《Aquaculture》：Ammonia–hypoxia co-stress induces intestinal injury, antioxidant dysregulation, and microbial dysbiosis in
Macrobrachium rosenbergii
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氨氮与低氧协同作用导致罗氏沼虾幼体存活率显著下降，肠道抗氧化系统崩溃，消化酶活性抑制，结构损伤和微生物失衡。维持DO>5 mg/L和TAN<2 mg/L对肠道健康至关重要。
Nusrat Liaqat|Xuenan Li|Huici Yang|Nauman Khan|Nader N. Hassona|Simin You|Xilin Dai
农业部与农村事务部淡水水生遗传资源重点实验室，上海海洋大学，上海201306，中国
摘要
在集约化水产养殖系统中，氨氮积累和氧气耗尽经常同时发生；然而，这两种因素对甲壳类动物肠道稳态的协同影响仍知之甚少。本研究将幼年罗森伯格对虾（Macrobrachium rosenbergii）暴露于总氨氮（TAN）浓度为0、2和50?mg?L?1的环境中，同时控制氧气浓度分别为正常水平（5.6?±?0.4?mg?L?1）和低氧水平（2.7?±?0.2?mg?L?1）。结果显示，对照组存活率为100%，而在2和50?mg?L?1的TAN条件下，存活率分别降至89%和75%；在低氧和高氨氮共同作用下，存活率进一步降至31%、20%和3%，证实了两者之间存在显著的协同致死效应。中等浓度的TAN会短暂激活抗氧化防御机制，而高浓度TAN与低氧环境则会导致SOD、CAT和GSH活性显著下降，并增加MDA含量，表明发生了氧化应激。消化酶活性的同时抑制反映了代谢抑制和营养吸收受阻。肠道组织病理学检查发现上皮层逐渐变薄、绒毛脱落以及炎症浸润，表明肠道屏障功能受损。基因表达分析进一步证实了这些变化：在中等应激条件下，ALF和TLR基因上调；而在高氨氮-低氧联合应激下，Nrf2和Caspase-3基因显著上调，紧密连接蛋白Occludin和ZO-1基因下调，表明防御机制从补偿性反应转变为氧化损伤、细胞凋亡和屏障功能衰竭。肠道微生物群分析显示多样性降低，有益菌Lactococcus减少，而机会性病原菌Aeromonas增多，表明存在严重的微生物失衡。总体而言，本研究揭示了肠道氧化应激、免疫屏障功能障碍和微生物失衡是氧气限制加剧氨毒性的关键途径，并指出MDA水平升高和Aeromonas增殖可作为早期预警的生物学标志物。维持溶解氧浓度大于5?mg?L?1和总氨氮浓度低于2?mg?L?1对于保护罗森伯格对虾的肠道健康和养殖效益至关重要。
引言
水产养殖目前供应了全球一半的水产品，在保障全球粮食安全方面发挥着不可或缺的作用（FAO，2022年）。在养殖的甲壳类动物中，巨型淡水对虾（Macrobrachium rosenbergii）因其高经济价值、快速生长能力和适应多种环境条件的能力而成为关键物种（New，2005年）。然而，养殖业的集约化导致了水质压力的累积，影响了生长性能、免疫能力和存活率（Ip和Chew，2010年）。其中，总氨氮（TAN）和溶解氧（DO）被认为是决定甲壳类动物健康和生产效率的两个关键因素（Sun等人，2018年）。养殖密度的增加、富营养化以及气候引起的低氧事件正在加剧水产养殖系统中的氨氮和氧气压力，对可持续性构成严重威胁（5）。氨氮主要来源于残余饲料的分解和代谢排泄物，其毒性最强的形式为非离子态氨（NH?）。高浓度的NH?会破坏渗透压调节平衡，损害鳃上皮完整性，并引发虾类的氧化应激（Li等人，2024年；Zhao等人，2020年）。同样，低氧会抑制有氧代谢，耗尽细胞能量储备，并削弱抗氧化防御和免疫反应（Li和Chen，2008年；Liaqat等人，2026年；Wu，2002年）。当这两种压力因素同时存在时，它们的效应通常是协同的，导致比单独作用时更严重的生理紊乱和更高的死亡率（Lan等人，2023年）。
肠道是环境压力的核心靶标，因为它集成了营养消化、上皮屏障功能和宿主-微生物相互作用。环境挑战常常破坏肠道稳态，导致微生物失衡，表现为微生物多样性降低、有益菌（如Lactococcus）减少以及机会性病原菌（如Aeromonas）的增殖（Gao等人，2024年；Tartor等人，2021年）。这种失衡会降低消化效率，减少微生物代谢产物的产生（如短链脂肪酸），并削弱黏膜免疫力，从而增加疾病易感性（Amenyogbe等人，2022年；Cui等人，2023年）。同时，环境压力会抑制消化酶活性（Do Vale Pereira等人，2019年），并引发组织病变，如绒毛缩短、上皮脱落和炎症浸润，进而损害肠道完整性（Ding等人，2025年；Liu等人，2023年）。
氧化应激是这些后果之间的共同机制。氨氮和低氧都会增加活性氧（ROS）的生成，从而超过内源性抗氧化系统（如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽（GSH）的清除能力。过量的ROS会导致脂质过氧化、细胞损伤和微生物失衡（Bruno等人，2023年；Li等人，2019年）。因此，综合评估氧化状态、消化能力、肠道形态和微生物组成对于阐明氨氮-低氧双重压力下的应激适应机制至关重要（Cheng等人，2020年）。
尽管氨氮和低氧在甲壳类动物中的研究较为广泛，但大多数研究都是分别探讨这两种压力因素，仅关注单一方面，例如对氨氮的氧化和免疫反应（Zhao等人，2020年）、低氧条件下的消化酶变化（Yang等人，2021a）或环境压力下的微生物群变化（Lan等人，2023年）。整合生化、生理、组织学和微生物学视角的综合性研究仍然有限。本研究探讨了氨氮和低氧同时存在时如何协同破坏罗森伯格对虾的肠道稳态，并通过生化、组织学和微生物群分析揭示了水质压力与肠道功能障碍之间的机制联系，以及潜在的早期预警生物标志物。
实验动物与适应
实验用的幼年罗森伯格对虾（平均体重10.0?±?0.4?g）来自中国上海金山的一家商业孵化场。这些对虾为混合性别，无可见疾病。将它们放入配备曝气装置的90?L淡水池中适应7天（每池12只），使用前自来水已曝气48小时。水温保持在27?±?1?°C，pH值在7.8–8.0之间，每天更换30%的水量以保持总氨氮浓度低于0.2?mg?L?1，溶解氧浓度高于6.0?mg?L
肠道微生物群测序
对肠道样本进行高通量测序，共获得12,501,425条高质量读段，平均读长为427?bp。经过DADA2 pipelines的质量过滤和去噪处理后，保留了2,375个扩增子序列变异体（ASVs）。稀释分析确认测序深度足以捕捉所有样本中的大部分细菌多样性。通过SILVA 138.2参考数据库进行分类鉴定
讨论
氨氮和低氧对罗森伯格对虾（M. rosenbergii）的肠道生理具有协同作用。在存活率、抗氧化状态、消化酶活性、肠道组织和肠道微生物群等多个指标上，研究结果表明功能紊乱逐渐升级，从氧化失衡开始，发展为上皮损伤和微生物失衡。值得注意的是，两种压力因素共同作用时造成的损害比单独作用更为严重，这表明氧气
结论
氨氮和低氧在7天的共同作用下损害了罗森伯格对虾的肠道稳态并降低了其存活率。联合应激导致氧化失衡和脂质过氧化，抑制了消化酶活性，破坏了上皮结构和紧密连接完整性，并使肠道微生物群向机会性菌株转变。免疫相关基因、抗氧化基因、凋亡基因和屏障相关基因表达的协调变化表明，从早期防御机制向氧化损伤、细胞凋亡和屏障功能衰竭的转变
资助
本研究得到了上海农业应用技术研发计划（项目编号：G2021-02-08-00-12-F00748）的支持。
本研究还得到了上海农业科技创新项目“耐氨氮、快速生长的罗森伯格对虾分子育种关键技术”（项目编号：2025-02-08-00-12-F00056）的支持。
作者贡献声明
Nusrat Liaqat：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，数据分析，概念构思。Xuenan Li：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。Huici Yang：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。Nauman Khan：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。Nader N. Hassona：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。Simin You：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。Xilin Dai：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，研究监督，资金申请。
未引用的参考文献
Li等人，2025年
Nan等人，2024年
利益冲突声明
作者声明他们没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
