前沿與應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目申請書正文(一般)

1、(正文部分)四、項目的立項依據(jù) （項目研究的重要性、必要性，目前研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢）由于地域差異、氣候變化及人為干擾，自然界水體環(huán)境具有很大的時空異質(zhì)性，不僅體現(xiàn)在水體理化因子，還呈現(xiàn)于環(huán)境資源方面。水體環(huán)境的變化必然影響水生動物（包括魚類）的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和行為特征，乃至水生動物的生活史對策和適合度。魚類作為重要的水生脊椎動物，在長期進化過程形成了不同的生理機制，并以相應(yīng)的生態(tài)對策適應(yīng)特定的生存環(huán)境（Mandic et al., 2009）。魚類生理生態(tài)學(xué)和比較生理學(xué)的研究層面廣泛，包括分子、細胞、生化、個體、種群和群落水平。近年來，研究人員也進行與魚類適合度相關(guān)的生理功能和能量代謝的研

2、究。值得注意的是：多數(shù)研究聚焦于比較同一生境的種間差異或環(huán)境因子梯度間的差異，并且以評價指標的平均值作為這些差異的生物學(xué)統(tǒng)計基礎(chǔ)，以期尋找某些自然規(guī)律或揭示表面現(xiàn)象的內(nèi)在機制。然而，該類研究卻忽視了魚類種內(nèi)客觀存在的自然現(xiàn)象，即魚類種內(nèi)的個體差異（Biro & Stamps, 2010）。穩(wěn)定個體差異（Consistent Individual Difference, CID）普遍存在于自然界中，它是指動物表型（如生理、行為）的個體差異并且這種差異在一段時間內(nèi)相對穩(wěn)定（可重復(fù)測量）（Biro & Stamps, 2010）。早期研究主要以小型哺乳類、兩棲爬行類和鳥類作為研究對象

3、（Burton et al., 2011）。最近，有關(guān)魚類的個體差異及其與生理功能、社群行為的關(guān)聯(lián)研究逐漸成為魚類行為生態(tài)學(xué)的研究熱點，并且多以魚類靜止代謝率的個體差異作為研究起點（Dingemanse et al., 2010; Marras et al., 2010; Burton et al., 2011; Marras et al., 2011），這是因為魚類靜止代謝是是其生活史重要的能量代謝參數(shù)之一，影響機體其它生理功能（如生長、運動、繁殖）的能量分配（Burton et al., 2011），同時動物個體所有的生理過程均涉及能量代謝（Biro & Stamps, 2010）

4、。機體的穩(wěn)定個體差異可能影響其行為特征，進而限制魚類對生態(tài)和環(huán)境變異的反應(yīng)能力（Biro & Stamps, 2010）。動物的行為特征也具有穩(wěn)定個體差異現(xiàn)象，被稱作“動物個性”（Animal personality）（Careau et al., 2008）。有關(guān)種群的個體差異很少在個體間形態(tài)上進行比較，因為同一物種的不同個體在外觀形態(tài)十分相似。除外觀形態(tài)以外，研究人員主要從種群個體的生理功能和行為特征上進行分析。有關(guān)生理功能的指標包括能量代謝（如靜止代謝率和最大代謝率），能源物質(zhì)含量（如糖原、葡萄糖、脂肪），與捕食、逃逸有關(guān)的游泳能力和激素水平（如皮質(zhì)醇和兒茶酚胺）等（Gilmou

5、r et al., 2005; Fu et al., 2009）。對于魚類社群行為方面，研究人員也提出并篩選了一系列與個體適合度緊密相關(guān)的行為特征指標，如：好斗性（Aggression）、探索性（Exploration）、活躍性（Activity）、勇敢度（Boldness）、群集性（Sociability）等（Biro and Stamps, 2010; Lacasse & Aubin-Horth, 2012）。我國魚類行為學(xué)研究起步較晚，主要集中于養(yǎng)殖、捕撈、水流特征等相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域（黃曉榮&莊平，2002；馮春雷等，2009），而有關(guān)魚類種內(nèi)個體差異的研究十分匱乏（陳永鵬

6、等，2010）。有關(guān)魚類個體差異的研究已有報道，集中于生理功能、社群行為及二者的穩(wěn)定性等方面。研究報道，北極嘉魚（Salvelinus alpinus）的RMR的穩(wěn)定期多達6個月（Cutts et al., 2001），大西洋鮭（Salmo salar）和棕鱒（Salmo trutta）分別具有102天和35天的RMR穩(wěn)定期（McCarthy, 2000；Norin and Malte, 2011），并且隨個體發(fā)育大西洋鮭RMR的變異程度從120%增加到440%（McCarthy, 2000）。像RMR一樣，大西洋鱈（Gadus morhua）有氧運動能力和無氧運動能力在3個月內(nèi)保持相對穩(wěn)定（

7、Reidy et al., 2000）。此外，日常代謝能量消耗會影響鱸魚（Dicentrarchus labrax）的好斗性及勇敢度，且這種關(guān)系隨水體溶氧水平的變化而改變（Killen et al., 2011b）；大西洋鮭魚（Salmo salar）的靜止代謝率的穩(wěn)定個體差異的程度與種群密度呈正相關(guān)（Reid et al., 2011）；金鮻（Liza aurata）不同個體的代謝范圍（Metabolic scope）變異明顯，并且代謝范圍的大小決定其集群中的空間分布（Killen et al., 2011c）。在有限資源的環(huán)境中，動物種群在生存和繁殖后代的過程中，需要食物、棲息地、配偶等資

8、源，當種內(nèi)個體對有限的相同資源具有相同的需求時，這常導(dǎo)致種內(nèi)個體間產(chǎn)生激烈的競爭。通過競爭（包括攻擊行為），社群中某些個體成為優(yōu)勢者（Dominator），其它個體則成為從屬者（Subordinate），使不穩(wěn)定的社群趨于相對穩(wěn)定，從而形成了社群等級（Social hierarchy），它是指動物社群中各個個體的地位具有一定順序的等級現(xiàn)象（Desjardins et al., 2012）。社群等級的相關(guān)研究是以種內(nèi)的個體差異作為前提。在競爭激烈的環(huán)境中，穩(wěn)定的社群等級不論對優(yōu)勢者和從屬者都可能帶來一定的利益，這是因為相對于不穩(wěn)定的社群，穩(wěn)定社群中的激烈爭斗的發(fā)生概率更小，從而潛在減少了整個社群

9、的不必要的資源損失（如能量消耗）（Krebs & Davies, 1997）。社群中的個體競爭常導(dǎo)致該環(huán)境有限資源在分配利用上產(chǎn)生明顯的不均一性，優(yōu)勢者常獲得更大比例的環(huán)境資源。因此，短期內(nèi)優(yōu)勢者可能更易獲得食物、隱避所、攝食空間、配偶等有限資源，表現(xiàn)出更強的競爭力；長期來看，獲得資源的優(yōu)勢者可能具有更快的生長率、更高的存活值以及更高的繁殖成功率（Harwood et al., 2003）。研究發(fā)現(xiàn)，社群地位高的雌馬鹿（Cervus elaphus）較低地位個體具有更多的存活后代數(shù)量（Clutton-Brock et al., 1986）；大馬哈魚中的優(yōu)勢者通過獲得更多食物而長得更快（

10、Johnsson et al., 1990）；同時，那些成為順從者體內(nèi)的皮質(zhì)醇和兒茶酚胺水平也明顯高于優(yōu)勢者，這種激素水平的升高可能導(dǎo)致順從者體內(nèi)能量消耗的加?。―e Boeck et al., 2001）。目前，國內(nèi)關(guān)于動物社群等級的相關(guān)研究僅集中于小型哺乳類動物，如布氏田鼠（Lasiopodomys brandtii）（宛新榮等，2007），普氏野馬（Equus przewalskii）（張峰等，2009），而魚類的相關(guān)研究僅見于錦鯽（Carassius auratus）（陳永鵬等，2010）。覓食是動物的基本生命活動之一，包括食物搜尋、進食過程和消化過程，自然選擇總是傾向于動物在覓食活動

11、中盡可能地增加能量凈收益，才能使得動物的生存、生長和繁衍成功的概率增加。動物的代謝功率的調(diào)節(jié)與其在覓食活動中的被捕食風(fēng)險程度有關(guān)（Careau et al., 2008; Huntingford et al., 2010），這是因為在覓食活動中個體的活躍程度明顯上升，餌料搜索水體變大，由與捕食者相遇概率的增加而導(dǎo)致被捕食風(fēng)險加?。⊿undt-Hansen et al., 2009; Watson et al., 2007）；同時，覓食活動也相應(yīng)導(dǎo)致個體能量代謝功率的上升，使得個體自身的代謝空間下降，在覓食活動中對其它類型風(fēng)險（如低氧、急性變溫、污染水域等）的應(yīng)變能力也會可能因社群等級地位的不同

12、而產(chǎn)生差異。有研究人員認為：行為特征的穩(wěn)定個體差異可能是導(dǎo)致魚類靜止代謝率的穩(wěn)定個體差異（Killen et al., 2011a）；部分個體在覓食活動中更為勇敢或勇于探索，而另外的則相對害羞或膽?。˙rown et al., 2007; Reale et al., 2007）；那些相對勇敢的個體通常是較為活躍的且在覓食過程中也消耗更多的能量，對攝入的有限能量的分配效率產(chǎn)生影響（Careau et al., 2008）。在自然界中，由于環(huán)境變遷、季節(jié)更替和食物資源時空分布的不均一性，魚類常在其生活史面臨食物資源的短缺而受到饑餓脅迫（謝小軍等，1998；McCue, 2010）。面對饑餓脅迫，魚

13、類的能量狀態(tài)和生理過程等內(nèi)部環(huán)境將發(fā)生較大的變動。由于高RMR的個體具有較高的能量“空轉(zhuǎn)”成本，在食物資源減少后，這些高RMR的個體可能為滿足自身較高的能量需求而變得更加活躍，進而在覓食活動中表現(xiàn)出更為勇敢和更愿意承擔(dān)風(fēng)險。因此，在內(nèi)外環(huán)境共同改變后，魚類種內(nèi)的不同個體的能量代謝和風(fēng)險承擔(dān)行為（如覓食）也可能隨之發(fā)生改變（加劇或減輕），并且這種風(fēng)險承擔(dān)行為的改變可能更易發(fā)生于不經(jīng)常攝食的肉食性魚類。然而，魚類該方面的研究資料十分稀少，能查閱到的僅有鱸魚的研究報道（Killen et al., 2011a）。申請者實驗室最近以我國鯉科魚類為研究對象，開展了魚類社群等級地位、覓食方式、自發(fā)活動和逃

14、逸行為等研究（Fu et al., 2009；陳永鵬等，2010；王芳等，2010；賀小科等，2011）。本實驗室發(fā)現(xiàn)饑餓處理的南方鲇（Silurus meridionalis）靜止代謝的下降水平出現(xiàn)明顯個體差異（Fu et al., 2005）；申請者的最近研究發(fā)現(xiàn)體重相近南方鲇的靜止代謝率的個體差異顯著（Zeng et al., 2012），該種魚的有氧運動能力和無氧運動能力的個體差異分別達100%和50%（曾令清等，待發(fā)表）。此外，實驗室最新的研究發(fā)現(xiàn)，高RMR的南方鲇在常氧條件攝食代謝時間短于低RMR個體，低氧條件下二者情況則相反（陳波見等，已投稿）；高RMR的鯽魚在飽足條件下生長率明

15、顯高于那些低RMR個體，然而，在食物資源差（低攝食水平）環(huán)境中，低RMR個體的生長反而更好（張安杰等，待發(fā)表）。我們的近期研究表明，魚類種內(nèi)個體不僅在能量代謝、游泳性能、生長性能存在明顯差異，而且不同環(huán)境資源梯度可能對其中三者的內(nèi)在聯(lián)系也產(chǎn)生了顯著的影響。理論上推測，高RMR個體是為滿足機體內(nèi)高的能量消耗需求和其在社群內(nèi)高等級地位的維持成本，高RMR的個體應(yīng)該具有某些突出的生理功能（如游泳能力、攝食能力、食物轉(zhuǎn)化能力）來獲得更多的環(huán)境資源（如食物），同時在社群行為（如好斗性、勇敢度、活躍性）的表現(xiàn)更為突出，從而使自身個體的存活值更高，生長率更快，研究者稱為能力模式（Performance mo

16、del）（Careau et al., 2008），目前僅在部分鮭鱒魚類的研究得到驗證。值得注意的是：該能力模式的實現(xiàn)前提是魚類生存環(huán)境的資源豐富并且環(huán)境因子均最佳化。然而，自然選擇并非傾向于動物種群中那些高RMR個體，種群RMR的進化結(jié)果與現(xiàn)有研究結(jié)果并不完全相符合，在自然界中動物種群內(nèi)的RMR的差異（1-3倍）依然明顯（Biro & Stamps, 2010），顯然，低RMR個體受到自然選擇后同樣具有與高RMR個體類似的適合度?；谏鲜鲅芯勘尘昂蜕暾堈邔嶒炇业慕诠ぷ?，我們提出“魚類生理功能與社群行為關(guān)聯(lián)的時空變動假說”：在一定環(huán)境資源（如食物充足、較高溫度、溶氧充足、被捕食壓力小

17、等）條件下，那些高RMR個體通?？梢杂行Й@得食物并進行快速消化吸收而顯得存活值、生長率和繁殖后代的成功率均更高，在該環(huán)境條件下這些高RMR個體具有較高的適合度；而在另外環(huán)境資源（如食物匱乏、偏離最適溫區(qū)、低氧、被捕食壓力大等）條件下，低RMR個體可能具有較高的適合度，這可能是因為高RMR個體具有較大的能量“空轉(zhuǎn)成本”，在能量代謝生化途徑的環(huán)境要求更高。動物種內(nèi)的個體可能具有適合度的環(huán)境資源依賴性，這很可能是自然種群面對環(huán)境不確定性的一種重要生態(tài)適應(yīng)機制。目前，我國水利設(shè)置已嚴重改變了長江、烏江、嘉陵江等水系的自然原貌，形成了不同的渠化江段，阻礙了魚類的自然流通，破壞了當?shù)氐乃鷳B(tài)環(huán)境；此外，一

18、些水利設(shè)置減脫水段的水生態(tài)環(huán)境發(fā)生了明顯的改變（曹文宣，2000）。三峽工程規(guī)模宏偉、舉世矚目，庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題也因此倍受國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。本申報項目將以三峽庫區(qū)常見魚類作為研究對象，考查魚類不同社群等級個體的生理功能、社群行為和生長性能，探討生理功能與行為特征的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，同時結(jié)合野外實驗數(shù)據(jù)，以揭示自然種群靜止代謝的變異特征（程度和方向）與環(huán)境資源梯度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，最后驗證“魚類生理功能與社群行為關(guān)聯(lián)的時空變動假說”。本申報項目如能獲得資助，這不僅有助于實驗室前期工作的整體開展，還有望在國際相關(guān)研究領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)有理論內(nèi)容（能力模式）進行完善。另外，我國長江魚類資源的優(yōu)勢和申報者實驗室現(xiàn)有的工作基

19、礎(chǔ)和儀器設(shè)備也將使本研究計劃可以得到有效實施。本申報項目是把魚類生理、行為和生態(tài)有機結(jié)合起來的系統(tǒng)研究，在深入探討魚類的生理功能、社群行為及其與生存生長適合度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和生態(tài)學(xué)理論中預(yù)測這種人為帶來自然環(huán)境變化對魚類種群可能產(chǎn)生的影響，具有重要理論和實際意義；同時，本研究也將為我們魚類資源保護和合理開發(fā)利用也提供可靠的數(shù)據(jù)資料。主要參考文獻曹文宣。2000。長江上游特有魚類自然保護區(qū)的建設(shè)及相關(guān)問題的思考。長江流域資源與環(huán)境。131-132。陳永鵬，曹振東，付世建。2010。錦鯽幼魚的社群等級地位及其與標準代謝率、血糖和臨界游泳能力的關(guān)系。生態(tài)學(xué)報。30：1940-1945。王芳，曹振東，陳波

20、見，付世建。2010。中華倒刺鲃幼魚的快速啟動與逃逸行為。生態(tài)學(xué)雜志。29：2181-2186。賀小科，曹振東，付世建。2011。鯉幼魚快速啟動游泳能力及電刺激參數(shù)的影響。生態(tài)學(xué)雜志。30：2523-2527。Biro P, Stamps JA. 2010. Do consistent individual differences in metabolic rate promote consistent individual differences in behaviour? Trends in Ecology and Evolution. 25: 653-659. Brown C, Burg

21、ess F, Braithwaite VA. 2007. Heritable and experiential effects on boldness in a tropical poeciliid. Behavioural Ecology and Sociobiology, 62: 237-243.Dingemanse NJ, Kazem AJN, Réale, D. Wright J. 2010. Behavioural reaction norms: where animal personality meets individual plasticity. Trends in

22、Ecology and Evolution. 25: 81-89.Fu SJ, Xie XJ, Cao ZD. 2005. Effect of fasting and repeat feeding on metabolic rate in Southern Catfish, Silurus meridionalis chen. Marine and Freshwater Behaviour and Physiology. 38: 191198.Fu SJ, Zeng LQ, Li XM, Pang X, Cao ZD, Peng JL, Wang YX. 2009. The behaviora

23、l, digestive and metabolic strategies in four fishes with different foraging behavior. Journal of Experimental Physiology. 212: 2296-2302.Huntingford FA, Andrew G, Mackenzie S, Morera D, Coyle SM, Pilarczyk M, Kadri, S. 2010. Coping strategies in a strongly schooling sh, the common carp Cyprinus car

24、pio. Journal of Fish Biology, 76: 1576-1591.Killen SS, Marras S, McKenzie DJ. 2011a. Fuel, fasting, fear: Routine metabolic rate and food deprivation exert synergistic effects on risk-taking in individual juvenile European sea bass. Journal of Animal Ecology. 80: 1024-1033.Killen SS, Marras S, Ryan

25、MR, Domenici P, McKenzie DJ. 2011b. A relationship between metabolic rate and risk-taking behaviour is revealed during hypoxia in juvenile European sea bass. Functional Ecology. DOI: 10.1111/j.1365-2435.2011.01920.xKillen SS, Marras S, Steffensen JF, McKenzie DJ. 2011c. Aerobic capacity influences t

26、he spatial position of individuals within fish schools. Proceedings of the Royal Society B. DOI: 10.1098/rspb.2011.1006Marras S, Killen SS, Claireaux G, Domenici P, McKenzie DJ. 2011. Behavioural and kinematic components of the fast-start escape response in fish: individual variation and temporal re

27、peatability. Journal of Experimental Biology. 214: 3102-3110.Portner HO, Knust R. 2007. Climate change affects marine shes through the oxygen limitation of thermal tolerance. Science, 315:95-97.Roff DA, Fairbairn DJ. 2007. The evolution of trade-offs: where are we? Journal of Evolutionary Biology. 2

28、0: 433-447. Zeng LQ, Li FJ, Li XM, Cao ZD, Fu SJ, Zhang YG. 2012. The effects of starvation on digestive tract function and structure in juvenile southern catfish (Silurus meridionalis Chen). Comparative Biochemistry and Physiology A, 162: 200211. 五、研究內(nèi)容及研究目標（研究內(nèi)容、研究目標、本項目的特色與創(chuàng)新之處）5.1 研究內(nèi)容（1）測定魚類（種類

29、見7.2部分）種內(nèi)不同個體的靜止代謝率，最大代謝率,日常能量消耗，并篩選出高RMR個體和低RMR個體，再分別進行測定兩種運動能力（有氧和無氧），探討RMR與不同運動能力類型的聯(lián)系；（2）測定魚類種內(nèi)不同個體的社群行為，進行社群等級排序，揭示RMR與社群行為指標的關(guān)聯(lián)；（3）在上述工作之后，進行高RMR個體和低RMR個體的攝食生長實驗，同時測定與適合度相關(guān)的存活值、生長率等參數(shù)，考查RMR的個體穩(wěn)定性及其與攝食生長、食物轉(zhuǎn)化的關(guān)聯(lián)；（4）設(shè)定環(huán)境資源（水溫、溶氧和捕食壓力）梯度（高、中、低），考查上述魚類生理功能與社群行為關(guān)聯(lián)的時空變動特征。5.2 研究目標（1）獲得三峽庫區(qū)常見魚類種內(nèi)個體的生

30、理功能、社群行為的基本數(shù)據(jù)，分析二者的內(nèi)在關(guān)聯(lián)在不同環(huán)境資源條件下的變動，驗證項目提出的假說；（2）結(jié)合野外生境的考察數(shù)據(jù)，預(yù)測由人類活動可能導(dǎo)致自然環(huán)境的變化對魚類種群產(chǎn)生的影響。5.3 本項目的特色與創(chuàng)新之處（1）項目研究提出“魚類生理功能與社群行為關(guān)聯(lián)的時空變動假說”，項目研究成果將進一步完善現(xiàn)有的國際研究理論。（2）項目的開展將使用本實驗室自行研制的專用設(shè)備，針對溫水性魚類采用本實驗規(guī)范的定量分析方法，在研究手段和方法上具有顯著的獨創(chuàng)性。六、擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題（1）完善魚類社群行為指標體系及其量化的分析手段?，F(xiàn)有的魚類社群行為的研究對象主要是冷水性的鮭鱒魚類以及熱帶水域的麗科魚類。我

31、國長江上游地處溫帶，以該水系的溫水性魚類在行為量化指標方面可能與其它緯度的魚類存在差異，需要篩選出適合的行為指標并完善該指標體系。（2）分析魚類生理功能、社群行為與生存生長適合度的相互關(guān)聯(lián)，揭示該種相互關(guān)聯(lián)在不同環(huán)境資源條件下的變動特征。七、研究方案（包括研究方法、技術(shù)路線、實驗手段、關(guān)鍵技術(shù)等說明）7.1 技術(shù)路線7.2 研究方法和實驗手段（1）種類的選擇和樣品收集考察野外生境，結(jié)合歷史資料，獲得自然水域環(huán)境的變化動向。通過現(xiàn)有資料和實驗室的前期工作，本項目研究擬選擇以鳊、鯽和寬鰭鱲為研究對象，并考查實驗對象的覓食行為習(xí)性，借鑒兩棲爬行類行為學(xué)的研究手段，分別采用目測法和攝像法測定實驗魚的覓

32、食行為指標（包括每分移動次數(shù)（Movements per minute，MPM）、移動時間比例（Percent time-spent moving，PTM）和覓食時段等）。實驗樣本主要通過野外收集和實驗室培育相結(jié)合獲得。（2）生理功能測定1. 能量代謝（1）靜止代謝率：在局部控制條件下，采用“流水式魚類代謝測定儀”進行單尾魚的靜止代謝率（RMR）測定；分析靜止代謝率（RMR）的穩(wěn)定個體差異并篩選高RMR個體和低RMR個體，然后進行高RMR和低RMR個體的RMR穩(wěn)定期（1周、2周、3周和4周）和重現(xiàn)性（重現(xiàn)個體占總體的比例）測定。同時將規(guī)范實驗魚RMR穩(wěn)定性的定量測定辦法。RMR= O2 

33、15; v / m其中，RMR為靜止代謝率（mg O2 h-1kg-1），O2為呼吸室前后的溶氧差值（mg O2 h-1kg-1），v呼吸室的流水速度（L h-1），m為實驗魚的體重（kg）。（2）最大代謝率：通過力竭運動誘導(dǎo)個體的最大代謝率（MMR，mg O2 h-1kg-1），并計算實驗魚的代謝空間（MS = MMR-RMR）。實驗前2d對所有實驗魚禁食，實驗前1d將實驗魚裝入體積約為120 ml的呼吸室進行馴化。同時，用溶氧測定儀(HACH，HQ30d)分別在當日09:00，15:00和21:00測定單尾魚的耗氧率，取3個時間點靜止耗氧率的平均值作為該尾魚的RMR。力竭性運動是指將實驗魚

34、從呼吸室取出至力竭運動驅(qū)趕裝置(外=52cm，內(nèi)=28cm，水體容量約為20L)內(nèi)，在環(huán)形水道內(nèi)實驗魚逆流向前游泳，魚體因力竭不能保持相對游泳運動而向后退，此時用手連續(xù)驅(qū)趕該魚直至運動力竭；處于運動力竭狀態(tài)的魚通常失去平衡且用手去繼續(xù)追逐時不再有明顯應(yīng)激反應(yīng)(Kieffer et al.,2001)，整個過程一般在5 min之內(nèi)完成(Milligan, 1996)，然后再將實驗魚迅速(30 s之內(nèi)完成)轉(zhuǎn)移至呼吸室內(nèi)進行力竭運動后恢復(fù)代謝測定。在進行1h的恢復(fù)代謝測定過程中，水流速度設(shè)定約為600 ml min-1，數(shù)據(jù)采集時間設(shè)定分別為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、2

35、5、30、35、40、45、50、55、60min，經(jīng)過計算，實驗測定系統(tǒng)的水體置換率為99%的歷時小于1 min(Steffensen,1989)，因此，在第1、2分鐘的耗氧率的平均值作為實驗魚的最大代謝率。（3）攝食代謝（特殊動力作用，SDA）：首先進行實驗魚的最大攝食水平（即飽足）測定，而后進行飽足水平和25%飽足水平的攝食代謝實驗，所用儀器仍為“流水式魚類代謝測定儀”，每隔2 h測定一次溶氧，連續(xù)測定48 h。計算以下SDA參數(shù)：靜止代謝率（RMR, mg O2 h-1 kg-1）：將禁食72 h后測定的代謝率作為單尾的表止代謝率。攝食代謝峰值（Peak metabolic rate,

36、 MO2peak, mg O2 h-1 kg-1）：攝食后每2 h一次、連續(xù)測定的代謝率中的最大值作為單尾魚的攝食代謝峰值。峰值比例（Factorial metabolic scope, MO2peak/RMR）：攝食代謝峰值和靜止代謝率的比例。SDA時間（Duration, h）： 從攝食開始到代謝率僅比靜止代謝率高出10%范圍內(nèi)的首個數(shù)據(jù)所對應(yīng)的時間長度為SDA時間。SDA總耗能（Energy expended on SDA, KJ. KJ-1）：用SDA時間內(nèi)各時段攝食代謝率和靜止代謝率之差在時間上的積分，求得單尾魚單位體重的耗氧量，該耗氧量乘以氧熱當量系數(shù)（13.84 J.mg-1O2

37、）計算得到SDA總耗能量（Brafield & Llewellyn, 1982；Guinea & Fernandez,1997）。SDA系數(shù)（%）：SDA總耗能/攝入餌料能量，即SDA耗能占攝入餌料能量的比例，餌料能量以現(xiàn)有資料計算，泥鰍的能量密度平均為4.97±0.04 KJ. g-1（Fu et al., 2005a）。2. 運動能力（1）臨界游泳速度：采用“游泳運動代謝測定儀”分別測定實驗魚的活躍代謝率和臨界游泳速度（Ucrit）（有氧代謝供能），同時通過攝像系統(tǒng)測定實驗魚的呼吸頻率、擺尾頻率和最大擺幅等指標。Ucrit = V + (t/T)V其中V是實驗魚能

38、夠完成20 min游泳的最大流水速度，V是流水速度的增加量(cm s-1)，T是不同流速的時間間隔(20 min)，t是在最高流水速度(持續(xù)時間20 min)下的游泳歷時(Plaut, 2001)。臨界游泳速度分為絕對臨界游泳速度(Absolute critical swimming speed, Ua)和相對臨界游泳速度(Relative critical swimming speed, Ur)。為了消除體長對游泳速度帶來的影響，而將絕對臨界游泳速度除以體長得到相對臨界游泳速度：Ur = Ua/BL，其中BL為實驗魚的體長(cm)。（2）爆發(fā)游泳速度：采用相同儀器測定不同個體的爆發(fā)游泳能力（

39、無氧代謝供能）（Uburst），流水速度的加速度為10 cm s-1 min-1，直到實驗魚不能抵抗流水沖擊而被數(shù)次沖到游泳儀尾端篩板，即可認定實驗魚已處運動力竭狀態(tài)，在該流速度下即為實驗魚的爆發(fā)游泳速度（Reidy et al., 2000）。同時，攝像系統(tǒng)錄制實驗魚的呼吸頻率、擺尾頻率和最大擺幅等指標。（3）快速啟動能力：通過“高速攝像系統(tǒng)”測定實驗魚的快速啟動能力指標（如反應(yīng)時間、 最大加速度、最大拐彎半徑和最大拐彎速率），用以評價捕食、逃避敵害等社群行為。3. 血清激素水平采用酶聯(lián)免疫吸附測定法、試劑盒（美國）和全波長多功能酶標儀（美國MD公司生產(chǎn)）測定高（和低）RMR個體血清的皮質(zhì)醇

40、和兒茶酚胺的含量，并分析其與靜止代謝、社群等級地位的相關(guān)性。4. 攝食生長實驗利用實驗室自制的實驗水槽對高RMR個體和低RMR個體進行混養(yǎng)和單養(yǎng)，依據(jù)實驗對象的情況，實驗時間為設(shè)定為4周或8周，每天投喂（飽足或限食），同時記錄投喂量。在每周的第6天停止投喂，然后將不同個體分別裝入代謝儀，于第二天進行靜止代謝及體長和體重的測定。特定生長率(SGR，%Wt d-1) = l00×Ln(Wt)-Ln(W0) t-1飼料效率(FE，%) = l00×(Wt W0) Id-1其中W0為初始體重，Wt為終末體重，t為實驗喂養(yǎng)時間，Id為單尾魚攝食干物質(zhì)的總量。（3）社群等級評價 利用實

41、驗室自制的圓形社群等級地位評估裝置（詳見陳永鵬等，2010），進行攝食競爭實驗和占區(qū)行為研究，進行社群等級地位的排序。（4）社群行為實驗魚標記：根據(jù)實驗對象情況采用動物標監(jiān)儀（電子標監(jiān)，3 mm×7mm，植入魚體體腔），剪鰭法或阿利斯蘭法進行不同的標記。行為學(xué)指標篩選測定：采用實驗室自行設(shè)計的行為學(xué)觀察裝置（60 cm × 30 cm × 30 cm），利用攝像的方法測定各社群行為學(xué)指標，包括：（1）探索性（Exploration）：測定個體在新環(huán)境及其新物體的接觸時間和頻率；用來評價魚類個體在新環(huán)境中的反應(yīng)，探索性的評價指標是實驗魚（頭部沒有超出小水箱的邊緣）在

42、準備區(qū)中的停留時間（s），其越短，探索性越高。用呼吸室將實驗魚小心放入實驗水箱的準備區(qū)內(nèi)，以減少緊張度，然后加上蓋子，使實驗魚在其中適應(yīng)10 min。時間到后，打開實驗區(qū)與準備區(qū)的隔板，使實驗魚可以自由進入實驗區(qū)，同時攝像15 min。實驗區(qū)的遠程處有一個實驗魚完全未接觸過的PVC管，可作為實驗魚的新異物。計算在這15 min內(nèi)實驗魚接觸該PVC管的次數(shù)及其頻率，如果鉆進PVC管，計算魚在管內(nèi)的時間及在總攝像時間的比例。若實驗魚一直在準備區(qū)內(nèi)，則認定該個體具有最長的停留時間（15 min×60 sec = 900 s），其探索性最低。該測定完畢后，使魚在實驗區(qū)內(nèi)適應(yīng)20 min，以進

43、行活躍性測定。（2）活躍性（Activity）：實驗魚胸、尾鰭擺動頻率，擺幅和移動距離作為活躍性的指標；用于評價實驗魚在較為熟悉環(huán)境中的活躍程度。在探索性測定完畢后，取出PVC管，同時上1號隔板，使實驗魚在實驗區(qū)內(nèi)適應(yīng)20 min。之后，開始攝像15 min。累計計算在這15min內(nèi)實驗魚的運動時間及其比例（PTM ，%)）和運動次數(shù)（MPM）。（3）好斗性（Aggressiveness）：用鏡像反射或食物誘導(dǎo)或競爭實驗確定好斗性水平；用來評價實驗個體對同種個體的行為反應(yīng)，可用鏡像法或成對法。成對法：在活躍性測定完全，將透明呼吸室放入實驗水箱中20 min，以降低實驗魚對其新鮮度。實驗個體與受

44、試個體的大小相當，分別進入實驗水槽和呼吸室內(nèi)。隨后，攝像15 min。受試個體魚更換7次，累計攝像8次，而實驗魚個體保持不換。實驗個體對受試個體的撕咬、沖擊呼吸室的次數(shù)越多，該實驗個體的好斗性越強。鏡像法：將與實驗水箱橫截面大小的鏡子垂直位于實驗水箱的一端，另一端輕輕放入實驗魚。打開呼吸室，同時開始攝像10 min。參數(shù)包括：（1）在呼吸室的停留時間；（2）朝向鏡子的次數(shù)及其頻率；（3）在接近鏡子時，實驗魚的撕咬、沖擊的次數(shù)及頻率。（4）勇敢度（Boldness）：利用模擬捕食者存在下的魚類活動狀況（如潛伏時間、潛伏比例、接近食物距離等）評價；用于評價實驗魚在不確定環(huán)境中的風(fēng)險承擔(dān)能力，特別是

45、在有捕食者或其它因素的環(huán)境中。在單尾魚行為測定的當天下午，進行勇敢度測定。當攝像水箱內(nèi)的實驗個體在距離食物區(qū)一倍體長以內(nèi)準備或進行攝食時，快速垂直下降小撈網(wǎng)，使其浸入水面以下5 cm并保持10 s，后快速上升。選擇撈網(wǎng)模擬捕食者襲擊的原因：人工繁殖的實驗魚在實驗室馴養(yǎng)期間，最多的風(fēng)險經(jīng)歷是我們用撈網(wǎng)去撈魚，同時該種方法也有人使用（Biro et al., 2010），發(fā)表文章級別較高（影響因子約5.0）。在待水面平靜之后，對實驗區(qū)連續(xù)攝像15 min。計算實驗魚個體再次攝食的潛伏時間（襲擊至攝食的時間），時間越短，勇敢度越高。（5）群集度（Sociability）：評價實驗個體在社群中向魚類的

46、集群意向，指標包括中心離距，空間位置等。實驗行為觀察裝置的設(shè)計要考慮到水箱的水體循環(huán)、控溫以及可操作性。實驗水箱的尺寸：長×寬×高 = 60 cm×30 cm×30 cm，水深25 cm。選用有機玻璃材料，壁厚為1 cm。四周用黑色材料包住，內(nèi)壁不產(chǎn)生鏡像效應(yīng)。水箱包括實驗區(qū)、準備區(qū)和循環(huán)區(qū)，實驗區(qū)底部放置1×1 cm的透明方格塑料紙。準備區(qū)用于實驗魚的短期馴化（20 min）。在實驗區(qū)與準備區(qū)有一不透明的隔板，可以垂直升降，用于實驗魚由準備區(qū)通向?qū)嶒瀰^(qū)，準備區(qū)的上方用不透明材料蓋住（有無蓋子要考慮實驗魚在實驗室馴養(yǎng)水槽的環(huán)境）。同樣，在實驗區(qū)

47、與循環(huán)區(qū)之間也有一不透明的隔板。循環(huán)區(qū)里的小水泵通過緊貼實驗水箱外壁將水送至準備區(qū)，流速較低。循環(huán)區(qū)同時有充氣的沙頭，以保證實驗水箱的正常溶氧水平。本項目研究存在一定的工作量，需要項目成員的統(tǒng)籌安排，高效率地完成每一具體實驗工作。 八、研究基礎(chǔ)與工作條件（相關(guān)研究工作積累；項目負責(zé)人和主要學(xué)術(shù)骨干研究工作簡歷、主要學(xué)術(shù)業(yè)績；項目實施所具備的工作條件，包括實驗平臺和大型儀器設(shè)備等。）8.1 相關(guān)研究工作積累申請人從攻讀碩、博學(xué)位起一直從事魚類生理生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的工作并以三峽庫區(qū)魚類為研究對象。近年來與項目組成員一起進行了一系列的相關(guān)研究，取得一定的研究成果，其中包括：（1）魚類攝食代謝、運動代謝及其

48、競爭模式研究；（2）饑餓對魚類快速啟動能力的影響；（3）烏江流域馬口魚和寬鰭鱲游泳能力的進化問題；（4）溶氧和食物豐度分別對南方鲇和鯽的種內(nèi)能量代謝與生長的影響；（5）南方鲇運動能力和靜止代謝的種內(nèi)個體差異；（6）錦鯽的社群等級及行為研究等，與本項目相關(guān)的前期研究成果在國內(nèi)外專業(yè)學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文40余篇，其中SCI收錄18篇。8.2項目負責(zé)人和主要學(xué)術(shù)骨干研究工作簡歷、主要學(xué)術(shù)業(yè)績項目負責(zé)人曾令清，男，福建人，1981年9月出生，博士，副教授，重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院任教。2011年6月，于西南大學(xué)獲水產(chǎn)養(yǎng)殖農(nóng)學(xué)博士學(xué)位。2011年-至今，在重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院工作。申請者在本項目中主要負

49、責(zé)項目研究內(nèi)容1，2，3，4和主要學(xué)術(shù)論文撰寫，每年項目工作時間為9個月。目前申請者主持國家自然科學(xué)基金青年項目、重慶市教委科學(xué)技術(shù)項目、重慶師范大學(xué)重點項目、博士啟動基金項目各1項。在國內(nèi)、國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊以第一作者發(fā)表研究論文11篇，其中SCI論文5篇。研究成果獲重慶市自然科學(xué)二等獎（排名第4，2012）1項。代表性論文：（1）Zeng LQ, Fu S J, Li X M, Li F J, Li B, Cao Z D, Zhang Y G. 2014. Physiological and morphological responses to the first bout of refee

50、ding in southern catfish (Silurus meridionalis). Journal of Comparative Physiology B, DOI: 10.1007/s00360-014-0801-8（SCI）.（2）Zeng LQ, Li FJ, Li XM, Cao ZD, Fu SJ, Zhang YG. 2012. The effects of starvation on digestive tract function and structure in juvenile southern catfish (Silurus meridionalis Ch

51、en). Comparative Biochemistry and Physiology A, 162: 200211（SCI）.（3）Zeng LQ, Li FJ, Fu SJ, Cao ZD, Zhang YG. 2012. Effect of feeding on the function and structure of the digestive system in juvenile southern catfish (Silurus meridionalis Chen). Fish Physiology and Biochemistry, 38: 1459-1475（SCI）.（4

52、） Zeng LQ, Zhang YG, Cao ZD, Fu SJ. 2010. Effect of temperature on excess post-exercise oxygen consumption in juvenile southern catfish (Silurus meridionalis Chen) following exhaustive exercise. Fish Physiology and Biochemistry, 36: 1243-1252（SCI）.（5） Zeng LQ, Cao Z D, Fu S J, Peng J L, Wang Y X. 20

53、09. Effect of temperature on swimming performance in juvenile southern catfish (Silurus meridionalis). Comparative Biochemistry and Physiology A, 153: 125130（SCI）.（6） 曾令清，彭韓柳依，王健偉，龐旭，曹振東，付世建. 2014. 饑餓對南方鲇幼魚游泳能力的個體變異和重復(fù)性的影響. 水生生物學(xué)報（已接收）。（7） 曾令清, 李鳳杰, 李秀明, 皇甫加清, 付世建, 曹振東, 張耀光. 2012. 饑餓對南方鲇幼魚胃排空及其數(shù)學(xué)模型選

54、擇的影響. 水產(chǎn)學(xué)報, 36(8): 1263-1269.（8） 曾令清, 張耀光, 付世建, 曹振東. 2011. 雙向急性變溫對南方鲇幼魚靜止耗氧率和臨界游泳速度的影響. 水生生物學(xué)報，35(2):276-282.（9） 曾令清, 李鳳杰, 付世建, 曹振東, 張耀光. 2011. 南方鲇幼魚胃排空及其數(shù)學(xué)模型. 水產(chǎn)學(xué)報, 35(2): 231-237.主要學(xué)術(shù)骨干曹振東，男，北京人，1949年12月出生，教授，重慶市動物生物學(xué)重點實驗室副主任，碩士生導(dǎo)師，國務(wù)院政府特殊津貼獲得者。1978-1982年就讀于北京師范大學(xué)生物系，獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位。1982年-至今，重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

55、工作。主持和參加國家自然科學(xué)基金和省部級科研項目16項，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文110余篇，獲得國家授權(quán)專利8項。研究成果分別獲國家自然科學(xué)三等獎（排名第5，1999）、重慶市科技進步一等獎（排名第2，1998）、重慶市自然科學(xué)三等獎（排名第2，2007）、重慶市自然科學(xué)二等獎（排名第3，2012）各1項。代表性論文：（1）Yang H, Cao ZD, Fu SJ. 2013. The effects of diel-cycling hypoxia acclimation on the hypoxia tolerance, swimming capacity and growth perfo

56、rmance of southern catfish (Silurus meridionalis). Comparative Biochemistry and Physiology A, 165, 131-138(SCI，通訊作者).（2）Liu Y, Cao ZD, Fu SJ, Peng JL, Wang YX. 2009. The effect of exhaustive chasing training and detraining on swimming performance in juvenile darkbarbel catfish (Peltebagrus vachelli)

57、. Journal of Comparative Physiology B, 179: 847-855 (SCI，通訊作者).（3）曹振東，付世建。2010。力竭性運動鍛煉和饑餓對南方鲇運動后過量耗氧的影響(英文)。水生生物學(xué)報。33：837-843。（4）陳永鵬，曹振東，付世建。2010。錦鯽幼魚的社群等級地位及其與標準代謝率、血糖和臨界游泳能力的關(guān)系。生態(tài)學(xué)報。30：1940-1945（通訊作者）。彭姜嵐，女，四川人，1959年9月出生，高級實驗師。1978年到重慶師范大學(xué)生物系工作。1993年被評為實驗師。2009年晉升為高級實驗師。為重慶師范大學(xué)進化生理與行為學(xué)實驗室實驗管理人員。參加包括國家自然科學(xué)基金在內(nèi)的科研項目10余項，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文30余篇。研究成果分別