斑马鱼鱼群行为变化对水质在线预警的影响

1 引言

生物在线预警是指利用生物体生理、生化或行为对水环境变化产生的反应信息，对水质

恶化趋势的预测和突发事件的报警(Gerhardt et al., 2006).与其他生物监测仪器相比较，

以监测鱼类行为变化为基础的水质生物在线预警系统具有更好的稳定性、可靠性、管理方便

且运行费用低，是水源地、河流、污水处理厂等监测水质变化的最佳选择(张金松等，2013).

环境中的污染物对几乎所有的鱼的行为都能够产生影响，包括运动、繁殖、学习记忆能

力、迁移、对掠食者的回避行为、捕食、社交等(Atchison et al., 1987).Ingram 等(2004)

通过虹鳟鱼的呼吸行为变化，如呼吸频率和深度等，监测某纸浆和造纸废水的毒性.Kang 等

(2009)以污染物暴露后青鱂鱼出现急速游动、浮头行动等异常行为作为判断水质是否安全的

依据.赵晓艳等(2010)则利用非接触类电场感应斑马鱼的活跃强度、呼吸频率等可迅速检测

到水体中有机磷农药和抗生素的突发暴露.这些预警系统都是以 1~2 条鱼为监测单元，因在

单独空间内其个体行为差异较大，使仪器的稳定性能较低.和个体相比，当鱼处在群体中时

可互相沟通并传导信息，拥有更大的感知范围，并且受到污染物刺激后，鱼群会通过回避、

急速运动、集群等一系列行为的改变来维持体内的稳定应对环境的变化(Schlenk et al.,

2001).Chew 等(2009)改变以个体鱼为观察对象的方式，通过捕捉 20 条鱼在鱼缸中的分布和

活动，考察鱼群的活跃水平、轨迹曲线密度、回避行为以及鱼群中的“社交互动”等来评价

鱼类对污染刺激的行为反应.Barry(2011)的研究表明，在一定浓度的化学药品的刺激下鱼除

了有快速游动的反应外，鱼群的轨迹分布也发生明显的变化，鱼群更倾向于贴壁运动，同时

分形维数也在不断减小.因此，选择合理的指标，鱼类群体行为变化的连续监测，获得更加

全面的信息，可提高水质在线监测预警仪器的灵敏和稳定性.

本研究改变以个体鱼为观察对象的方式，通过捕捉 5 条斑马鱼在鱼缸中的分布和活动，

考察鱼群的游动速度、高度、平均距离、分散度和不同区域停留时间等 6 个指标，综合游动

行为、通讯行为和分布区域的变化，用更加全面的信息反应水质突变状况.实验以正常水体

中斑马鱼的群体行为变化为基础，模拟氯氰菊酯和溴氰菊酯这两种典型污染物质突发性联合

胁迫下，斑马鱼的行为响应来验证监测指标选取的合理和有效性.

2 实验材料和方法

2.1 斑马鱼的培养

实验采用的斑马鱼(Zebrafish，Danio rerio)是国际标准化组织(ISO)推荐的标准实验

生物之一，在环境毒性评价的相关研究中应用广泛.本实验室对斑马鱼的饲养繁殖采用流水

式，养殖用水为脱氯自来水，水温为(28±1)℃，溶解氧为(6.5±0.2)mg · L-1，光照周期