双向急性变温对南方鲇幼鱼静止耗氧率和临界游泳速度的影响

为了考查鱼类对温度变化的功能适应和生理反应特征,以不同驯化温度(10、20和30℃,驯化两周)为对照,进行双向急性变温处理(20℃→10℃和20℃→30℃),分别在不同时间(0.5、1、2、4、8和24h)对南方鲇(Silurus meridionalis Chen)幼鱼静止耗氧率(Resting oxygen consumption rate,VO2)进行测定并在处理后及时测定实验鱼的临界游泳速度(Critical swimming speed,Ucrit)。研究发现:不同驯化温度下实验鱼的Ucrit随驯化温度升高呈显著增加的变化趋势,相对临界游泳速度(Relative critical swimming speed,Ur)分别为1.83、2.87和3.37 BL/s(Body length per second)(P<0.05);双向急性变温两组的Ur分别与驯化组均无显著差异(P>0.05);Ur与温度的关系表达为:Ur=0.8114T+1.0976(n=37,R2=0.973,P<0.05)。VO2也随驯化温度升高呈显著增加的变化特征,分别为14.91、28.34和44.98 mg O2/kg·h(P<0.05)。双向急性变温对VO2的影响十分显著。急性升温组的静止耗氧率呈现先上升后下降并趋稳定的变化规律,其静止耗氧率的Q10值的峰值(3.1)出现在升温后的0.5h,是对照组的1.96倍;而急性降温组的静止耗氧率则急剧连续下降至相对稳定水平,其Q10值的峰值(4.8)出现在降温后的1.0h,是对照组的2.5倍。研究表明:在相同的变温幅度下,双向急性变温对南方鲇幼鱼均存在明显的生理胁迫;不同温度变化方向的代谢反应特征却不尽相同,急性降温对南方鲇幼鱼造成的生理胁迫可能大于急性升温;当环境温度发生骤然变化时,实验鱼的运动生理功能具有较好的温度适应能力。研究提示,迅速降温后水流刺激可能会终止鱼类的"冷休克",引起整体的代谢水平的重新调节,以满足运动的能量需求并提高生存适合度。     

温度及光照驯化对南方鲇线粒体代谢补偿调节的影响

为了检验在季节驯化中温度和光周期分别对南方鲇（Silurus meridionalis Chen）组织线粒体代谢补偿效应的调节作用,研究对实验鱼进行了4个系列的驯化处理:（1）低温等光周期12.5℃,12L:12D,体重:（186.362.77） g;（2）高温等光周期27.5℃,12L:12D,体重:（202.807.99） g;（3）短光照中等温8L:16D,20℃,体重:（284.8013.47） g;（4）长光照中等温度16L:8D,20℃,体重:（283.7015.60） g,每组均为24尾鱼。驯化8周后取样,测定了各驯化组鱼体心脏、肝脏和肾脏的器官质量（器官指数）,以及这3种器官组织线粒体在测定温度为12.5℃、20℃和27.5℃时的呼吸率和细胞色素C氧化酶（CCO）活性。结果显示,在等光周期条件下,低温驯化组（12.5℃,12L:12D）实验鱼的心脏、肝脏和肾脏的器官指数均显著高于高温驯化组（27.5℃,12L:12D）;在中等温度条件下不同光照处理的实验鱼之间器官指数无显著差异。在中等温度条件下短光照驯化组（8L:16D,20℃）鱼体的心脏、肾脏和肝脏组织线粒体呼吸率和CCO活性均显著高于长光照组（16L:8D,20℃）;而在等光周期条件下的不同温度驯化并没引起这3种组织线粒体的呼吸率和CCO活性的明显差异。综合认为:在季节驯化过程中,光周期改变是引起线粒体代谢能力的主要因素,温度变化则是调整器官组织重量的主要因素,光周期与温度对南方鲇线粒体代谢机制的调整具有协同作用。       

南方鲇不同组织间线粒体代谢的比较研究

采用人工繁殖的同批南方鲇(Silurus meridionalis Chen)幼鱼为研究对象,分别在7.5、10、12.5、17.5、22.5、27.5、32.5、35和37.5℃条件下测定其心脏、肾脏、肝脏、脑和白肌的线粒体呼吸率、细胞色素c氧化酶(CCO)的活性,以检测不同组织线粒体的含量及代谢特征的差异性。在27.5℃下,南方鲇心脏、肾脏、肝脏、脑和白肌线粒体状态3呼吸率分别为69.94、30.98、32.36、18.89和7.34 nmol O2/min.mg;CCO活性分别为676.54、327.46、294.34、153.23和65.73 nmol O2/min.mg。统计检验表明,状态3呼吸率和CCO活性均表现为:心脏显著高于其他4种组织(P<0.05),白肌则要显著低于其他4种组织(P<0.05),肾脏和肝脏之间差异不显著,但均显著高于脑(P<0.05)。试验测定了以上5种组织的柠檬酸合酶(CS)活性来表征组织中线粒体含量。在27.5℃条件下CS的活性则分别是17.93、7.20、8.42、6.12和1.35 U/mg,心脏显著高于其他4种组织(P<0.05),肝脏、肾脏和脑之间差异不显著,但都显著高于白肌(P<0.05)。在7.5℃—32.5℃范围内,南方鲇的心脏、肝脏、肾脏、脑和白肌5种组织的线粒体状态3呼吸率和CCO活性均随着温度的升高而增加,但在高温端,心脏中这两种代谢指标开始出现随温度上升而下降的趋势。在低温端(7.5℃—10℃)和高温端(35℃—37.5℃),各组织线粒体呼吸率RCR值多数小于4,在37.5℃下的心脏和7.5℃下的白肌的RCR值分别低至1.76和1.85。研究结果提示,南方鲇不同组织间线粒体含量可以由CS活性作为间接指标进行比较,而各组织间线粒体含量及其代谢能力存在较大的差异。心脏表现出高含量、高代谢能力和低的耐受高温能力;白肌为低含量、低代谢能力和低的耐受低温能力;肝脏、肾脏和脑表现为中等含量、中等活性和较高的耐受极端温度能力。     

西施舌的耗氧率与排氨率研究

采用室内实验生态学方法研究了不同栖息水温和不同溶解氧水平下处于标准代谢状态的西施舌耗氧率与排氨率,并测定了窒息点.结果表明,在25 ℃时,水中DO≥3.11±0.15 mg·L^-1时,西施舌的耗氧率和排氨率分别为0.7±0.05 mg·g^-1·h^-1和2.56±0.05 μmol·g^-1·h^-1,处于相对稳定状态;当DO低于此值则代谢出现异常,耗氧率随DO下降而下降,直到窒息为止,其窒息点为1.22±0.06 mg·L^-1,而排氨率也呈直线下降,但排氨停止滞后于耗氧停止.耗氧率与栖息水温呈二次线型关系:OCR=-0.0027T²+0.1367T-0.9557,R²=0.972;水温为25.3 ℃时,西施舌的耗氧率达到最大,为0.77 mg·g^-1·h^-1.处于适温状态(15 ℃和20 ℃)的O/N值要高于低温(10 ℃)和高温(25 ℃和30 ℃)时的O/N值,西施舌在适宜条件下更多地依赖于脂肪供能维持标准代谢,而在环境不适时则更多地调用机体的蛋白质来维持生理代谢需要.     

摄食对南方鲇耗氧和氨氮排泄的影响

采用流水式呼吸仪,在水温27.0±0.5℃条件下同时测定了南方鲇(Silurus meridionalisChen)摄食前后的耗氧率和排氨率。实验结果表明:摄食前标准耗氧率和标准排氨率分别为116.4±6.4mgO2/kg/h和6.9±1.4mgNH4 /kg/h。摄食后耗氧率和排氨率均呈现迅速上升,到达最大值后再缓慢下降,然后恢复到静止水平的变化趋势:最大值分别为358.8±11.4mgO2/kg/h和76.1±2.5mgNH4 /kg/h;最大值出现时间分别为10.8±1.4h和10.1±0.9h;摄食后耗氧率和排氨率发生改变的持续时间分别为36.0±2.3h和37.2±2.8h;耗氧总增量和排氨总增量分别为88.3±2.7mgO2和23.1±1.7mgNH4 。实验结果显示,鱼类排氨率在摄食后的变化过程与其耗氧率的特殊动力作用(SDA)具有类似的特征,表明二者在能量代谢机制上相互关联;南方鲇的SDA总耗能的79.4%由蛋白质分解代谢所提供。     

温度和流速对洛氏鱥呼吸代谢的影响

采用实验生态学的方法研究了不同温度和流速对两个年龄组洛氏鱥呼吸代谢的影响。结果表明,1龄和2龄洛氏鱥在4℃水体中基本不摄食生长十分缓慢,随着水体温度升高,鱼类摄食和生长情况出现好转。在温度4℃增高至28℃的过程中,除流速16cm/s和18cm/s条件下水温由24℃升28℃时耗氧率出现降低外,其余流速下洛氏鱥耗氧率均随着温度升高而增加,呈典型的指数增长趋势Y=aebx,R2值均高于0.90;在流速由8cm/s增至18cm/s的过程中,虽然1龄组在低于20℃和2龄组低于24℃水体中耗氧率随流速增加而增加,但1龄组在温度24、28℃和2龄组在28℃的水体中当流速增至16cm/s时耗氧率达到最大值,1龄组持续30min和2龄组持续1h后出现鱼体紧贴栏鱼网的现象。通过分析得出,洛氏鱥的呼吸代谢受到温度、水流和个体大小等因素的相互影响,个体较大的2龄洛氏鱥对水环境的适应范围明显强大于1龄鱼,流速为12—14cm/s温度为16—24℃和流速为16cm/s温度为16—20℃是1龄洛氏鱥理想养殖条件,流速12—16cm/s温度8—24℃是2龄洛氏鱥理想养殖条件。     

温度、盐度对强壮箭虫耗氧率和窒息点的影响

研究了不同温度、盐度下强壮箭虫的耗氧率和窒息点.结果表明:温度和盐度均对强壮箭虫的耗氧率和比耗氧率有显著影响.试验温度在5℃-25℃,强壮箭虫个体耗氧率(IO)和比耗氧率(SO)开始随温度的升高而升高,之后呈明显下降趋势.其回归方程分别为y=0.0058x3 -0.2956x2+4.415x-8.7816(R2=0.99,P＜0.05)和y=0.0011x3 -0.0546x2+0.8161x-1.6232(R2=0.99,P＜0.05),数值分别为6.30～11.71μg·ind-1·h-1和1.22 ～2.16μg· mg-1·h-1,窒息点为4.18～6.87 mg·L-1.盐度10 ～40条件下,IO和SO随盐度的升高逐渐下降,回归方程分别为y=-0.0068x2 -0.1412x+21.702(R2=0.89,P＜0.05)和y=-0.0013x2-0.0261x+4.0114( R2 =0.89,P＜0.05),数值分别为4.98～17.73μg ·ind-1·h-1和0.92～3.56 μg·mg-1 ·h-1,窒息点为4.02～6.24 mg·L-1.对强壮箭虫与其他水生动物的耗氧率和窒息点进行比较得出,强壮箭虫是一种狭氧性浮游动物.     

栉孔扇贝耗氧率和排氨率的研究

1999年 4～ 6月 ,采用室内实验生态学方法对栉孔扇贝的耗氧率和排氨率进行了研究 .结果表明 ,在适宜的温度范围内 ,栉孔扇贝的耗氧率和排氨率均与温度成正比 ,而与体重呈负相关关系 .在实验室温度 (8～ 2 8℃ )条件下 ,栉孔扇贝的耗氧率为 0 .48～ 9.0 9mg·g-1·h-1,排氨率为 0 .0 5～ 1 0 1mg·g-1·h-1.其中耗氧率在 2 3℃时达到最高值 ,2 8℃时开始下降 ,而排氨率则呈持续升高趋势 .栉孔扇贝的日常代谢明显高于标准代谢 ,耗氧率和排氨率平均值分别提高约 35 .8%和 75 .9% .     

温度、盐度和体长对西藏拟溞耗氧率的影响

在实验室内研究了盐度(S=5、10、15、20和25)、温度(T=3、8、14、20和22℃)和体长(L=0.83、1.25、1.49、1.87和2.42mm)对西藏拟耗氧率的影响。结果表明,在试验盐度内该的个体耗氧率(IO)和比耗氧率(SO)均随盐度(S)升高而升高,其回归方程分别为IO=0.0014S 0.0126和SO=0.115S0.5612,数值范围为0.02～0.045μg/(indh)和0.31～0.67μg/(mg·h)。个体耗氧率和比耗氧率在温度试验中有同样的趋势,回归方程分别为IO=0.0049e0.1574T和SO=0.0678e0.1605T,数值分别为0.0076～0.13μg/(ind·h)和0.10～1.71μg/(mg·h)。体长试验中个体耗氧率随体长增大而增大,而比耗氧率则降低,回归方程分别为:IO=0.0545L2.5962和SO=-0.2059L 0.7908,数值范围为0.036～0.68μg/(ind·h)和0.38～0.63μg/(mg·h)。讨论了盐度、温度和体长对西藏拟耗氧率的影响。     

饥饿过程鲇鱼幼鱼静止代谢、身体组成及与力竭性运动后过量耗氧的关系

将33尾鲇鱼(Silurus asotus)幼鱼(32.14±1.40)g在(25±1)℃条件下驯化2周后分5组(0、1、2、4、8周)进行饥饿处理;分别测定了各处理组实验鱼的静止耗氧率、力竭性运动后的过量耗氧(EPOC)并对鱼体组成进行了分析。实验结果显示:各处理组实验鱼的静止耗氧率分别为(2.21±0.15)、(1.63±0.04)、(1.64±0.13)、(1.44±0.08)、(0.98±0.09)mgO2/kg min,其中饥饿1、2、4周组之间无显著差异,却都显著低于0组、高于8周组的水平(P2peak)立即(2min)出现,随后逐渐下降至稳定耗氧水平(VO2steady),EPOC总量(Excess VO2)分别为(31.8±6.06)、(76.67±4.34)、(69.2±5.89)、(70.41±3.12)、(38.28±2.72)mgO2/kg,其中饥饿1、2、4周组均显著高于饥饿0和8周组的水平(P<0.05),出现无氧运动功能补偿的"效应期"。通过鲇鱼幼鱼静止代谢"平台期"与其功能补偿"效应期"在时间上完全吻合的现象,揭示鱼类的功能补偿效应与其静止代谢水平之间存在的密切关联。       

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism