斑马鱼微视行为分析系统助力研究淡水弱酸化对鱼类产生的影响
2025-12-24 来源:本站 点击次数:101气候变化的影响无处不在，不仅体现在气温上升、海平面升高，连看似平静的淡水环境也在发生化学变化。其中，水生环境中二氧化碳含量升高会导致弱酸化现象。尽管这种酸化程度远不及工业酸雨，但它依然对水生生物构成了不容忽视的威胁。
鱼类作为水生态系统中的关键成员，其早期生命阶段——胚胎和幼鱼——尤为脆弱。它们体型小，活动能力弱，无法像成鱼一样逃离恶劣环境，且酸碱调节机制尚未发育完全。当水中CO₂浓度升高，它们血液中的CO₂水平也会随之上升（即高碳酸血症），进而对生理过程产生负面影响。
那么，这种因CO₂升高导致的弱酸化，究竟会对淡水鱼类早期生命阶段产生怎样的具体影响？为了解答这个问题，本文介绍的研究团队选择Oryzias latipes进行了一项细致的研究。
材料与方法
研究选用Oryzias latipes作为模式生物。这是一种小型淡水鱼，繁殖力强、易于实验室培养，是发育生物学和环境毒理学的常用模型。研究使用了受精后约72小时（hpf）和受精后约9天（dpf）的Oryzias latipes胚胎和幼鱼。
研究人员通过向水体通入CO₂气体，利用pH控制器设置了5个酸化梯度：
研究选用Oryzias latipes作为模式生物。这是一种小型淡水鱼，繁殖力强、易于实验室培养，是发育生物学和环境毒理学的常用模型。研究使用了受精后约72小时（hpf）和受精后约9天（dpf）的Oryzias latipes胚胎和幼鱼。
研究人员通过向水体通入CO₂气体，利用pH控制器设置了5个酸化梯度：
- 对照组：pH 7.1
- 弱酸化组1：pH 6.4
- 弱酸化组2：pH 6.1
- 弱酸化组3：pH 5.8
- 强酸化组：pH 5.7
每个处理组设3个重复，胚胎或幼鱼在对应pH水体中暴露24小时。
暴露结束后，研究人员进行了一系列精密测量：
对胚胎（仍在卵中）：
使用安装在显微镜上的相机记录胚胎10分钟。在斑马鱼微视行为分析系统（DanioScope）中对胚胎进行分析。
- 心率：在显微镜下直接观察并测量心跳；
- 卷尾活动：记录胚胎在卵内的扭动和尾部卷曲次数；
- 存活率：持续多天观察，记录孵化成功率
对幼鱼（已孵化）：
- 游泳行为：将幼鱼放入圆形观察区域，用动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)记录其10分钟的活动。分析指标包括总游泳距离、平均速度，以及在区域边缘和中心区域停留的时间和访问频率
结果
1. 心脏：最敏感的警报器
心脏是胚胎最先发育的器官，也是对酸化应激最敏感的指标之一。实验结果显示，胚胎心率随着pH值的降低而显著下降（图1）。最终，在 7.1 pH 处理组和 5.7 pH 处理组之间，心率下降了2倍。心率下降可能源于CO₂引起的细胞内酸化，影响了心肌纤维中钠、钙离子通道的正常工作，从而导致心脏收缩力减弱。
心脏是胚胎最先发育的器官，也是对酸化应激最敏感的指标之一。实验结果显示，胚胎心率随着pH值的降低而显著下降（图1）。最终，在 7.1 pH 处理组和 5.7 pH 处理组之间，心率下降了2倍。心率下降可能源于CO₂引起的细胞内酸化，影响了心肌纤维中钠、钙离子通道的正常工作，从而导致心脏收缩力减弱。
图1. Oryzias latipes胚胎在pH值为7.1、6.4、6.1、5.8以及5.7的条件下处理24小时测定的心率(bpm)
2. 生存：跨越阈值即危机
胚胎暴露于二氧化碳水平显著影响所有组的存活率，pH值越低，死亡率越高（图2）。pH值为6.4和6.1的处理组存活率分别下降了0.2倍，而pH值为5.8和5.7的处理组存活率分别下降了0.6倍和0.5倍。表明存在一个关键的“酸化阈值”，超过此阈值，胚胎的补偿机制崩溃，死亡率加速上升。
图2. 采用Cox比例风险回归分析二氧化碳处理后4天观察期内Oryzias latipes胚胎的存活概率
3. 行为：复杂难测的回应
与生理指标的规律变化不同，行为反应显得更为复杂，未呈现简单的剂量依赖关系。
3. 行为：复杂难测的回应
与生理指标的规律变化不同，行为反应显得更为复杂，未呈现简单的剂量依赖关系。
- 胚胎活动：仅在pH 6.4组中，胚胎在卵内的“爆发活动”显著增加（约为其他组的2-3倍），其他组则无变化。这可能是应激导致的短暂亢奋。
- 幼鱼行为：总移动距离和平均速度未受影响。然而，在中心区域停留时间和访问次数上出现了显著但非线性的变化。
总结
随着pH值降低，Oryzias latipes胚胎的心率出现统计学上显著的2倍下降；随着酸化程度的增加，胚胎的存活率显著下降。幼鱼的行为发生了显著改变，但这种改变并非以pH依赖的方式进行。本文介绍的研究表明，弱酸化会对生命早期的生理产生负面影响，并且行为可能会发生改变。未来，需要更多的研究观察多代暴露的影响，并探究野生种群是否已通过跨代适应来应对日益酸化的家园。小小的鱼卵，为我们敲响了关于淡水生态健康的警钟。
随着pH值降低，Oryzias latipes胚胎的心率出现统计学上显著的2倍下降；随着酸化程度的增加，胚胎的存活率显著下降。幼鱼的行为发生了显著改变，但这种改变并非以pH依赖的方式进行。本文介绍的研究表明，弱酸化会对生命早期的生理产生负面影响，并且行为可能会发生改变。未来，需要更多的研究观察多代暴露的影响，并探究野生种群是否已通过跨代适应来应对日益酸化的家园。小小的鱼卵，为我们敲响了关于淡水生态健康的警钟。
参考文献
Wallace, Grace E., Rosemary C. Minns, and Caleb T. Hasler. “Effects of acute exposure to freshwater acidification on developing Oryzias latipes.” Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology 300 (2025): 111774.
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Wallace, Grace E., Rosemary C. Minns, and Caleb T. Hasler. “Effects of acute exposure to freshwater acidification on developing Oryzias latipes.” Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology 300 (2025): 111774.
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