碳酸氢钠碱度胁迫对大口黑鲈的毒理效应：氧化损伤、组织病理与肠道菌群紊乱

《Aquaculture, Fish and Fisheries》：Effects of NaHCO3 Alkalinity Stress on Micropterus salmoides

本论文深入探讨了碳酸氢钠（NaHCO3）碱度胁迫对淡水经济鱼类大口黑鲈的生理损伤机制。研究设置了0、10、30 mmol/L三个NaHCO3碱度胁迫梯度，在第10天取样分析。结果显示，高碱度（30 mmol/L）胁迫显著降低了肝脏超氧化物歧化酶（SOD）、酸性磷酸酶（ACP）、碱性磷酸酶（AKP）活性，提高了丙二醛（MDA）含量，引发氧化损伤与免疫抑制。组织病理学观察发现，胁迫导致肝细胞肿胀、空泡化与核移，以及鳃上皮肿胀、充血、融合与增生等病变，且损伤程度与胁迫浓度正相关。此外，胁迫还改变了肠道菌群结构，导致有害菌（如气单胞菌属Aeromonas）丰度上升，有益菌（如厚壁菌门Firmicutes）丰度下降，并降低了菌群多样性。本研究为评估大口黑鲈在盐碱水环境中的适应性与健康风险提供了重要科学依据，对盐碱水域水产养殖管理具有指导意义。

　　

引言

随着全球低洼盐碱水域面积的扩大以及人类活动导致的次生盐碱地增加，开发利用盐碱水资源进行水产养殖具有重要战略意义。大口黑鲈（Micropterus salmoides）作为一种广受欢迎的淡水经济鱼类，因其较强的盐碱环境适应性，被视为适宜在盐碱水中养殖的潜力物种。然而，高碳酸氢钠（NaHCO₃）碱度是盐碱水体的主要特征之一，其作为碳酸盐碱度的代表，会对鱼类造成何种具体生理影响，特别是对大口黑鲈的相关研究尚不充分。为填补这一空白，并为实际养殖提供指导，本研究系统地探讨了不同浓度NaHCO₃碱度胁迫对大口黑鲈酶活性、组织结构及肠道微生物群的影响。

材料与方法

实验在浙江省淡水水产研究所进行。选取健康、规格均匀的成年大口黑鲈个体，在实验容器中驯化14天后，随机分为三个处理组：第1组（对照组，0 mmol/L NaHCO₃）、第2组（10 mmol/L NaHCO₃碱度）和第3组（30 mmol/L NaHCO₃碱度）。每组设置3个平行，实验期间不投喂，每日换水50%以维持碱度稳定。胁迫处理10天后，取样进行分析。通过试剂盒测定肝脏组织中超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）、酸性磷酸酶（ACP）和碱性磷酸酶（AKP）的活性与含量。取肝和鳃组织进行石蜡切片、苏木精-伊红染色，于显微镜下观察组织结构变化。同时，采集肠道内容物，提取总DNA，对细菌16S rRNA基因的V3-V4区进行扩增和Illumina PE250测序，以分析肠道菌群组成与多样性。所有数据均进行统计分析，以评估组间差异的显著性。

结果

NaHCO₃碱度胁迫对肝脏抗氧化及免疫相关指标的影响

抗氧化指标显示，第1组和第2组的SOD活性显著高于第3组，而MDA含量则显著低于第3组。免疫相关指标显示，第1组的ACP和AKP活性显著高于第2组和第3组，而第3组的这两种酶活性在所有组中最低。这些结果表明，30 mmol/L的NaHCO₃碱度胁迫导致大口黑鲈肝脏的抗氧化能力下降、氧化损伤加剧，并可能抑制了其非特异性免疫功能。

NaHCO₃碱度胁迫对肝、鳃组织结构的影响

肝脏组织学观察发现，第1组肝细胞排列整齐，轮廓清晰。而第2组和第3组则出现了大面积的肝细胞空泡化和核迁移现象，尤其是在第3组中更为严重。这表明随着NaHCO₃碱度胁迫浓度的增加，肝细胞的肿胀、空泡化和核移逐渐加剧。

鳃组织学观察显示，第1组的鳃丝排列完整，未见病理变化。第2组和第3组则出现了明显的充血、鳃丝弯曲和增生，尤以第3组为甚。因此，随着胁迫浓度的增加，鳃上皮的肿胀充血、鳃丝融合、层状弯曲和增生现象逐渐加重。

NaHCO₃碱度胁迫对肠道菌群的影响

在门水平上，大口黑鲈肠道菌群主要由变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、梭杆菌门（Fusobacteriota）和厚壁菌门（Firmicutes）组成。随着NaHCO₃碱度胁迫的增加，梭杆菌门的丰度先升后降，变形菌门和放线菌门的丰度先降后升，而厚壁菌门的丰度持续下降。

在属水平上，第1组最优势的属为Candidatus Bacilloplasma，第2组为鲸杆菌属（Cetobacterium），第3组则为气单胞菌属（Aeromonas）。随着胁迫增加，Candidatus Bacilloplasma的丰度持续下降，而气单胞菌属的丰度持续上升。鲸杆菌属和支原体属（Mycoplasma）的丰度先升后降，迪茨氏菌属（Dietzia）和柠檬酸杆菌属（Citrobacter）的丰度先降后升。

菌群多样性分析表明，第1组的ACE、Chao1和Shannon指数显著高于第2、3组，而Simpson指数显著低于后两组。第2组的ACE和Chao1指数也显著高于第3组。这说明NaHCO₃碱度胁迫，特别是高浓度胁迫，降低了大口黑鲈肠道菌群的丰富度和多样性。

讨论

NaHCO₃碱度胁迫对大口黑鲈抗氧化及免疫相关酶活性的影响

高碱度环境首先会引发鱼体抗氧化系统紊乱。本研究中SOD活性下降和MDA含量升高，与在其他鱼类中的研究结果一致，表明30 mmol/L NaHCO₃碱度胁迫可能削弱了大口黑鲈的抗氧化能力，破坏了氧化还原平衡。ACP和AKP是重要的溶酶体酶，参与非特异性免疫。它们活性的显著降低，尤其是在第3组，表明NaHCO₃碱度胁迫抑制了鱼体的免疫能力。推测在10-30 mmol/L NaHCO₃碱度下胁迫10天，鱼体可能遭受氧化和免疫相关损伤，尤其在30 mmol/L时最为严重。

NaHCO₃碱度胁迫对大口黑鲈肝、鳃组织学的观察

组织学观察是分析外部刺激对鱼类生理影响的可靠指标。长期暴露于高碱环境可导致活性氧积累和氧化应激，进而引发组织结构改变。肝脏是解毒和代谢的重要器官。本实验中观察到的肝细胞空泡化、肿胀和核移，与在其他鱼类中的研究结果相似，可能是由于机体在胁迫下维持高强度代谢，大量分解能量物质所致。高浓度胁迫导致的严重肝损伤，可能削弱肝脏清除有害代谢物的能力，这与前述酶活性变化相互印证。

鳃是硬骨鱼渗透压调节的重要器官。本研究中观察到的鳃上皮肿胀充血、鳃丝融合、弯曲和增生等病变，在其他鱼类的高碱度胁迫研究中也有报道。推测在胁迫初期，鳃组织发生一系列适应性防御变化；但随着胁迫浓度持续增加，可能导致鳃丝末端水肿、严重层状融合等结构改变，最终损害鳃的正常功能。

NaHCO₃碱度胁迫对大口黑鲈肠道菌群组成及多样性的影响

肠道菌群在宿主免疫反应和内环境稳定中扮演重要角色。本研究发现，胁迫导致有益菌门（如厚壁菌门）和有益菌属（如鲸杆菌属、Candidatus Bacilloplasma）丰度下降，而含有多种致病菌的变形菌门以及潜在致病菌属（如气单胞菌属）丰度上升。鲸杆菌属的减少可能影响鱼体维生素B₁₂的生成。气单胞菌属的增多则会增加鱼类的病害风险。迪茨氏菌属丰度先降后升，可能反映了其对碱度胁迫的一种适应性反应。这些菌群结构的失衡，加上ACE、Chao1和Shannon指数的降低，表明高碱度胁迫降低了大口黑鲈肠道菌群的多样性和功能稳定性，可能引致免疫功能障碍和疾病风险增加。

结论

综上所述，暴露于NaHCO₃碱度胁迫对大口黑鲈产生三大主要影响：其一，造成显著的氧化损伤和免疫抑制，体现在抗氧化酶（SOD）和免疫相关酶（ACP、AKP）活性改变以及MDA水平升高，尤其在30 mmol/L处理下；其二，导致肝脏和鳃产生浓度依赖性的组织病理损伤，包括肝细胞肿胀/空泡化和鳃丝病变；其三，引起肠道菌群组成发生显著改变，多样性降低。这些发现为评估大口黑鲈在盐碱水环境中的健康与适应提供了关键生理与病理依据。在实际盐碱水养殖中，可通过使用饲料或水体添加剂增强鱼体抗逆性、应用保肝药物维护器官功能，以及进行微生物干预以调控肠道菌群向更有利、更多样的状态发展，来缓解高碱度的不利影响。未来研究还需进一步阐明特定细菌类群在碱度胁迫下的适应作用，并深入揭示NaHCO₃暴露如何通过干扰酸碱平衡、渗透调节等核心生理通路，最终触发氧化应激、组织病理、免疫应答和肠道菌群紊乱等一系列级联反应，影响鱼类健康与生存的具体机制。