运动训练对鲤鱼

1 前 言

游泳运动作为鱼类捕食、逃逸、繁殖、迁徙等多种行为实现的主要方式，为其生存、生长及繁衍提供了基本保证( Martinez et al., 2003；Graham et al., 2004）。鱼类游泳运动能力不仅受到先天遗传影响，还受水体环境、 营养状况、运动训练等后天因素的影响，其中运动训练在鱼类运动能力可塑性的研究中常被使用（Davison, 1980 ）。人为的改变水流速度，可以促使鱼类以特定速度逆流游泳，因此鱼类是开展运动训练研究的理想材料（ieffer, 2000; Davison et al., 1997; Bagattoet al., 2001）。关于运动训练对鱼类运动能力影响的研究已有很多，但大体可以分为两类:一类是运动训练对鱼类游泳能力的影响 ，如运动训练显著提高了虹鳟鱼和中华倒刺鲃的游泳能力（Farrell et al.,1990; Zhao et al., 2021），但并没有显著改变大西洋鳕鱼、大鳞大麻哈鱼的游泳能力（Farrell et al., 1991; Gallaugher et al., 2001）；另一方面侧重于与游泳能力相关机制的研究，如运动训练对鲤鱼、鳕鱼、多瑙河 blea 肌纤维（白、红）数目、结构、直径大小的影响(Martin et al., 2006; Bjornevi et al., 2003；Alexandra et al., 2000)，运动训练对大马哈鱼、虹鳟鱼相对心脏大小、血细胞比容，最大输出功率的影响 （Hochacha et al.,1961; Greer Waler and Emerson 1978;Farrell et al. al., 1991; Gallaugher et al., 2001）, 运动训练对鲑鱼、虹鳟鱼最大耗氧率的影响（Farrel et al.,1991; Gallaugher et al, 2001），运动训练对中华倒刺鲃、欧洲鲤鱼、大西洋鳕鱼肌肉和肝脏中代谢底物含量的影响(Zhao et al.2021 ; Vornanen etal. 2021; ohnston et al., 1980 )，运动训练对虹鳟鱼、大西洋鳕鱼肌肉中的无氧糖酵解酶、有氧线粒体代谢酶离体活性的影响(ohansen et a.,1990,1991; Perretier et al.,1993; Martinez et al., 2003)。

1.1鱼类运动训练的研究现状

鱼类运动训练的研究始于 20 世纪 60 年代，就其研究对象来说，绝大多数研究选取的是鲑鳟等冷水性鱼类，选取暖水性或温水性鱼类为对象的研究要相对较少。在温水鱼的研究中，多数研究者侧重于研究鲤科鱼类，如鲤鱼（Cyprinus carpioL.）（Martin et al., 2006），油白鱼（Chalcalburnu chalcodes mento）（Sanger and Potscher,2000），软口鱼类（Chondrosforna nasus）（Sanger, 1992）、头石脂鲤鱼（Bryconcephalus）（Oba, 2004），雅罗鱼（Leuciscu cephalus）（Lacner et al., 1988, Sanger,1997），金鱼（Carassius auratus）（Davison et al., 1978）等。同时，多数研究者选取幼鱼或成鱼作为研究对象，选取仔鱼的研究较少，Bagatto 等研究出生 4、9、21天的斑马鲐（Danio rerio）在不同流速、历时下训练后的临界耗氧率（critical PO2,Pcrit），结果发现各发育阶段的鱼经过运动训练后均更耐低氧，且发育阶段越早这种耐低氧能力越强（Bagatto et al.,2001）。

就运动训练而言，整体上可以分为有氧持续运动训练和无氧力竭运动训练（Pearson et al., 1990）。其中力竭运动是一种以实验鱼无氧代谢供能为主的高强度的游泳运动方式（Milligan et al., 1996; Paton et al., 2004），一般情况下，力竭运动后鱼类的诸多生理、生化指标达到其所能承受的最大限度，如能量耗尽,代谢废物过量积累，血液和肌体酸碱现实紊乱等，导致其不再有保持快速运动的能力（虽然在低流速度下能够勉强坚持游泳），即出现了运动力竭现实（Milligan, 1996;ieffer et al., 2001）。目前已有一些研究将无氧运动训练作为揭示鱼类无氧代谢能力的重要研究手段（Ferguson et al., 1993; ieffer et al., 1994）。持续有氧运动训练通常指在 1-3 BL•s–1的速度下进行，持续 1～12 个月，甚至更长时间，目前绝大多数研究采取这种训练方式。有些研究中还涉及到停训对实验鱼的影响（Yun Liu etal.2009）。

2 材 料 与 方 法

2.1 实验对象及其驯化

于2021年6月在重庆市合川区水产学校购买的鲤鱼（Cyprinus carpio）幼鱼，放入重庆师范大学进化生理与行为学实验室自净化控温循环水槽 (规格为1.2 m ×0.55 m × 0.55 m，实际载水量250L,专利号：200520010485.9)中驯养2周，实验期间水温控制在(25±0.5)℃。驯养期间，用充气泵不断向水体中充入空气以维持水体溶氧水平≥7mgL-1(溶氧仪HACH HQ10监测)，每天以商业沉性颗粒饲料饱足投喂2次，摄食1 h后清除残饵和粪便，日换水量约为总水体的10%，实验用水:为曝气控温后的自来水，光制：14L:10D。2.2 实验方案从驯养后的鲤鱼中选出大小相近(体重：4.59±0.54g)、身体状况良好的84尾作为实验对象。将实验鱼随机地分到设计的两组（对照、运动训练组）中，分别进行驯化处理。

运动训练组每天在训练水道中训练6h，训练速度为60%的临界游泳速度（Ucrit，由预备实验验测得），持续4w；对照组实验鱼每天放在同一水体的微流水道。训练期间，用充气泵不断向水体中充入空气，水温控制在(25±0.5)℃。实验鱼每天在训练前后各饱食投喂1次，末次游泳后不投喂。训练完一天后从两组中各取10尾鱼经丁香酚麻醉（90mg.L-1）后在低温下取肌肉、肝脏和血液，迅速用液氮冷却（血液离心后取血清），后放入-80℃低温冰箱中保存。从两组中各随机选取12尾鱼测临界游泳速度及该过程水体中的溶氧值，测完后立即取样；两组中各选取10尾鱼测量力竭运动后过量耗氧，测完后取样；各取10尾鱼进行追赶力竭运动，力竭后立即取样。测定背部白肌中乳酸、糖原和游离葡萄糖含量，肝脏中糖原和游离葡萄糖含量，单位：umol.g-1，测定血液在乳酸含量，单位:mmol.L-1。在25±0.5℃下测定红肌、背部白肌中乳酸脱氢酶（LDH）、柠檬酸合成酶（CS）和丙酮酸激酶(P)离体条件下的活性，单位：U.g-1wet weight。

3 结果 ................................24-31

3.1对临界游泳速度的影响 ................................24

3.2对鲤鱼幼鱼力竭恢复过程中代谢率的影响................................ 24-25

3.3对鲤鱼幼鱼活跃代谢率的影响................................ 25-26

3.4 运动训练对红肌、白肌中 CS 活性的影响 ................................26-27

3.5 运动训练对红肌、白肌中 LDH 活性的影响 ................................27-28

3.6 运动训练对红肌、白肌中 P 活性的影响 ................................28-29

3.7对肌肉、肝脏和血液中乳酸水平................................29-31

4 讨论 ................................31-34

4.1对游泳能力和代谢耗氧率的影响................................ 31-32

4.2对代谢底物含量和代谢酶活性的影响................................ 32-34

结论

鱼类的游泳运动是一个耗能的过程，而机体产能又受代谢底物和机体代谢能力的影响，肌糖原、肝糖原是动物能量储存的重要形似，糖酵解关键酶和线粒体代谢关键酶的活性与机体代谢能力关系密切。通常认为，柠檬酸合成酶 （CS）活性代表三羧酸循环有氧途径产生 ATP 的能力，乳酸脱氢酶（LDH）活性代表无氧糖酵解途径产生 ATP 能力（Seebacher et al.,2004 ；awall et al.,2021）。本研究中运动训练后的鲤鱼幼鱼肌糖原和肝糖原的含量显著高于对照组，这与黑鳕鱼的研究结果是一致的，黑鳕鱼（Pollachius virens）以 2.1BLs-1速度持续运动训练 3 周后，与对照组相比训练组红肌中的糖原含量增大 520%，白肌中糖原含量增大 200% (ohnston ,1980)。

肌糖原和肝糖原含量的增加有益于实验鱼在游泳运动过程中能量的供给。在一些研究中发现无氧耐受型脊椎动物的糖原储存量较高（Matti Vornanen ，2021），本研究中训练鱼糖原显著提高，说明运动训练一定程度提高了实验鱼无氧耐受能力。这个在本实验肌乳酸的变化中也有体现，力竭运动后的一个内，对照组鲤鱼幼鱼的肌乳酸下降了 8.27umol.g-1，而训练组实验鱼在同样时间里肌乳酸下降了 11.0 umol.g-1，显著高于对照组（p<0.05），这说明运动训练提高了鲤鱼幼鱼的乳酸清除速率，提高了鲤鱼幼鱼的无氧耐受能力。通常认为鱼类的有氧运动主要是由红肌来完成的，无氧运动主要由白肌来完成。

研究者常以 LDH 的活性来衡量鱼类无氧代谢能力，以 CS 的活性来衡量鱼类有氧代谢能力，以往的研究中，虹鳟鱼以 60%Ucrit流速训练 28days，每天训练18h，运动训练后，实验鱼白肌和红肌中 CS、HOAD、GDH 的活性均显著高于对照组（Farrel et al.1991）；溪红点鲑以 3 BLs-1速度下训练 21 天，其白肌中能量代谢相关酶的活性明显降低或无显著变化，红肌中糖酵解酶丙酮酸激酶的活性增大了 51％（ohnston and Moon, 1980a）。本研究中，运动训练后鲤鱼幼鱼红肌、白肌中 CS 活性，白肌中 LDH 的活性都显著高于对照组（p<0.05），而糖酵解酶丙酮酸激酶的活性没有发生显著的变化，从代谢酶的角度看，运动训练不仅提高了鲤鱼幼鱼的有氧代谢能力，同时也提高了实验鱼的无氧代谢能力。