Acute hydrogen sulfide exposure in post-smolt Atlantic salmon(Salmo salar): Critical levels and recovery  

后幼鮭期大西洋鮭（Salmo salar）急性硫化氫暴露：臨界水平與恢復(fù)  

來(lái)源：Aquaculture, 570 (2023)

《水產(chǎn)養(yǎng)殖》，第570卷（2023年）

 

 

摘要內(nèi)容：  

研究通過(guò)間歇性流通式呼吸測(cè)量法，評(píng)估了急性硫化氫（H?S）暴露對(duì)大西洋鮭代謝的影響。實(shí)驗(yàn)將三組不同體重（100-500克）的鮭魚(yú)暴露于漸進(jìn)增加的H?S濃度（0.53±0.14 μM/h），直至耗氧率（MO?）低于標(biāo)準(zhǔn)代謝率（SMR）或失去平衡（LOE），此時(shí)定義為臨界H?S濃度（H?Scrit）。暴露后，魚(yú)類(lèi)在無(wú)H?S水中恢復(fù)，以測(cè)定過(guò)量耗氧量（EOC）。結(jié)果表明，大西洋鮭對(duì)H?S的耐受性低于此前預(yù)期，平均H?Scrit為1.78±0.39 μM，且與體型無(wú)關(guān)。恢復(fù)階段的EOC顯著高于累積氧虧（DO?），小型鮭的EOC更大，表明暴露后更易受其他脅迫影響。  

 

研究目的：  

確定大西洋鮭急性H?S暴露的臨界濃度（H?Scrit）及其對(duì)代謝的抑制機(jī)制。  

 

量化暴露后的恢復(fù)過(guò)程（EOC），評(píng)估不同體型鮭魚(yú)的恢復(fù)能力差異。  

 

為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供H?S安全閾值數(shù)據(jù)，以制定防控策略。  

 

研究思路：  

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：  

 

三組鮭魚(yú)（小型：103.3±21.0克，中型：275.3±26.3克，大型：550.2±39.3克）置于呼吸測(cè)量系統(tǒng)中（圖1）。  

 

 

24小時(shí)適應(yīng)期測(cè)定SMR和最大耗氧率（MO?max）。  

 

H?S線性遞增暴露（0.53±0.14 μM/h）直至達(dá)到H?Scrit（MO?<SMR或LOE），隨后切換至無(wú)H?S水恢復(fù)。  

參數(shù)測(cè)量：  

 

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)H?S濃度（Unisense微電極）、MO?、溫度、pH。  

 

計(jì)算SMR、MO?max、有氧代謝范圍（AS）、累積氧虧（DO?）、恢復(fù)期過(guò)量耗氧量（EOC）及恢復(fù)時(shí)間。  

數(shù)據(jù)分析：  

 

比較不同體型組的H?Scrit、EOC、DO?差異（ANOVA檢驗(yàn)）。  

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義（注明來(lái)源圖表）：  

代謝基礎(chǔ)參數(shù)（表1）：  

 

 

SMR、MO?max、AS：反映魚(yú)類(lèi)基礎(chǔ)代謝能力。小型與大型鮭SMR較高（P<0.05），但AS無(wú)組間差異，表明體型不影響最大有氧代謝潛力。  

H?Scrit（表1，圖3）：  

 

 

所有組平均H?Scrit為1.78±0.39 μM（60.7±13.2 μg/L），無(wú)體型差異（P=0.786）。意義：首次明確大西洋鮭H?S耐受閾值遠(yuǎn)低于既往報(bào)道（如金魚(yú)3.5 μM），解釋養(yǎng)殖中突發(fā)死亡現(xiàn)象。  

暴露響應(yīng)模式（圖3）：  

 

26%個(gè)體因LOE終止暴露（未顯示MO?下降），其余因MO?<SMR。MO?響應(yīng)分兩類(lèi)：H?S遞增期MO?升高（B、C）或不變（A、D）。意義：個(gè)體代謝響應(yīng)異質(zhì)性顯著，預(yù)警系統(tǒng)需依賴(lài)直接H?S監(jiān)測(cè)而非統(tǒng)一行為指標(biāo)。  

恢復(fù)參數(shù)（表2，圖4）：  

 

 

MO?peak：恢復(fù)期峰值耗氧率，小型鮭比中型高48%（P<0.05），反映其代謝紊亂更嚴(yán)重。  

 

DO?：暴露期累積氧虧，組間無(wú)差異（P=0.547）。  

 

EOC：恢復(fù)期過(guò)量耗氧量，小型鮭（405.7±176.3 mg O?/kg/h）顯著高于中、大型（P=0.016），表明小型鮭需更多能量清除代謝副產(chǎn)物。  

 

EOC > DO?：所有組EOC遠(yuǎn)超DO?（如小型鮭差40倍），揭示H?S抑制線粒體功能導(dǎo)致的"隱性代謝代價(jià)"。  

 

結(jié)論：  

大西洋鮭H?Scrit為1.78±0.39 μM，獨(dú)立于體型，但遠(yuǎn)低于多數(shù)魚(yú)類(lèi)（如金魚(yú)3.5 μM），解釋養(yǎng)殖RAS系統(tǒng)突發(fā)死亡。  

 

H?S暴露引發(fā)兩類(lèi)代謝響應(yīng)：MO?升高或不變，26%個(gè)體因LOE終止，提示個(gè)體異質(zhì)性限制行為預(yù)警可行性。  

 

恢復(fù)期EOC顯著高于DO?，小型鮭EOC更大，暴露后更脆弱，需更多氧債償還。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究意義：  

高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（圖1, 3）：  

 

電極每分鐘記錄H?S濃度（pH/T校正），9點(diǎn)校準(zhǔn)（R2>0.99），確保暴露濃度的準(zhǔn)確性（0.53±0.14 μM/h線性遞增）。  

 

反饋系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)蠕動(dòng)泵（圖1），動(dòng)態(tài)維持目標(biāo)H?S，克服H?S氧化損失問(wèn)題（半衰期<3小時(shí)）。  

臨界閾值界定：  

 

實(shí)時(shí)H?S數(shù)據(jù)與MO?同步（圖3），精準(zhǔn)定位H?Scrit（MO?<SMR或LOE時(shí)刻），避免傳統(tǒng)靜態(tài)暴露的濃度高估。  

毒理機(jī)制解析：  

 

H?S濃度-時(shí)間曲線（圖3）揭示暴露時(shí)長(zhǎng)（平均206.6分鐘）與代謝抑制的關(guān)聯(lián)，證實(shí)H?S通過(guò)抑制細(xì)胞色素c氧化酶（COX）阻遏有氧代謝。  

養(yǎng)殖應(yīng)用價(jià)值：  

 

實(shí)測(cè)閾值（1.78 μM）為RAS系統(tǒng)H?S預(yù)警提供依據(jù)，強(qiáng)調(diào)需實(shí)時(shí)傳感器（因個(gè)體響應(yīng)差異大），而非行為監(jiān)測(cè)。