研究簡介:魚類在早期生命階段的生存取決于多種因素的有利組合，包括海洋學(xué)、氣候和生物因素。魚卵、胚胎和幼魚由于缺乏游泳能力，容易受到環(huán)境影響，導(dǎo)致高死亡率。氣候變化對仔魚生存的影響特別令人關(guān)注，特別是海洋酸化（OA）現(xiàn)象。OA可能通過擾亂酸堿平衡，影響魚類早期生命階段的生理、能量或行為。研究顯示，魚類幼體的皮膚和鰓離子細(xì)胞在維持酸堿平衡中起著重要作用。這些離子細(xì)胞的功能與成體魚類相似，對于理解早期生命階段的生存至關(guān)重要。對OA影響的研究發(fā)現(xiàn)，盡管仔魚暴露于高pCO2環(huán)境會引起耳石增大和神經(jīng)行為改變，但仔魚和成魚都能通過調(diào)整酸堿平衡來維持血液pH值。此外，水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施在研究和漁業(yè)管理中發(fā)揮著重要作用，特別是在為實(shí)驗(yàn)提供魚類方面。Hubbs-海洋世界研究所通過其循環(huán)水族箱系統(tǒng)（RAS）為研究提供了重要支持，包括與Scripps海洋研究所的合作，研究了高pCO2對白海鱸幼體的影響。本研究進(jìn)一步探討了高pCO2環(huán)境下白海鱸仔魚的生理響應(yīng)，包括酸堿機(jī)制的調(diào)整和能量消耗的變化。研究方法包括分析皮膚離子細(xì)胞、NKA豐度、靜息氧消耗率測試（unisense微呼吸系統(tǒng)）和體長，以及對親魚條件的回顧性分析，以更好地理解OA對魚類早期生命階段的影響。

Unisense微呼吸系統(tǒng)的應(yīng)用

使用Unisense MicroRespiration系統(tǒng)和SensorTrace Rate軟件（Unisense）測量了白鱸幼體仔魚的靜息O2消耗率（rOCR）。從每個(gè)容器中取出十個(gè)白鱸仔魚，將五個(gè)仔魚的兩個(gè)副本組放入兩個(gè)含有來自相應(yīng)容器的海水的4毫升玻璃微呼吸室中。通過浸入水浴，將微呼吸計(jì)室中的海水維持在18℃，并使用玻璃嵌入式微磁子以600 rpm的速度攪拌。鑒于它們的體型小，常常對仔魚群體進(jìn)行OCR測量。經(jīng)過10分鐘的適應(yīng)期后，每秒測量一次室內(nèi)的O2濃度，持續(xù)50分鐘。每15分鐘觀察一次仔魚的行為，持續(xù)1分鐘。在只含有海水的室內(nèi)測量背景微生物呼吸速率。將O2濃度隨時(shí)間的線性回歸的斜率視為每組五個(gè)仔魚的rOCR。對每個(gè)容器進(jìn)行兩次測量，取平均值，并減去背景微生物呼吸。通過將群體的rOCR除以五，估算出單個(gè)仔魚的rOCR。對這些基于個(gè)體的rOCR（μL O2 ind?1 h?1）估計(jì)值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

探討了海洋酸化（OA）對白鱸（Atractoscion nobilis）幼體生長和離子調(diào)節(jié)能力的影響。研究中使用控制條件（pCO2為542±28μatm）和升高條件（pCO2為1831±105μatm）分別培育了白鱸的卵和幼體，持續(xù)至受精后五天。通過Na+/K+-ATPase（NKA）酶的免疫檢測確定了皮膚離子細(xì)胞。與控制組相比，暴露于升高pCO2的幼魚具有顯著更多的皮膚離子細(xì)胞數(shù)量和密度。然而考慮到離子細(xì)胞的大小時(shí)，相對離子細(xì)胞面積（作為總離子調(diào)節(jié)能力的代理）沒有改變。同樣在5 dpf時(shí)，控制組和實(shí)驗(yàn)組幼魚的相對NKA含量、靜息氧氣消耗率和總長度之間沒有差異，也沒有在2至5 dpf期間相對離子細(xì)胞面積和總長度變化的速率方面的差異。

圖1、實(shí)驗(yàn)幼體白鱸的總長度。對照（黑色，圓圈）和OA暴露（紅色，三角形）幼蟲(A)受精后5天的總長度（t(10)=0.4717；p=0.6473），以及(B)2至5天內(nèi)的總長度受精后（F(1,20)=0.6512；p=0.4292）沒有顯著差異。

圖2、暴露于對照或OA條件下的白鱸幼蟲的生理反應(yīng)。(A)離子細(xì)胞數(shù)量(t(16)=2.223；p=0.0410)，(B)離子細(xì)胞密度(t(16)=4.106；p=0.0008)，(C)離子細(xì)胞大小(t(16)=1.843；p=0.0840)、(D)相對離子細(xì)胞面積(t(16)=0.5161；p=0.6129)和(E)相對Na+/K+-ATPase豐度（t(14)=1.297；p=0.2156）受精后5天的幼蟲暴露于對照（黑色，圓圈）或OA（紅色，三角形）條件。(F)受精后2至5天白鱸幼體的相對離子細(xì)胞面積((1,20)=0.1689；p=0.6855）。星號表示alpha水平為0.05時(shí)的顯著性。

圖3、暴露于對照或OA條件下的白鱸幼蟲的皮膚離子細(xì)胞。代表性圖像顯示幼蟲中Na+/K+-ATPase免疫染色的皮膚離子細(xì)胞。(A–D)對照治療；(E–H)OA暴露治療；dpf=受精后天數(shù)。

圖4、使用unisense微呼吸系統(tǒng)測試白鱸幼體的耗氧率。在50分鐘內(nèi)測量了來自EXP 1的白鱸幼體（5只為一組）的耗氧率，并將其顯示為時(shí)間的函數(shù)。在對照組（黑色，圓圈）和OA暴露（紅色，三角形）處理中飼養(yǎng)的幼體之間，未檢測到耗氧率存在顯著差異（t(14)=0.0918；p=0.928）。

圖5、在收集白鱸幼體前的3.5年中，監(jiān)控了白鱸幼體魚缸的水質(zhì)。圖（A）顯示了pH值，圖（B）顯示了pCO2。右上角的紅箭頭標(biāo)識了收集魚卵的日期。(A)pH和(B)pCO2。

結(jié)論與展望

本探索目的是通過探索白鱸幼體生理學(xué)的其他方面來擴(kuò)展這些形態(tài)和行為觀察。研究表明白鱸幼體在面對未來一個(gè)世紀(jì)預(yù)測的高pCO2條件（約為2000μatm）時(shí)，相對于離子細(xì)胞面積（RIA）、NKA含量、相對氧氣消耗率（rOCR）（unisense微呼吸系統(tǒng)測試獲得）和長度等方面并未顯示出明顯的差異。這說明白鱸幼體似乎能夠適應(yīng)海洋酸化（OA），而不會出現(xiàn)在離子輸送能力、能量消耗或生長方面的重大變化。然而，深入分析發(fā)現(xiàn)了一些潛在的新效應(yīng)，例如離子細(xì)胞大小的變化，提示有必要進(jìn)行更詳細(xì)的研究，以深入了解海洋魚類幼體的基本生理學(xué)。這些研究還揭示了關(guān)于其在應(yīng)對海洋酸化和多重壓力時(shí)的能量分配，以及通過親本效應(yīng)、發(fā)育可塑性和自然選擇實(shí)現(xiàn)的跨代適應(yīng)的需求。最終，強(qiáng)調(diào)了通過與水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施（如HSWRI）的合作，繼續(xù)推動(dòng)對海洋酸化對魚類影響的理解。本研究提供了有關(guān)白鱸幼體對海洋酸化的響應(yīng)的深入了解，并強(qiáng)調(diào)了親本曝露歷史對幼體的影響可能是值得關(guān)注的因素。