背景介绍：大西洋鲑是一种在水产养殖中具有重要商业价值的鱼类。然而近年来在循环水产养殖系统（RAS）中，由于硫化氢（H₂S）的急性暴露导致了大量的大西洋鲑死亡。硫化氢是一种由微生物产生的有毒气体，主要通过抑制细胞色素c氧化酶来阻碍细胞呼吸。因此，了解大西洋鲑对硫化氢的耐受性阈值和代谢响应对于减少此类事件的发生至关重要。研究人员在实验过程中使用了三种不同大小的大西洋鲑（约100-500克），首先让它们适应控制条件以获取基线测量值，然后逐渐增加H₂S浓度（0.53±0.14μM/h），直到氧气摄取量（MO₂）降至标准代谢率（SMR）以下或失去平衡，这被认为是临界硫化氢浓度（H₂Scrit）。随后让鱼在无硫化氢的水中恢复，以确定硫化氢暴露后的过量氧消耗（EOC）。研究表明大西洋鲑对急性硫化氢暴露的耐受性远低于之前认为的水平，这强调了水产养殖行业需要采取措施减少硫化氢的产生，并在发生硫化氢事件时迅速采取行动以避免大量死亡事件的发生。此外研究还发现小鲑鱼在硫化氢暴露后的恢复过程中需要更多的氧气，这可能与它们的代谢率和能量储备有关。未来的研究需要进一步探索硫化氢代谢的机制以及不同物种对硫化氢耐受性的差异，并制定标准化的硫化氢耐受性研究协议，以便更好地比较不同物种之间的硫化氢耐受性。


Unisense微电极系统的应用


Unisense微电极被用于实时监测实验水体中的硫化氢（H₂S）浓度。研究中使用了两个Unisense H₂S微电极，分别安装在主实验水槽（137 L）和混合槽（12 L）中。这些微电极通过连接到一个安培测量装置，并与计算机相连，用于实时监测和记录H₂S浓度。微电极在使用前进行了校准，使用的是经过调整至约pH=2的海水，并采用9点校准法，校准范围为0到20.5μM H₂S（R²<0.99）。在实验过程中，H₂S浓度每分钟测量一次，并通过与微电极相连的计算机软件（SensorTrace Logger）进行实时记录。通过精确控制和监测H₂S浓度，Unisense硫化氢电极的应用减少了实验过程中可能因H₂S浓度过高而导致的鱼类死亡风险，提高了实验的安全性和效率。同时，这种精确的监测和控制也为研究提供了高质量的数据，有助于更准确地评估大西洋鲑对H₂S的耐受性和生理反应。


实验结果


研究表明大西洋鲑对急性硫化氢暴露的耐受性远低于之前认为的水平，这强调了水产养殖行业需要采取措施减少硫化氢的产生，并在发生硫化氢事件时迅速采取行动以避免大量死亡事件的发生。此外，研究还发现小鲑鱼在硫化氢暴露后的恢复过程中需要更多的氧气，这可能与它们的代谢率和能量储备有关。未来的研究需要进一步探索硫化氢代谢的机制以及不同物种对硫化氢耐受性的差异，并制定标准化的硫化氢耐受性研究协议，以便更好地比较不同物种之间的硫化氢耐受性。。

图1、实验装置的示意图。泵用X表示，虚线表示管道和流动方向（箭头）。氢化硫（H2S）浓度通过在主水槽（1）和混合水槽（2）中标有传感器的H2S传感器连续测量。自动反馈系统根据混合水槽中获得的传感器信息控制H2S浓度。根据测量的H2S浓度，蠕动泵（连接到0.1 M Na2S储备溶液）开启/关闭。

图2、氧气摄取量（MO2；mg O2 kg−1 h−1）在整个实验过程中的代表性图表。实验包括三个阶段：（1）适应和MO2测量，以估算标准代谢率（SMR）；（2）暴露于逐渐增加的H2S浓度；（3）暴露后恢复。图中示例为海水（33‰）中的84g大西洋鲑，估算的SMR为150.8 mg O2 kg−1 h−1。虚线表示SMR，虚线竖线表示H2S暴露的开始和结束。

图3、A-D.四只大西洋鲑（Salmo salar）在暴露于逐渐增加的H2S浓度（μM，空心圆）期间的氧气摄取量（MO2；mg O2 kg−1 h−1，黑色圆点）。暴露在A-B)当两个连续的MO2值由于H2S增加而降低到低于标准代谢率时终止，C-D)和/或由于失去平衡（LOE）而在MO2下降之前终止。为H2S浓度拟合了回归线（实线）。每个点表示10个测量值的平均值。方形虚线表示个体标准代谢率（mg O2 kg−1 h−1）。圆形虚线显示了预定义代谢反应指标（MO2降低/LOE）与相应H2S浓度的交点，即所谓的H2Scrit。观察到两种不同的反应类型，分别为MO2增加（B和C）或MO2不变。

图4、从估算的标准代谢率中测得的最大氧气消耗量（MO2peak）的百分比增加。这些值是在三种体型范围的大西洋鲑（Salmo salar）急性氢化硫暴露恢复期间获得的（小型=103.3±21.0 g，中型=275.3±26.3 g，大型=550.2±39.3 g）。

图5、三组大西洋鲑（Salmo salar）在急性氢化硫暴露恢复期间的代谢参数。上标字母表示三组之间的显著差异。


结论与展望


大西洋鲑鱼在海水水产养殖生产系统中具有重要地位，但关于硫化氢（H2S）对该物种生理学的影响知之甚少。，在循环水产养殖系统（RAS）中，由于急性硫化氢暴露，报告了大西洋鲑鱼的大规模死亡事件。这凸显了获取更好理解其耐受阈值和代谢反应的必要性。H2S的毒性作用发生在线粒体水平，硫化氢通过抑制细胞色素c氧化酶，干扰细胞呼吸。由于H2S会抑制氧气摄取（MO2），间歇流量呼吸法（间歇性流过呼吸测量法），这是一种常用于评估鱼类应对各种应激源的代谢反应的方法，因此是一种适用于确定H2S影响大西洋鲑鱼代谢的浓度阈值的合适方法。在暴露试验中，三个体重组（范围约100-500克）的鱼在控制条件下适应以获得基线测量，然后暴露于逐渐增加的H2S浓度（0.53±0.14μM h−1），直到MO2降至标准代谢率以下或失去平衡，研究认为是临界H2S浓度（H2Scrit）。鱼被允许在无H2S水中恢复，以确定H2S暴露后的过量氧气消耗（EOC）。Unisense微电极能够实时、精确地监测实验水体中的H2S浓度，确保实验过程中H2S浓度的准确性和稳定性。通过精确控制和监测H2S浓度，Unisense微电极的应用减少了实验过程中可能因H2S浓度过高而导致的鱼类死亡风险，提高了实验的安全性和效率。同时这种精确的监测和控制也为研究提供了高质量的数据，有助于更准确地评估大西洋鲑对H2S的耐受性和生理反应。结果表明，大西洋鲑鱼对H2S的耐受性低于先前的估计，平均H2Scrit为1.78±0.39μM H2S，且与体型无关。在恢复期间，所有组的估计EOC都远大于积累的氧气赤字（DO2），而小鲑鱼的EOC明显较大。尽管小鲑鱼的EOC幅度更大，但不同体型的鱼在恢复时间（恢复期）上没有差异。较大的EOC表明，H2S暴露对小鲑鱼恢复阶段的影响更大，且暴露于H2S可能使鱼在暴露后更容易受到其他应激源的影响。