一种新的微声学标记在少年太平洋兰普瑞和美洲鳗鱼中的植入

摘要

本文阐述了在幼鱼太平洋兰普瑞和美国鳗鱼中植入微声学标签的过程。我们的应用是基于实验室试验, 这表明声学标签可以成功地植入没有明显的影响游泳能力或生存和最小的标签损失。

摘要

少年太平洋兰普瑞和美国鳗鱼被用来进行实验室评估, 以确定标签植入的潜在影响。遥测技术已被确定为一种在更广泛的空间范围内获得更详细的运动和行为信息的方式, 而不是其他已知技术所能做到的。该方法的目的是为灯具和鳗鱼提供标签植入的详细的分步指导。对于使用积极迁移幼小的太平洋兰普瑞 (120-160 毫米) 进行的实验室研究, 我们确定, 标签的存在并没有改变贴有标签和未贴标签的个人之间的游泳能力, 也没有任何重大的标签损失 (lt;3%)。在对黄色期美国鳗鱼 (113-175 毫米) 进行实验室测试时, 也确定了类似的结果。在38天的持有期内没有发生死亡, 标签损失最小 (3.8%)。与未标记的控制相比, 标签的存在对标记鳗鱼的游泳能力或存活率没有任何显著影响, 而且标签丢失最小。

引言

了解可能阻碍上游或下游迁移路线的河流结构 (如水电大坝) 附近的鱼类行为和移动是一项持续的研究需要。尽管利用现有技术进行了大量研究, 但关于幼鱼和鱼的生存和行为仍有许多研究问题。为了帮助解决这些问题, 太平洋西北国家实验室 (PNL) 开发了一种新的声学微发射机, 专门设计用于幼鱼鳗鱼和, 称为 lampreyyel 标记¹。在这一发展之前, 现有的声学标签太大, 无法有效地植入幼鱼和的体腔, 并将导致标签负担超过公认的标准 (标签与体重比的保守值为2% 或 2%)。较少和其他文献建议 4-5)^2,3,4。lampreyel 标记以 416.7 khz 的频率发出独特的编码信号, 这些信号通过固定结构的自主接收器 (水听器) 或河流内接收机 5^,6进行监测。

在美国的哥伦比亚河流域, 由于过去40年人口大幅下降, 对了解太平洋兰普雷的整个生命周期的认识和关切^{有所上升。}.水电设施的建造和运营可能对幼鱼产生不利影响, 因为它们的下降发生在大型水电开发时期^{之后 8}。一个潜在的死亡来源是幼鱼太平洋兰普瑞迁移到海洋时的大坝通道⁹。被动综合转发器通常用于可能通过分流结构 (例如幼鱼旁路系统) 的迁徙鱼类, 从而可以列举标记鱼^10、11.然而, 少年被认为比幼鱼在水柱中迁移得更深, 通过幼鱼绕行系统^的可能性较小。由于检测概率低, 缺乏孵化场或其他集中来源的幼鱼作为 PIT 标记, 关于幼鱼通过、存活或行为的信息非常有限。了解幼鱼太平洋兰普雷的行为和生存情况对于制定下游通道的缓解战略至关重要, 包括设计用于水电设施和灌溉分流结构的旁路系统¹³。

美洲鳗鱼 (安圭拉根层) 是一种猫科动物, 成虫阶段从淡水向海洋迁移到产卵。在过去几十年里, 它们的人口水平大幅下降。以前, 它们在流入大西洋的所有主要河流中都非常丰富, 上游流经圣劳伦斯河到安大略省湖;但自1980年以来, 美国鳗鱼的库存数量大幅下降, 从切萨皮克湾的50% 到安大略省^{14、15、16 湖}的97% 不等。造成其下降的因素包括:水电大坝的建造、生境的破碎和丧失以及商业收获 17.根据《安大略省 (加拿大) 濒危物种法》, 它们目前被列为濒危物种。过去在美国东部各州主要河流沿线发展水电设施造成了障碍, 阻碍了青少年和成人的河流迁移。

本研究采用了新研制的薄胶-鳗鱼声学标记。这些标签是在 PNNL 认可的生物声学 & 流动实验室¹⁸制造的。标签的长度为12毫米 x 2 毫米直径, 在空气中的重量为0.08 克。由于标签整体尺寸较小, 由于所需的切口较小 (lt;3 毫米长), 可有效地用于使用无孔切口植入金形或幼鱼。无创切口的其他好处包括: 减少手术所需的时间, 更快的愈合速度, 并减少在植入部位¹⁹感染的可能性。手术植入效果因物种、生命阶段、体腔长度、切口位置、研究持续时间和环境^{条件的变化}而不同, 为 20^{、21、22、23.}除了大小, 重量是一个重要的变量, 因为它提供了标签负担的度量 (即标签相对于鱼的重量的重量)。标签负担, 与手术过程的所有其他方面 (如麻醉, 处理, 手术), 可以有直接影响标签保留, 生存, 生长, 游泳性能, 或鱼的能力, 以避免捕食 24^{, 25,26,27}。

研究方案

PNNL 是经实验动物护理评估和认证协会认证的。鳗鱼和鱼是根据联邦实验室动物护理和使用指南处理的, 我们的研究规程是按照 PNNL 的机构动物护理和使用委员会并经其批准进行的。

1. 标签准备 (时间 22分钟)

1. 将标签放入70% 乙醇溶液中20分钟。
2. 用塑料推拿器取下标签, 放在含有无菌水的小玻璃盘中。
3. 取下标签, 放在无菌药丸杯上。

2. 准备麻醉液 (计时 ~ 5分钟)

1. 在一个小塑料杯里, 重达40克的特里卡因。
2. 将粉末和自来水溶解到带有搅拌机杆的搅拌器板上的500毫升烧杯中, 然后转移到塑料瓶中, 以实现 80 gl 库存解决方案。
3. 用碳酸氢钠重复同样的步骤, 并添加到一个单独的500毫升瓶。
4. 使用一个10升塑料桶容器, 填充5升的水 (与要标记的鱼相同的水源)。
5. 使用连接在500毫升瓶顶部的测量浇注量, 加入6.25 毫升的三利卡内麻醉液和6.25 毫升碳酸氢钠, 以获得 100 mgl 剂量的浴缸。
6. 搅拌水中混合溶液。
   注: 有一个盖子可覆盖浴缸, 以确保在麻醉溶液中, 小羊不会逃逸。

3. 兰普雷标记 (计时 ~ 6分钟)

1. 使用小浸网将幼鱼 (& gt;140 毫米) 放入麻醉浴中。
2. 等待 4-5, 使完全复员 (不再在溶液中游泳, 同时通过稳定的刺运动保持缓慢)。
3. 使用浸渍网去除, 进行长度和重量测量, 并记录声学标签的独特识别码。
4. 准备1.3 厘米厚的闭孔泡沫垫, 然后先用水饱和, 然后再涂覆150μll 防护涂层 (见材料表)。该保护涂层有助于抵消手术过程中粘膜的破坏。
5. 将灯具侧向向上放置在准备好的泡沫上。在手术过程中, 将一小段有调节水供应 (从高架水箱) 的油管放置在口腔区域内。这允许在鱼类正在进行标记植入时进行呼吸。
6. 找到要做切口的部位, 在左侧或右侧的刺孔后面约20毫米。使用带有填充物的标尺或放置在泡沫垫上的标记作为参考。
7. 使用无菌3.0 毫米的手术刀与15°刀片 (见材料表) 仔细使 2.5-3 毫米的开放在侧向方向, 以确保手术刀只是通过内皮肤壁切割。请参见图 1。
8. 用手将消毒后的标签前置入体腔。对标记位置施加轻微压力, 以确保标签已进入体腔。
9. 将贴有标签的小鱼放入一个回收桶中, 其中装有用鱼缸氧气泵、油管和空气石供应的淡水。
10. 确保油灯已从麻醉剂中恢复, 并转移到储罐中, 供今后研究。

4. 鳗鱼标记 (计时 ~ 6分钟)

1. 复制标签制备, 并准备麻醉剂, 浓度剂量为 240 mgl, 用于三卡因和碳酸氢钠。
2. 在5升水浴中各加入15毫升。
3. 使用小浸网将幼鳗鱼 (& gt;130 毫米) 放入麻醉池。等待 4-5, 鳗鱼完全复员 (不再游泳在溶液中, 同时保持缓慢但稳定的刺运动)。
4. 使用浸网去除鳗鱼和放置腹侧的封闭细胞泡沫涂层的鱼保护器。
5. 定位要进行切口的部位, 在左侧或右侧的胸鳍底部约25毫米
6. 使用无菌3.0 毫米的手术刀与15°刀片仔细地在侧向打开 2.5-3 毫米, 确保手术刀只是通过内皮肤壁切割。请参见图 2。
7. 用手将消毒后的标签前置入体腔。对标记站点施加轻微压力, 以确保标签已进入体腔。
8. 将贴有标签的鳗鱼放入一个回收桶中, 其中含有用鱼缸氧气泵、油管和空气石供应的淡水。
9. 确保鳗鱼已从麻醉剂中恢复, 转移到储罐中, 供今后研究。

结果

幼鱼实验室研究

2015年在 PNNL 进行了一项研究, 以确定在积极迁移少年太平洋兰普瑞中植入假兰普瑞尔标记的可行性。共有195太平洋兰普瑞 (宏观邻苯二甲酸症生命阶段) 从实地收集地点运往 PNNL。执行了两项单独的任务。首先是确定鱼对标签植入的反应。与未标记 (对照) 组相比, 确定的变量包括标记丢失、延迟死亡率和标记鱼的治愈率。在第二个任务中, 对10毫米大小 (120-160 毫米) 的标记和未标记的鱼进行了游泳试验, 以确定与游泳能力相关的任何不利影响。鱼类重量从1.8 克到7.0 克不等, 标签重量从4.8% 到1.25 不等。图 31 显示了显示体腔内标记位置的 x 射线。在持有的头 2天, 共有两只鱼掉落了标签, 在28天的持有期的剩余时间里没有发现额外的掉落标签。在此期间, 标记小鱼的累积死亡率为 14.3% (7条鱼), 对照组的累积死亡率为 9.6% (5条鱼)。单独标记和控制的鱼被放置在一个游泳室, 并以11mb 的恒定流速游泳。流量是根据以前的实验室测试选择的, 该试验表明, 在持续游泳能力的低端有恒定的游泳运动⁹。对照组平均游泳时间为 3.15 (SE = 42.5 秒), 植入组平均游泳时间为 2.3分钟 (SE = 30.2秒), 无显著性差异 (t = 0.958;p = 0.172)。游泳成绩测试结果显示, 标记组或对照组的鱼长度与游泳时间 (即撞击时间) 之间没有显著相关性 (图 4)。撞击被描述为鱼不能再以恒定的水速游泳, 并在下游屏幕上休息。

美国鳗鱼实验室研究

为了确定任何可能的 l 标记对游泳表现的影响, 我们使用u_crit(延长游泳成绩的指数) 对六个大小的未标记和标记的鳗鱼组 (n = 120; 113-175 mm) 进行了关键的游泳速度测试使用测量11.4 毫米 x 1.8 毫米 (长度 x 直径)¹的虚拟标签。所有标记和未标记的组的u_crits在标记和未标记的鳗鱼中没有显著差异, 以 cm (图 5) 或中值 (以身体长度为单位) 表示 (图 6)。我们还长时间持有贴有标签的鳗鱼 (38天), 发现标记组没有死亡, 标签损失较低, 为 3.8% (26条鱼中有 1条)¹。根据我们的实验室结果, 我们的结论是, 微声学标签可以有效地植入年轻的美国鳗鱼没有明显的影响游泳能力, 长期生存和最小的标签损失在标签寿命 (30天)。

图 1. 照片说明标记序列为标签插入在少年太平洋兰普瑞。(A)放置在泡沫垫上的兰普瑞。(b)用显微外科手术刀做的切口。(c)正在植入标签。(d)兰普瑞后标记。所有照片都是在同一片羊 (148 毫米) 拍摄的。

图 2. 说明年轻美国人鳗鱼标记程序的照片.(a)切口前。(b)切口后。(c)前置标签后。所有照片都是用同一条鳗鱼 (138 毫米) 拍摄的。

图 3.一个少年太平洋兰普瑞体腔内的假兰普瑞尔标记的 x 射线图像。

图 4.游泳性能测试的影响率控制 (未标记) 和标记的, 分为10毫米大小的类别, 标准误差条为正.每个条形图中都列出了示例大小。

图 5. 在标记和未标记的鳗鱼中测试的大小鳗鱼组的临界游泳速度的箱形图 (每次治疗 10).每个框中的线表示中间值;顶线和底线分别代表第75个和第25百分位数;晶须是前第90和下第10百分位数;和异常值是由封闭的圆圈描绘的。

图 6. 标记和未标记的鳗鱼在身体长度中的临界游泳速度的箱形图 (每次治疗 10).每个框中的线表示中间值;顶线和底线分别代表第75个和第25百分位数;晶须是前第90和下第10百分位数;和异常值是由封闭的圆圈描绘的。

讨论

实验室研究结果表明, 标记过程和标记效应对鱼类的生存能力或游泳能力没有不利影响。延长持有和监测显示, 在标签寿命 (30天) 期间, 标记丢失最小, 并不明显。标签植入程序是有效地在体腔放置标签, 而不会导致明显出血或真菌感染在标签的地方。整个标记过程的持续时间 (& lt;6 分钟) 是有益的, 因为它减少了与被麻醉的鱼相关的压力。这些发现是一种新的方法, 用于幼鱼和鳗鱼通道研究, 并可用于未来的研究。这项技术将使研究人员能够跟踪河流系统内的鱼和鳗鱼运动, 以及当他们接近水电大坝或其他阻碍鱼类通过的结构时。反过来, 研究结果可以更好地为这些设施的管理决策提供信息, 以帮助在这些物种的整个少年生命阶段保护它们。标签植入协议最关键的步骤包括使用适当剂量的麻醉, 切口的深度和长度, 标签的放置, 并有适当的恢复持有罐可用。此技术的限制最小。最值得注意的是, 需要外科医生进行培训, 以有效地制作 & lt;3 毫米切口, 并将标签放置在所需的位置。此外, 由于标签负担的限制, 标记过程将排除较小尺寸的鳗鱼和鱼 (和 lt;140 毫米)。我们不建议对所述协议进行任何修改。

标记鳗鱼和的替代方法包括使用 PIT 标签。但是, pit 标签不会主动传输信号, 因此, 只可列举带有麽引式标记的鱼, 因为它们被捕获并转入旁路设施, 或靠近固定探测器^10,11。lampreyeel 标记的未来应用包括在它们居住的任何环境中标记和跟踪迁移灯具和鳗鱼的种群的能力。使用 lampreyeel 标签的其他好处包括估计存活率、溢洪道或通过涡轮机的回退率、水库内的行驶时间、通道延误以及鱼类接近水坝时的相关行为。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
10 L plastic tub	N/A	N/A
19 L pail	N/A	N/A
3.00 mm scalpel	Beaver-Vistec	377513
500 ml bottle	Nalgene	2089-0016
Adam scale	Certified Material Testing Products	BCL-LBK12A
Air pump	Amazon	N/A
Air stone	Pentair	ALS3
Dip net, 3/32 in mesh	N/A	N/A
Ethanol (70%)	Sigma-Aldrich	24102
Fish protector	Kordon LLC	31456
Foam pad	N/A	N/A
Gloves	Kimberly Clark	N/A
Mixer bar	Sigma-Aldrich	F37110-1128
Plastic tweezer	N/A	N/A
Pouring dispenser gage	Fischer Scientific	13-683-60C
Scalpel handle	Beaver-Vistec	371360
Sodium bicarbonate	Sigma-Aldrich	S5761
Stirrer plate	Corning, PC-351	N/A
Tricaine methanesulfonate, MS-222	Western Chemical Inc.	515388	Treated fish destined for food must be held in fresh water above 10°C (50°F) for 21 days before use
Tubing, 6 mm	N/A	N/A