背景介紹：大西洋鮭是一種在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有重要商業(yè)價(jià)值的魚(yú)類(lèi)。然而近年來(lái)在循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中，由于硫化氫（H?S）的急性暴露導(dǎo)致了大量的大西洋鮭死亡。硫化氫是一種由微生物產(chǎn)生的有毒氣體，主要通過(guò)抑制細(xì)胞色素c氧化酶來(lái)阻礙細(xì)胞呼吸。因此，了解大西洋鮭對(duì)硫化氫的耐受性閾值和代謝響應(yīng)對(duì)于減少此類(lèi)事件的發(fā)生至關(guān)重要。研究人員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用了三種不同大小的大西洋鮭（約100-500克），首先讓它們適應(yīng)控制條件以獲取基線(xiàn)測(cè)量值，然后逐漸增加H?S濃度（0.53±0.14μM/h），直到氧氣攝取量（MO?）降至標(biāo)準(zhǔn)代謝率（SMR）以下或失去平衡，這被認(rèn)為是臨界硫化氫濃度（H?Scrit）。隨后讓魚(yú)在無(wú)硫化氫的水中恢復(fù)，以確定硫化氫暴露后的過(guò)量氧消耗（EOC）。研究表明大西洋鮭對(duì)急性硫化氫暴露的耐受性遠(yuǎn)低于之前認(rèn)為的水平，這強(qiáng)調(diào)了水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)需要采取措施減少硫化氫的產(chǎn)生，并在發(fā)生硫化氫事件時(shí)迅速采取行動(dòng)以避免大量死亡事件的發(fā)生。此外研究還發(fā)現(xiàn)小鮭魚(yú)在硫化氫暴露后的恢復(fù)過(guò)程中需要更多的氧氣，這可能與它們的代謝率和能量?jī)?chǔ)備有關(guān)。未來(lái)的研究需要進(jìn)一步探索硫化氫代謝的機(jī)制以及不同物種對(duì)硫化氫耐受性的差異，并制定標(biāo)準(zhǔn)化的硫化氫耐受性研究協(xié)議，以便更好地比較不同物種之間的硫化氫耐受性。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

Unisense微電極被用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)水體中的硫化氫（H?S）濃度。研究中使用了兩個(gè)Unisense H?S微電極，分別安裝在主實(shí)驗(yàn)水槽（137 L）和混合槽（12 L）中。這些微電極通過(guò)連接到一個(gè)安培測(cè)量裝置，并與計(jì)算機(jī)相連，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄H?S濃度。微電極在使用前進(jìn)行了校準(zhǔn)，使用的是經(jīng)過(guò)調(diào)整至約pH=2的海水，并采用9點(diǎn)校準(zhǔn)法，校準(zhǔn)范圍為0到20.5μM H?S（R2<0.99）。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，H?S濃度每分鐘測(cè)量一次，并通過(guò)與微電極相連的計(jì)算機(jī)軟件（SensorTrace Logger）進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。通過(guò)精確控制和監(jiān)測(cè)H?S濃度，Unisense硫化氫電極的應(yīng)用減少了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能因H?S濃度過(guò)高而導(dǎo)致的魚(yú)類(lèi)死亡風(fēng)險(xiǎn)，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性和效率。同時(shí)，這種精確的監(jiān)測(cè)和控制也為研究提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，有助于更準(zhǔn)確地評(píng)估大西洋鮭對(duì)H?S的耐受性和生理反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究表明大西洋鮭對(duì)急性硫化氫暴露的耐受性遠(yuǎn)低于之前認(rèn)為的水平，這強(qiáng)調(diào)了水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)需要采取措施減少硫化氫的產(chǎn)生，并在發(fā)生硫化氫事件時(shí)迅速采取行動(dòng)以避免大量死亡事件的發(fā)生。此外，研究還發(fā)現(xiàn)小鮭魚(yú)在硫化氫暴露后的恢復(fù)過(guò)程中需要更多的氧氣，這可能與它們的代謝率和能量?jī)?chǔ)備有關(guān)。未來(lái)的研究需要進(jìn)一步探索硫化氫代謝的機(jī)制以及不同物種對(duì)硫化氫耐受性的差異，并制定標(biāo)準(zhǔn)化的硫化氫耐受性研究協(xié)議，以便更好地比較不同物種之間的硫化氫耐受性。。

圖1、實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。泵用X表示，虛線(xiàn)表示管道和流動(dòng)方向（箭頭）。氫化硫（H2S）濃度通過(guò)在主水槽（1）和混合水槽（2）中標(biāo)有傳感器的H2S傳感器連續(xù)測(cè)量。自動(dòng)反饋系統(tǒng)根據(jù)混合水槽中獲得的傳感器信息控制H2S濃度。根據(jù)測(cè)量的H2S濃度，蠕動(dòng)泵（連接到0.1 M Na2S儲(chǔ)備溶液）開(kāi)啟/關(guān)閉。

圖2、氧氣攝取量（MO2；mg O2 kg?1 h?1）在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的代表性圖表。實(shí)驗(yàn)包括三個(gè)階段：（1）適應(yīng)和MO2測(cè)量，以估算標(biāo)準(zhǔn)代謝率（SMR）；（2）暴露于逐漸增加的H2S濃度；（3）暴露后恢復(fù)。圖中示例為海水（33‰）中的84g大西洋鮭，估算的SMR為150.8 mg O2 kg?1 h?1。虛線(xiàn)表示SMR，虛線(xiàn)豎線(xiàn)表示H2S暴露的開(kāi)始和結(jié)束。

圖3、A-D.四只大西洋鮭（Salmo salar）在暴露于逐漸增加的H2S濃度（μM，空心圓）期間的氧氣攝取量（MO2；mg O2 kg?1 h?1，黑色圓點(diǎn)）。暴露在A-B)當(dāng)兩個(gè)連續(xù)的MO2值由于H2S增加而降低到低于標(biāo)準(zhǔn)代謝率時(shí)終止，C-D)和/或由于失去平衡（LOE）而在MO2下降之前終止。為H2S濃度擬合了回歸線(xiàn)（實(shí)線(xiàn)）。每個(gè)點(diǎn)表示10個(gè)測(cè)量值的平均值。方形虛線(xiàn)表示個(gè)體標(biāo)準(zhǔn)代謝率（mg O2 kg?1 h?1）。圓形虛線(xiàn)顯示了預(yù)定義代謝反應(yīng)指標(biāo)（MO2降低/LOE）與相應(yīng)H2S濃度的交點(diǎn)，即所謂的H2Scrit。觀察到兩種不同的反應(yīng)類(lèi)型，分別為MO2增加（B和C）或MO2不變。

圖4、從估算的標(biāo)準(zhǔn)代謝率中測(cè)得的最大氧氣消耗量（MO2peak）的百分比增加。這些值是在三種體型范圍的大西洋鮭（Salmo salar）急性氫化硫暴露恢復(fù)期間獲得的（小型=103.3±21.0 g，中型=275.3±26.3 g，大型=550.2±39.3 g）。

圖5、三組大西洋鮭（Salmo salar）在急性氫化硫暴露恢復(fù)期間的代謝參數(shù)。上標(biāo)字母表示三組之間的顯著差異。

結(jié)論與展望

大西洋鮭魚(yú)在海水水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)中具有重要地位，但關(guān)于硫化氫（H2S）對(duì)該物種生理學(xué)的影響知之甚少。，在循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中，由于急性硫化氫暴露，報(bào)告了大西洋鮭魚(yú)的大規(guī)模死亡事件。這凸顯了獲取更好理解其耐受閾值和代謝反應(yīng)的必要性。H2S的毒性作用發(fā)生在線(xiàn)粒體水平，硫化氫通過(guò)抑制細(xì)胞色素c氧化酶，干擾細(xì)胞呼吸。由于H2S會(huì)抑制氧氣攝?。∕O2），間歇流量呼吸法（間歇性流過(guò)呼吸測(cè)量法），這是一種常用于評(píng)估魚(yú)類(lèi)應(yīng)對(duì)各種應(yīng)激源的代謝反應(yīng)的方法，因此是一種適用于確定H2S影響大西洋鮭魚(yú)代謝的濃度閾值的合適方法。在暴露試驗(yàn)中，三個(gè)體重組（范圍約100-500克）的魚(yú)在控制條件下適應(yīng)以獲得基線(xiàn)測(cè)量，然后暴露于逐漸增加的H2S濃度（0.53±0.14μM h?1），直到MO2降至標(biāo)準(zhǔn)代謝率以下或失去平衡，研究認(rèn)為是臨界H2S濃度（H2Scrit）。魚(yú)被允許在無(wú)H2S水中恢復(fù)，以確定H2S暴露后的過(guò)量氧氣消耗（EOC）。Unisense微電極能夠?qū)崟r(shí)、精確地監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)水體中的H2S濃度，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中H2S濃度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。通過(guò)精確控制和監(jiān)測(cè)H2S濃度，Unisense微電極的應(yīng)用減少了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能因H2S濃度過(guò)高而導(dǎo)致的魚(yú)類(lèi)死亡風(fēng)險(xiǎn)，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性和效率。同時(shí)這種精確的監(jiān)測(cè)和控制也為研究提供了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，有助于更準(zhǔn)確地評(píng)估大西洋鮭對(duì)H2S的耐受性和生理反應(yīng)。結(jié)果表明，大西洋鮭魚(yú)對(duì)H2S的耐受性低于先前的估計(jì)，平均H2Scrit為1.78±0.39μM H2S，且與體型無(wú)關(guān)。在恢復(fù)期間，所有組的估計(jì)EOC都遠(yuǎn)大于積累的氧氣赤字（DO2），而小鮭魚(yú)的EOC明顯較大。盡管小鮭魚(yú)的EOC幅度更大，但不同體型的魚(yú)在恢復(fù)時(shí)間（恢復(fù)期）上沒(méi)有差異。較大的EOC表明，H2S暴露對(duì)小鮭魚(yú)恢復(fù)階段的影響更大，且暴露于H2S可能使魚(yú)在暴露后更容易受到其他應(yīng)激源的影響。