氨诱导鱼类的毒性生理反应

引言

稳定健康的水生环境是水产养殖成功的必要条件。

在水产养殖的水质参数中，氨是仅次于溶解氧的首要关注因素。

由于鱼类的中枢神经系统比高等脊椎动物更简陋，所以鱼类比哺乳动物更能耐受氨。

水性介质具有很好的平衡能力，而鱼类直接接触水的鳃是一个有利的排泄途径，这使硬骨鱼能排泄氨氮废物，相比尿素更具有能量优势。

然而，为了鱼类的健康，氨应该保持在较低的水平。

而养殖系统中氨的主要来源是饲料、排泄物、有机物分解产生的沉积物，固氮作用和大气中的沉积物也是氨的重要来源。

在水生系统中减少氨的两种主要途径是转化和吸收，这包括藻类的吸收和硝化作用，这两者被认为是氨的汇集处。

氨在水中以两种形式存在:带正电荷的NH4+和不带任何电荷的NH3，这两种形式合称为总氨氮tan。

养殖系统中氨的存在会影响鱼的健康，即使是少量的氨，也会损伤鳃和其他组织。

长期暴露于氨的鱼易患疾病，会导致鱼的发育迟缓，对日常处理的耐力降低。同时，较高的氨会导致鱼类直接死亡。

在这项研究中，Ip等人7讨论了呼吸空气的鱼类应对氨毒性的各种适应性。

Ip和Chew8进一步回顾了鱼类氨的产生、排泄和代谢适应。

氨毒性

氨的急性毒性作用会影响中枢神经系统，因为它会引起“急性氨中毒”，导致抽搐和死亡。

急性毒性会阻碍钠的流入，鱼表现出痉挛的白色肌肉，导致死亡。

这可能是由于在神经传递中，NH++4+取代了K，这极大地改变了动作电位的恢复或影响了突触中的谷氨酸代谢。

环境氨浓度升高可能会降低鳟鱼体内钠的流入。

这可以归因于NH+++3.11的细胞内碱化导致质子排泄减少。随着Na摄取受阻，NH+4+外升高推动Na/H交换器(NHE)上Na位点。

长期或长期暴露在高水平环境中会导致鱼类生长迟缓、代谢过程中断、更容易生病、鳃损伤和鱼类出现各种生理变化。

鱼类对氨的耐受性也因物种和栖息地水平而异。

氨的毒性归因于其统一形式，NH3由于其脂溶性可以迅速横向扩散到鳃膜上，而不像带电元素迅速通过鳃层的疏水微孔。

在低pH条件下，NH4+也具有显著的毒性。氨水是一种非蓄积性毒物，一旦鱼在短时间暴露于氨水中存活，鱼可能会在潜在有害水平的氨中忍受更长的时间。

关于氨对鱼类有害影响的一些出版物是已知的，特别是对淡水鱼，毒性数据比海洋物种更容易获得。

Hasan和macintosh报道鲤鱼鱼苗对游离氨(UIA)表现出相对广泛的耐受性。

NH3-N的48、96和168 h lc50分别为1.87、1.84和1.78 mg/L。

Wang等报道了三种淡水鱼的UIA的96 h LC50值分别为0.35、0.33、0.73 mg/L。

大麻风、黄茎、大黄茎的最大可接受浓度范围为0.17 ~ 0.26 mg/L一般情况下，0.068 ~ 2.0 mg/L NH3-N为淡水物种氨毒性范围(96 h LC50)。

Miller et al.报道了1.77 mg/L的NH3-N对淡淡水鱼类的急性毒性水平。

Benli和Koksal报道，nilochromis的NH3-N对幼虫的LC50值为1.009±0.02 mg/L，对鱼种的LC50值为7.40±0.1 mg/L。

对纹心虫的急性氨中毒水平为0.54 mg/L NH3-N据Weirich和Riche10报道，卡罗林沙鸡对高浓度NH3几乎敏感，NH3- n 24、48和96 h的LC50值分别为1.05 ~ 1.12、1.00 ~ 1.08和0.95 ~ 1.01 mg/L。

Rodrigues et al.研究了氨对加拿大石刺鱼幼鱼的急性毒性和亚致死效应，并报道了鱼在0.62 mg/L NH3-N和96 h lc50为1.13 mg/L NH3-N时停止摄食。

Franklin和Edward9报道了海鲈鱼(1.7 mg/L UIA)、海鲷(2.5 mg/L UIA)和大菱鲆(2.6 mg/L UIA)等海鱼的96 h LC50值。

Pedrotti等人报道，在急性暴露于浓度高于4.27 mg/L NH3(相当于54.99 mg/L TAN)的氨72小时后，普通梭子鱼幼鱼(梭子鱼目:梭子鱼科)的死亡率为100%。

神经上皮细胞(NECs)，特别是那些位于鳃弓I和II，可能是参与通气调节的氨化学受体。

尽管氨进入NECs的过程尚不清楚，但有人提出，特定的氨传导通道(即恒河糖蛋白)在促进氨从细胞外液的快速进入中起着重要作用。

部分淡水鱼和海鱼的LC 50值见表1。

Boudreaux et al.也列出了一些鱼类UIA的96 h LC 50值。

由于不同鱼种的LC 50值因鱼种、年龄等生物因素的不同而不同，因此很难进行比较。

然而，我们试图呈现不同鱼类对氨毒性的敏感性。呼吸鱼对高NH3水平表现出更好的高耐受性，因为呼吸过程使它们能够消除NH3气体。

根据现有文献，如果不包括呼吸鱼类，最耐氨的淡水鱼是钝口鲷，最不耐氨的淡水鱼是虹鳟(Salmo gairdneri) (96 h LC50 UIA 0.152 mg/L)。

在呼吸鱼类中，鳄黄(Atractosteus spatula)对氨的耐受性最高(96 h LC50 UIA 4.3 mg/L)鲤鱼(Cyprinus carpio) (96 h LC50 UIA 1.74 mg/L)的耐受性最高，大头鲤(96 h LC50 UIA 0.33 mg/L)的耐受性最低。

牙鲆(Centropomus undecimalis)对氨毒性的耐药率最高(96 h lc50 UIA，孵化后47 d > 6.47 mg/L)，而牙鲆(parichthys olivaceus)的耐药率最低(96 h lc50 UIA 0.50 mg/L)。

根据现有资料，在所有鱼类中，粉红色鲑鱼(Oncorhynchus gorbuscha) (96 h LC 50 UIA 0.08 ~ 0.1 mg/L)的氨耐受性最低。

根据美国环保局的数据报告，32种淡水物种的平均急性毒性值为2.79 mg/L NH3，而17种海水物种的平均急性毒性值为1.86 mg/L NH3。

这总体上表明海水物种对氨毒性的敏感性略高于淡水物种。

这两种环境中物种之间的差异远远大于与盐度有关的差异但研究表明，升高的盐度降低了环境氨浓度的比例，从而最大限度地减少了毒性效应，例如在海水中比在淡水环境中驯化的Mugil platanus更有抵抗力。

表1。不同鱼类氨致死浓度中位数(以96 h LC50表示)

氨的运输、代谢和排泄

鱼类有不同的策略来调节氨毒性。

肌内氨基酸的转氨、谷氨酸的脱氨或腺苷酸的脱氨都是内源性氨产生的途径。

鱼体内的谷氨酰胺可以解毒氨。

Levi等人观察到金鱼的脑谷氨酰胺与环境氨呈线性相关。

谷氨酰胺是由谷氨酸和NH4+在谷氨酰胺合成酶的作用下合成的。

其中一个好处是谷氨酰胺可以储存在组织中并进一步利用，但2摩尔的ATP被消耗为1摩尔的氨解毒氨可以通过线粒体谷氨酰胺合成酶解毒为质子中性的谷氨酰胺。

线粒体内合成的谷氨酰胺在氨甲酰磷酸合成酶III (CPS III)的催化下转化为氨甲酰磷酸(CP)，再由鸟氨酸转氨基甲酰基酶(OTC)催化转化为瓜氨酸。

瓜氨酸可以穿过线粒体内膜而不影响H梯度，因为它是质子中性的。

另一种方法是鸟氨酸尿素循环。有些鱼把氨转化成尿素，毒性较小。蛛丝枝将氨解毒为尿素，并利用它们维持渗透压但是从氨中生成尿素，需要额外的能量，

也就是说，生成1mol氨需要4mol ATP。

然而，这种转化在大多数鱼类中是被抑制的。

鸟氨酸循环与海蟾蜍有关;Opsanus β产生尿素，并以脉动的方式排泄到环境中。

蛋白质水解和氨基酸分解代谢的减少可降低氨毒性。

大多数氮排泄(90%)被认为发生在鳃间，以未电离的氨为最常见的类型。

虽然这对许多淡水硬骨鱼来说是正确的，但对海洋或两栖鱼类来说却不是这样。

海洋鱼类通过皮肤、肠道和/或肾脏排出更多的氮，而只有50%-70%的氮通过鳃排出。

在大多数氨水鱼类中，大部分氨以NH3的形式通过鳃上皮排出，沿着有利的血-水扩散梯度排出。

淡水鱼排泄的NH3可通过H分泌或CO+2排泄而滞留在鳃尖表面的未搅拌水层中在转运蛋白的帮助下，扩散发生在鳃上皮的磷脂双层上。

H的分泌是由顶泡型H- atp酶介导的，并且在淡水鱼鳃中似乎没有通过NHE进行Na/H (NH++4+)交换尽管NHE的存在促进了Na的吸收，

但由于NH+3和NH4+扩散梯度的存在，海洋鱼类很少或根本没有氨的排泄。

与淡水鱼不同，海鱼的特点是富含线粒体的细胞之间存在紧密的连接，这增加了Na分泌的阳离子渗透性。

因此，在海洋鱼类中，大量的氨可以通过细胞旁途径通过NH+4+扩散排出。

一般来说，氨通过扩散从鳃中流出，以NH3和NH4+的形式存在。

钠和NH4+在淡水和海水硬骨鱼体内发生基底侧交换。

这种交换是淡水鱼从缺乏离子的环境中提取钠的一种机制。

天气泥鳅(Misgumusanguilli caudatus)的氨可以通过挥发释放到空气中。

质子的主动排泄会在鳃上皮附近形成酸性区域，这有助于氨的排泄。

鲨鱼和鳐鱼表现出一种将NH3解毒为尿素的机制。

甚至一些硬骨鱼也表现出类似的机制。

眼周鱼类有效地将氨吸出体外，这是解决鱼类氨中毒的另一种策略。

鳃上皮中存在的线粒体富氯细胞有助于弹涂鱼NH3离子的排泄。

基底外侧的钠离子/钾离子atp酶(NKA)或钠离子/钾离子/2Cl共转运体(NKCC)有助于将离子带入细胞。

根尖层含有一个质子atp酶和一个钠离子/氢离子交换(NHE)转运蛋白，就像一个囊性纤维化跨膜控制器(CFTR)样的阴离子通道。

细胞还含有大量与顶层有关的碳酸酐酶(CA)。

铵粒子可以通过NHE离开细胞，以换取钠。

碳酸酐酶(CA)为质子虹吸和NH3质子化提供质子。

形成的碳酸氢盐可以通过阴离子通道离开电池，代表氨的pH中性放电。

氨的主动排泄在虹鳟鱼和弹涂鱼等鱼类中很普遍。

恒河糖蛋白在嗜氨鱼类的氨通道中起重要作用。

恒河糖蛋白(Rhbg, Rhcg)与Na/ k - atp酶(NKA)、Na/H交换器2 (NHE2)、Na/H交换器3 (NHE3)和质子- atp酶(H- atp酶)共同参与淡水鱼鳃氨排泄。

恒河糖蛋白(Rhbg、Rhcg1和Rhcg2)与Na/K- atp酶(NKA)、Na:K:2Cl+++++++++++ -共转运体(NKCC)和Na/H交换剂2 (NHE2)共同参与了海鱼鳃氨排泄。

研究发现，一种Na/H交换器通过Rhesus家族C糖蛋白1 (Rhcg1)的表达，有助于海水作用下testudineus氯化细胞的顶膜排泄NH3。

最近，Shang等人通过比较转录组分析报道了一种呼吸空气的鱼类，大型泥鳅(Paramisgurnus dabryanus)的氨解毒的分子机制。

在空气暴露的48小时内，鱼通过调节鳃中氨转运蛋白如恒河糖蛋白和水通道蛋白的表达来应对高内源性氨胁迫。

在空气暴露48 h和氨暴露(30 mmol/L NH4Cl)后，鱼通过增强肝脏氨基酸代谢途径来应对内源和外源氨胁迫。

Li et al.认为黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)的氨解毒过程涉及尿素循环和谷氨酰胺合成。

黄颡鱼急性氨中毒时，由于精氨酸琥珀酸合成酶(ASS)的抑制，导致尿素循环效率低下，导致其氨解毒依赖于谷氨酰胺的合成。

结论

养殖系统中氨浓度过高会引起鱼类的各种生理补偿机制，长期下去，会影响水产养殖生产系统的生长和生产。

此外，其长期暴露导致免疫抑制和对疾病的易感性。一些环境和管理因素也会影响鱼类的毒性程度。

因此，了解这些因素及其相互作用对成功的水产养殖实践非常重要。

与淡水鱼相比，由于模拟海洋栖息地的实际困难，对海洋鱼类的氨毒性研究较少。

即使在淡水鱼中，关于长期氨暴露影响的研究也很少。

关于氨毒性对鱼类免疫反应的影响，特别是对补体系统的影响的研究也很少。

氨对疾病易感性和繁殖的影响即使在许多重要的商业物种中也没有得到适当的评估。

目前处理氨水平升高的大多数管理措施都涉及在水中使用不同的化学品，这些化学品的可持续性需要根据动物福利和环境来评价。