 (p<0.05)。B和C组鳃组织SOD活性显著高于A和D组 (p<0.05)。各组肝胰腺和鳃组织的MDA含量无显著性差异 (p>0.05)。

    图  2  不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性以及丙二醛含量的影响
    注:标有不同字母者表示组间有显著性差异 (p<0.05)。
    Fig. 2  Effects of different sulfate concentrations on SOD, GSH-Px activity and MDA content of L. vannamei
    Note: Different letters represent significant differences among the groups (p<0.05).

    4组凡纳滨对虾肝胰腺组织的ACP、AKP和TYR活性均无显著性差异 (p>0.05,图3)。鳃ACP和AKP活性均随硫酸盐浓度的增加呈下降趋势,A组最高,D组最低。D组ACP活性为93.70 金氏单位·g−1,显著低于A和B组 (p<0.05)。D组鳃AKP和TYR活均显著低于A组 (p<0.05)。

    图  3  不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和酪氨酸酶活性的影响
    注:标有不同字母者表示组间有显著性差异 (p<0.05)。
    Fig. 3  Effects of different sulfate concentrations on ACP, AKP and TYR activities of L. vannamei
    Note: Different letters represent significant differences among the groups (p<0.05).

    各组凡纳滨对虾鳃组织结构完整,鳃丝排列整齐,上皮细胞排列紧密,血细胞分布均匀,角质层形态结构正常,皮下间隙清晰可见,未见明显异常 (图4-a—4-d)。A—C组对虾肝小管管腔呈星型,肝细胞结构正常、分布均匀。D组对虾肝小管内部分B细胞破裂、管腔增大,横切面多呈多边形 (图4-e—4-h)。

    图  4  不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾肝胰腺显微结构的影响
    注:a—d. A—D组肝胰腺;e—f. A—D组鳃丝。
    Fig. 4  Effect of different sulfate concentrations on hepatopancreas and gill microstructurein of L. vannamei
    Note: a−d. Hepatopancreas of L. vannamei from Group A to D; e−f. Gills of L. vannamei from Group A to D.

    以往多以在水中添加硫酸钠的方式研究水生生物的硫酸盐耐受性,实验生物在硫酸盐浓度增加的同时也受硫酸钠添加带来的盐度变化的影响。在此基础上,学者们普遍认为在水中主要离子中,${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $对淡水动物的毒性最小,其毒理学效应主要体现在渗透胁迫而非离子本身的毒性[21]。在低盐水体中,由硫酸钠添加带来的盐度上升往往对于广盐性生物是利好的,同时也表明了硫酸钠对广盐生物的毒性较低。Hu等[16]通过在盐度为1‰ 的人工海水中添加不同浓度硫酸钠的方式研究硫酸盐浓度对拟穴青蟹的影响,结果表明添加2 g·L−1的硫酸钠组 (${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$=2.78 mg/mg) 拟穴青蟹28 d成活率为62.5%,较无添加的对照组成活率 (37.5%) 更高,并认为硫酸钠添加引起的较高盐度更适宜拟穴青蟹的存活。研究表明,在盐度为3‰ 的水体中添加1和2 g·L−1的硫酸钠可使美国红鱼30 d的成活率达100%,但1 g·L−1组的日增长率显著低于盐度为6‰ 的人工海水组,而添加2 g·L−1硫酸钠组 (${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$=1.27 mg/mg) 的日增长率与人工海水组无显著性差异[17]。Wang等[15]研究发现,在井水中添加0~4.8 g·L−1硫酸钠的条件下,虹鳟经过55 d的养殖后成活率均大于82%,且干质量无显著性差异。本研究采用人工海水素的方式,在盐度不变的条件下开展${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}} $对凡纳滨对虾的胁迫实验,结果显示${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 介于0.140~2.225时对虾成活率均超过70%,且无显著性差异 (p>0.05),表明凡纳滨对虾对水中的${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $有较强耐受性。顾晨等[13]在盐度为10‰ 的水体中添加硫酸钠,测得硫酸盐对凡纳滨对虾96 h LC50为54.71 mmol·L–1,即${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$=0.89,远低于本研究结果。苏家齐等[22]研究表明,Na+/K+、盐度与凡纳滨对虾幼虾第72 小时的成活率存在显著交互作用,在盐度大于8‰ 的条件下,对虾的成活率随Na+/K+ 的降低而升高。在顾晨等[13]的研究中,由于硫酸钠的添加使矿化度上升至约16.35 mg·L−1、Na+/K+上升至58.47,同时还引起了一价/二价阳离子等离子比的变化,降低了凡纳滨对虾对硫酸盐的耐受性。

    本研究中,${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$范围为0.140~2.225的各组凡纳滨对虾生长未见显著性差异。对组织切片的对比发现,各组鳃组织亦无明显差异,但D组肝胰腺出现肝小管管腔增大变形,部分B细胞破裂的现象。B细胞不仅具有分泌功能,还具有消化吸收营养物质的作用[23]。本研究中凡纳滨对虾可能通过高能量代谢以应对硫酸盐的胁迫,进而加重了肝胰腺的消化负担,在SO42−/Cl为2.225的高${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $胁迫条件下引起了B细胞的损伤。研究表明,在高盐度下印度对虾 (Penaeus indicus) 及凡纳滨对虾肝胰腺组织中B细胞体积增加,利于对虾从食物中获得更多能量以提高代谢水平,从而适应高盐度胁迫[24-25]。当饲料中蛋白含量过低时也会导致凡纳滨对虾肝胰腺管腔增大变形,B细胞破裂[26]。顾晨等[13]研究发现,凡纳滨对虾在60 mmol·L−1的${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $胁迫下,72 h后肝小管体积扩大、部分肝小管星形管状结构消失,管腔与B细胞均显著增大,并认为B细胞体积增大可加速小管中营养物质的动员,帮助对虾适应硫酸盐胁迫。这些发现与本研究结果类似。

    在细胞中,SOD是抵御活性氧 (ROS) 的第一道防线,可去除ROS形成的前体O2−,将O2− 转换成氧气 (O2) 和过氧化氢 (H2O2)[27-28]。GSH-Px也是一种抗氧化酶,可还原H2O2和多种有机过氧化物以防止氧化损伤[29]。MDA作为脂质过氧化产物,是评价生物体氧化损伤的重要指标[30]。本研究中各组对虾肝胰腺和鳃组织MDA含量均无显著性差异 (p>0.05),表明在实验范围内SO4 2−/Cl未对肝胰腺和鳃组织造成明显的氧化损伤。顾晨等[13]研究表明,在高于凡纳滨对虾96 h LC50的硫酸钠胁迫条件下,对虾肝胰腺中MDA含量在第96小时达到最低且显著低于第0小时,证实了凡纳滨对虾肝胰腺在应对高浓度硫酸盐胁迫时具有有效的抗氧化能力。本研究中,凡纳滨对虾肝胰腺和鳃的SOD和GSH-Px活性随硫酸盐浓度的增大先呈升高趋势,B与C组SOD和GSH-Px活性均高于对照组,表明凡纳滨对虾通过提升抗氧化酶活性来应对硫酸盐胁迫带来的应激。Shivangi等[31]探究了缺钾水体中添加硫酸盐对尼罗罗非鱼 (Oreochromis niloticus) 肝脏抗氧化能力的影响,结果表明,在不同的钾离子浓度下,硫酸盐水体中的尼罗罗非鱼的SOD和GSH-Px活性均高于无硫酸盐组。Hu等[16]研究发现,拟穴青蟹的血液SOD活性也随硫酸盐浓度的升高呈先上升后下降的趋势,并认为SOD活性的降低可能是由于盐度变化减弱了盐度胁迫的压力。以上研究中SOD和GSH-Px活性随硫酸盐浓度升高而上升或呈现初期上升的现象均与本研究结果相一致。本研究中,D组凡纳滨对虾肝胰腺和鳃的SOD和GSH-Px活性低于B、C组,展现出高${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $浓度下活性下降的趋势,同时组织中MDA含量低于对照组,可能是由于在高${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} $浓度胁迫下其他抗氧化酶或抗氧化因子升高导致了对虾氧化应激缓解,继而导致SOD和GSH-Px活性下降,有待于结合总抗氧化能力、过氧化氢酶等相关指标开展进一步研究。

    ACP和AKP是调控信号转导、代谢和环境适应的重要酶[16];还是溶酶体酶的重要组成部分,可作为评价凡纳滨对虾免疫状态的重要指标[32]。TYR又称酚氧化酶,由TYR参与的酚氧化酶原激活系统在活化过程中产生一系列具有生理活性的物质,通过多种方式参与宿主防御体系[33]。本研究中,随着${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 的上升,凡纳滨对虾鳃组织ACP、AKP、TYR活性均呈下降趋势,且D组与A组相比均差异显著 (p<0.05)。对虾鳃组织是呼吸和渗透调节的重要器官,参与消除病原体的免疫反应,同时也是血淋巴与外界接触的主要场所[34]。相关研究表明,在一些毒性较低的化合物或离子如非离子氨、低钾等胁迫下,凡纳滨对虾血淋巴的免疫酶也受到抑制[35-36]。本研究中${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$未对对虾存活造成显著性影响 (p>0.05),但对鳃组织免疫酶活性表现出明显的抑制效应,与上述研究结果相似。本研究发现,对虾肝胰腺组织中的TYR活性随${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$的升高而降低,但与ACP、AKP一样,在各组间无显著性差异 (p>0.05),这种变化趋势与鳃组织中的表现存在差异。对虾鳃组织直接与水生环境接触,能更快地响应环境中有害物质的影响[37],因此鳃组织中的免疫相关酶可能比肝胰腺更易受到水中硫酸盐含量变化的影响。

    Na+/K+-ATPase在细胞的渗透调节中起着重要作用[38]。在龙虾 (Homarus americanus) 和大西洋鲑 (Salmo salar) 中,Na+/K+-ATPase分别通过提供电位梯度或参与渗透调节的方式,在肝胰腺和肾组织的氯-硫酸盐转运蛋白介导的硫酸盐排泄过程中起重要作用[39-40]。本研究中,各组盐度保持不变,不同组对虾鳃和肝胰腺组织中的Na+/K+-ATPase活性差异均不显著,表明凡纳滨对虾对硫酸盐的转运机制可能与龙虾和大西洋鲑不同,这有待于进一步研究。

    综上,在盐度为5‰、对应的${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 范围为0.140~2.225的环境下,凡纳滨对虾成活率和特定生长率均无显著性差异 (p>0.05)。在${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 为2.225的环境条件下,凡纳滨对虾肝胰腺B细胞破裂,鳃组织ACP、AKP、TYR活性显著降低。因此,在开发利用高硫酸盐含量的盐碱水进行凡纳滨对虾养殖时,应重点关注水中硫酸盐的浓度。在盐度为5‰ 的条件下,水中${\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$ 范围以0.140~1.127为宜。

  • 图  1   不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾钠钾ATP酶活性的影响

    Figure  1.   Effect of different sulfate concentrations on Na+/K+-ATPase activity of L. vannamei

    图  2   不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性以及丙二醛含量的影响

    注:标有不同字母者表示组间有显著性差异 (p<0.05)。

    Figure  2.   Effects of different sulfate concentrations on SOD, GSH-Px activity and MDA content of L. vannamei

    Note: Different letters represent significant differences among the groups (p<0.05).

    图  3   不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和酪氨酸酶活性的影响

    注:标有不同字母者表示组间有显著性差异 (p<0.05)。

    Figure  3.   Effects of different sulfate concentrations on ACP, AKP and TYR activities of L. vannamei

    Note: Different letters represent significant differences among the groups (p<0.05).

    图  4   不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾肝胰腺显微结构的影响

    注:a—d. A—D组肝胰腺;e—f. A—D组鳃丝。

    Figure  4.   Effect of different sulfate concentrations on hepatopancreas and gill microstructurein of L. vannamei

    Note: a−d. Hepatopancreas of L. vannamei from Group A to D; e−f. Gills of L. vannamei from Group A to D.

    表  1   实验各组用水的SO4 2−/Cl 及离子浓度

    Table  1   Concentrations of ion and SO4 2−/Cl ratios of experimental artificial brackish water

    项目 Item 组别 Group
    A B C D
    硫酸根离子/氯离子
    $ {\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /{\rm{Cl}}^{\text{−}}$
    0.140 0.577 1.127 2.225
    硫酸根离子+氯离子 $ {\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}}{\mathrm{+}}{\rm{Cl}}^{\text{−}}/ ({\mathrm{g}} \cdot {\mathrm{L}}^{{\text{−}}1})$ 3.130 3.210 3.275 3.335
    硫酸根离子 $ {\mathrm{SO}}_4^{2{\text{−}}} /$
    (g·L−1)
    0.385 1.175 1.735 2.300
    氯离子 Cl/(g·L−1) 2.745 2.035 1.540 1.035
    镁离子 Mg2+/(g·L−1) 0.184 0.184 0.184 0.184
    钙离子 Ca2+/(g·L−1) 0.059 0.059 0.059 0.059
    钾离子 K+/(g·L−1) 0.057 0.057 0.057 0.057
    钠离子 Na+/(g·L−1) 1.532 1.451 1.393 1.335
    碳酸氢根离子
    ${\mathrm{HCO}}_3^{\text{−}} / ({\mathrm{g}} \cdot {\mathrm{L}}^{{\text{−}}1})$
    0.020 0.020 0.020 0.020
    溴离子 Br/(g·L−1) 0.010 0.010 0.010 0.010
    锶离子 Sr2+/(g·L−1) 0.001 0.001 0.001 0.001
    硼离子 B3+/(g·L−1) 0.000 65 0.000 65 0.000 65 0.000 65
    氟离子 F/(g·L−1) 0.000 163 0.000 163 0.000 163 0.000 163
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    表  2   不同硫酸盐浓度对凡纳滨对虾35 d生长指标的影响

    Table  2   Effects of different sulfate concentrations on 35-day growth indexes of L. vannamei

    指标
    Index
    组别 Group
    A B C D
    成活率 Survival rate/% 77.00±3.30 70.00±2.90 80.00±10.00 75.00±5.00
    养成湿质量 Final wet mass/g 4.12±0.14 3.87±0.10 4.20±0.12 4.04±0.14
    体质量增长率 Body mass growth rate/% 370.05±0.20 335.76±0.10 380.00±0.35 377.20±0.29
    特定生长率 SGR/% 4.41±0.12 4.20±0.11 4.47±0.21 4.46±0.17
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  • [1] 刘永新, 方辉, 来琦芳, 等. 我国盐碱水渔业现状与发展对策[J]. 中国工程科学, 2016, 18(3): 74-78. doi: 10.3969/j.issn.1009-1742.2016.03.013
    [2] 田秋林, 朱世煜, 陆军, 等. 西北寒旱区盐渍土水盐迁移规律研究[J]. 公路, 2019, 64(8): 22-27.
    [3]

    SELIMA M. Chemical composition of seawater and the variation of calcium and alkalinity[J]. ICES J Mar Sci, 1970, 33(2): 126-133. doi: 10.1093/icesjms/33.2.126

    [4] 肖捷颖, 赵品, 李卫红. 塔里木河流域地表水水化学空间特征及控制因素研究[J]. 干旱区地理, 2016, 39(1): 33-40.
    [5] 靳惠安, 姚晓军, 高永鹏, 等. 封冻期青海湖水化学主离子特征及控制因素[J]. 干旱区资源与环境, 2020, 34(8): 140-146.
    [6] 李兴意, 马云麒, 彭章旷, 等. 大苏干湖湖水蒸发过程中析盐规律及pH值变化[J]. 盐湖研究, 2021, 29(4): 81-89. doi: 10.12119/j.yhyj.202104009
    [7]

    LIU W, MA L, ABUDUWAILI J, et al. Distributions, relationship and assessment of major ions and potentially toxic elements in waters of Bosten lake, the former largest inland and freshwater lake of China[J]. Water, 2020, 12: 2859. doi: 10.3390/w12102859

    [8] 何桂伦, 易远名, 杨奇慧, 等. 肌醇对不同盐度条件下凡纳滨对虾幼虾生长和代谢的影响[J]. 南方水产科学, 2022, 18(3): 129-138.
    [9]

    LI K J, ZHAO S, GUAN W B, et al. Planktonic bacteria in white shrimp (Litopenaeus vannamei) and channel catfish (Letalurus punetaus) aquaculture ponds in a salt-alkaline region[J]. Lett Appl Microbiol, 2021, 74(2): 212-219.

    [10] 朱万福, 代亚明, 肖生亮, 等. 利用弃耕盐碱地养殖南美白对虾试验[J]. 中国水产, 2017(4): 95-96.
    [11]

    MIRZAEI F, GHORBANI R, HOSSEINI S, et al. Associations between shrimp farming and nitrogen dynamic: a model in the Caspian Sea[J]. Aquaculture, 2019, 510: 323-328. doi: 10.1016/j.aquaculture.2019.05.070

    [12] 黄艳青, 杨絮, 王怡菊, 等. 西北硫酸盐型盐碱水与低盐度海水养殖凡纳滨对虾营养成分及品质评价[J]. 渔业信息与战略, 2023, 38(1): 60-66.
    [13] 顾晨, 史文军, 朱健强, 等. 硫酸盐胁迫对凡纳滨对虾组织损伤和生理功能的影响[J]. 中国水产科学, 2024, 31(8): 910-925.
    [14]

    WANG N, DORMAN R A, INGERSOLL C G, et al. Acute and chronic toxicity of sodium sulfate to four freshwater organisms in water-only exposures[J]. Environ Toxicol Chem, 2016, 35(1): 115-127.

    [15]

    WANG N, DORMAN R A, LVEY C D, et al. Acute and chronic toxicity of sodium nitrate and sodium sulfate to several freshwater organisms in water-only exposures[J]. Environ Toxicol Chem, 2020, 39(5): 1071-1085. doi: 10.1002/etc.4701

    [16]

    HU Y, GAO G, QIN K X, et al. Effects of sulfate on survival, osmoregulation and immune inflammation of mud crab (Scylla paramamosain) under low salt conditions[J]. Aquaculture, 2024, 590: 741029. doi: 10.1016/j.aquaculture.2024.741029

    [17]

    FORSBERG J, NEILL W. Saline groundwater as an aquaculture medium: physiological studies on the red drum, Sciaenops ocellatus[J]. Environ Biol Fishes, 1997, 49: 119-128. doi: 10.1023/A:1007350726184

    [18]

    NEMATOLLAHI M, KESHAVARZI B, MOORE F, et al. Hydrogeochemical and ecological risk assessments of trace elements in the coastal surface water of the southern Caspian Sea[J]. Environ Monit Assess, 2021, 193: 452. doi: 10.1007/s10661-021-09211-x

    [19] 祝华萍, 苏家齐, 张子军, 等. 低盐水体Na+/K+对凡纳滨对虾生长、体成分与肝胰腺、鳃组织结构的影响[J]. 水产学报, 2024, 48(3): 89-97.
    [20] 李玲云, 韩婷婷, 张黄琛, 等. 养殖池塘退塘还林初期土壤有机碳及活性组分特征[J]. 南方水产科学, 2024, 20(4): 88-97. doi: 10.12131/20240094
    [21]

    MOUNT D, GULLEY D, HOCKETT J, et al. Statistical models to predict the toxicity of major ions to Ceriodaphnia dubia, Daphnia magna and Pimephales promelas (fathead minnows)[J]. Environ Toxicol Chem, 1997, 16(10): 2009-2019. doi: 10.1002/etc.5620161005

    [22] 苏家齐, 祝华萍, 朱长波, 等. 盐度和钠离子/钾离子对凡纳滨对虾幼虾存活与组织结构的影响[J]. 南方水产科学, 2021, 17(5): 45-53. doi: 10.12131/20210011
    [23] 陶易凡, 强俊, 王辉, 等. 低pH胁迫对克氏原螯虾鳃和肝胰腺酶活力及组织结构的影响[J]. 中国水产科学, 2016, 23(6): 1279-1289.
    [24]

    LI E C, CHEN L Q, ZENG C, et al. Comparison of digestive and antioxidant enzymes activities, haemolymph oxyhemocyanin contents and hepatopancreas histology of white shrimp, Litopenaeus vannamei, at various salinities[J]. Aquaculture, 2008, 274(1): 80-86. doi: 10.1016/j.aquaculture.2007.11.001

    [25]

    ANAND P, ARAVIND R, BALASUBRAMANIAN C, et al. Growth, survival, and osmo-ionic regulation in post larval and juvenile Indian white shrimp, Penaeus indicus, reared under three levels of salinity in a semifloc system[J]. Aquaculture, 2023, 564: 739042. doi: 10.1016/j.aquaculture.2022.739042

    [26] 李二超, 陈立侨, 曾嶒, 等. 不同盐度下饵料蛋白质含量对凡纳滨对虾生长、体成份和肝胰腺组织结构的影响[J]. 水产学报, 2008, 32(3): 425-433.
    [27]

    GRENE A, NEVAL E, HEATH L. Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants[J]. J Exp Bot, 2002, 53(372): 1331-1341. doi: 10.1093/jexbot/53.372.1331

    [28] 高春生, 王春秀, 张书松. 水体铜对黄河鲤肝胰脏抗氧化酶活性和总抗氧化能力的影响[J]. 农业环境科学学报, 2008(3): 1157-1162. doi: 10.3321/j.issn:1672-2043.2008.03.055
    [29]

    VALKO M, LEIBFRITZ D, MONCOL J, et al. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease[J]. Int J Biochem Cell Biol, 2007, 39(1): 44-84. doi: 10.1016/j.biocel.2006.07.001

    [30] 刘秋瑀, 王伟隆, 黄旭雄. 不同饲料能量源及其水平对凡纳滨对虾生长、抗氧化能力及蛋白质利用的影响[J]. 中国水产科学, 2023, 30(9): 1067-1079. doi: 10.12264/JFSC2023-0149
    [31]

    BHATT S, DASGUPTA S, GUPTA S, et al. Effect of sulfate on the osmoregulatory and physio-biochemical responses of GIFT (Oreochromis niloticus) juveniles reared in potassium-deficient medium saline waters[J]. Environ Sci Pollut Res Int, 2024, 31(12): 18636-18655. doi: 10.1007/s11356-024-32219-y

    [32] 王林薇, 李雪男, 谢金平, 等. 盐度、温度、氨氮和亚硝酸盐胁迫对凡纳滨对虾生长存活及生理生化指标的影响[J]. 上海海洋大学学报, 2024, 33(5): 1084-1097.
    [33] 吴曙, 王淑红, 王艺磊, 等. 软体动物和甲壳动物酚氧化酶的研究进展[J]. 动物学杂志, 2009, 44(5): 137-146.
    [34] 邢逸夫, 段亚飞, 韦政坤, 等. 亚硝酸盐和微塑料胁迫对凡纳滨对虾鳃中免疫、解毒代谢和渗透调节相关指标的影响[J]. 南方水产科学, 2023, 19(2): 70-77. doi: 10.12131/20220176
    [35]

    JIA X Y, ZHANG D, WANG F, et al. Immune responses of Litopenaeus vannamei to non-ionic ammonia stress: a comparative study on shrimps in freshwater and seawater conditions[J]. Aquac Res, 2017, 48: 177-188. doi: 10.1111/are.12872

    [36]

    LIU H Y, TAN B P, YANG J F, et al. Effect of various Na/K ratios in low-salinity well water on growth performance and physiological response of Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei[J]. Chin J Oceanol Limnol, 2014, 32(5): 991-999. doi: 10.1007/s00343-014-3345-6

    [37]

    GUO H, LIANG Z, ZHENG P H, et al. Effects of nonylphenol exposure on histological changes, apoptosis and time-course transcriptome in gills of white shrimp Litopenaeus vannamei[J]. Sci Total Environ, 2021, 781: 146731. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.146731

    [38] 韦政坤, 董宏标, 赵文, 等. 两种麻醉剂对凡纳滨对虾麻醉效果及组织氧化损伤的影响[J]. 南方水产科学, 2023, 19(1): 136-146. doi: 10.12131/20220070
    [39]

    TAKVAM M, DENKER E, GHARBI N, et al. Sulfate homeostasis in Atlantic salmon is associated with differential regulation of salmonid-specific paralogs in gill and kidney[J]. Physiol Rep, 2021, 9(19): e15059. doi: 10.14814/phy2.15059

    [40]

    GERENCSER G A, AHEARN G A, CATTEY M A. Antiport-driven sulfate secretion in an invertebrate epithelium[J]. J Exp Zool, 1996, 275(4): 269-276.

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郭旭 et al., 水产学报, 2023
Dietary selenium nanoparticles improved growth and health indices in asian seabass (lates calcarifer) juveniles reared in high saline water
Mohtashemipour, Hamzeh et al., AQUACULTURE NUTRITION, 2024
Silicon nanoparticles (sinps) restore photosynthesis and essential oil content by upgrading enzymatic antioxidant metabolism in lemongrass (cymbopogon flexuosus) under salt stress
Mukarram, Mohammad et al., FRONTIERS IN PLANT SCIENCE, 2023
Available phosphorus levels modulate growth performance, serum indices, metabolome, rumen fermentation, and microorganism in hu lambs
ANIMAL FEED SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2025
Study on the regulation of hypothalamic-pituitary-adrenal axis (hpa axis) in rats with kidney-yin deficiency syndrome by the raw and salt-water processing of phellodendri chinensis cortex
INTERNATIONAL JOURNAL OF PHARMACOLOGY, 2024
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-27
  • 修回日期:  2024-11-28
  • 录用日期:  2025-01-17
  • 网络出版日期:  2025-01-23
  • 刊出日期:  2025-04-04

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