史慶超, 王 均, 頡 江, 覃川杰*, 李文嘉
(1.長(zhǎng)江上游魚(yú)類(lèi)資源保護(hù)與利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川內(nèi)江641000;2.內(nèi)江師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,四川內(nèi)江641000;3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,河南鄭州450000)
我國(guó)水產(chǎn)業(yè)正朝向生態(tài)集約化養(yǎng)殖模式發(fā)展,投喂模式是集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖管理的核心環(huán)節(jié)之一。魚(yú)類(lèi)的投喂應(yīng)當(dāng)建立在魚(yú)類(lèi)攝食節(jié)律基礎(chǔ)之上。研究發(fā)現(xiàn),魚(yú)類(lèi)的攝食節(jié)律與魚(yú)類(lèi)能量代謝規(guī)律密切相關(guān),掌握魚(yú)類(lèi)的能量代謝規(guī)律對(duì)研究魚(yú)類(lèi)攝食節(jié)律,建立科學(xué)投喂模式起到關(guān)鍵作用(Hancz等,2017)。呼吸和排泄是魚(yú)類(lèi)代謝活動(dòng)的重要表征,其可反映魚(yú)類(lèi)在外界環(huán)境中的生活狀況(曹善茂等,2015)。通過(guò)測(cè)定魚(yú)類(lèi)耗氧率、二氧化碳排泄率和排氨率等指標(biāo)的變化可以很好地評(píng)價(jià)魚(yú)類(lèi)的能量代謝水平及代謝規(guī)律(周銀環(huán)等,2017)。目前,相關(guān)研究多集中在魚(yú)類(lèi)能量代謝水平上(王蕾等,2019;劉歡等,2016;楊培民等,2009;王波等,2004),而關(guān)于魚(yú)類(lèi)能量代謝規(guī)律的研究相對(duì)匱乏。
瓦氏黃顙魚(yú)(Pelteobagrus vachelli)廣泛分布于我國(guó)長(zhǎng)江中上游水域,因其氨基酸含量豐富、肌間刺少、味道鮮美而深受人們喜愛(ài),已成為我國(guó)淡水養(yǎng)殖的重要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)。已有學(xué)者對(duì)黃顙魚(yú)能量代謝進(jìn)行了研究,如廖志洪等(2004)對(duì)比研究了黃顙魚(yú)仔、稚、幼魚(yú)三個(gè)生長(zhǎng)階段的耗氧率和氨氮排泄率變化,陳玉翠等(2006)研究發(fā)現(xiàn),溫度可顯著影響瓦氏黃顙魚(yú)氨氮排泄率,楊凱等(2010)報(bào)道,水體溶氧水平會(huì)對(duì)黃顙魚(yú)稚魚(yú)的呼吸代謝造成影響,然而關(guān)于瓦氏黃顙魚(yú)能量代謝晝夜變化的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。鑒于此,本研究以瓦氏黃顙魚(yú)為試驗(yàn)對(duì)象,研究瓦氏黃顙魚(yú)在一個(gè)晝夜周期內(nèi)的呼吸代謝規(guī)律,并進(jìn)一步探討能源物質(zhì)的供能情況,以期掌握魚(yú)類(lèi)的能量代謝規(guī)律,為建立瓦氏黃顙魚(yú)科學(xué)的投喂策略提供參考依據(jù)。
1.1 試驗(yàn)材料 瓦氏黃顙魚(yú)購(gòu)于內(nèi)江市水產(chǎn)市場(chǎng),試驗(yàn)前于室內(nèi)白桶中暫養(yǎng)7 d。禁食24 h后選取重量約(14.52±0.31)g的規(guī)格均勻,活潑健康的4條魚(yú)進(jìn)行試驗(yàn),每桶為一個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)1條魚(yú)。試驗(yàn)用水為充分曝氣自來(lái)水。試驗(yàn)期間,水溫為18.3℃,pH為7.0,溶氧量為6.2 mg/L。
1.2 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)裝置為自制密封止水式呼吸測(cè)定儀,用充分曝氣的自來(lái)水盛于18 L塑料桶中,橡皮膠管采樣,桶內(nèi)放1尾瓦氏黃顙魚(yú)后,立即用液體石蠟封住水面。在一個(gè)晝夜周期內(nèi),每隔3 h,以膠管插入250 mL容量瓶底部,溢流3 min,取250 mL水樣,蓋上瓶蓋。取25 mL水樣于比色管中測(cè)定水體中的二氧化碳含量、溶解氧、氨氮含量(時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別為9:00、12:00、15:00、18:00、21:00、0:00、3:00和6:00)。采用NaOH滴定二氧化碳含量(唐明宇,2015);JPB-607A便攜式溶氧儀測(cè)定溶解氧(戴克洋等,2004),試驗(yàn)前與碘量法GB7489-1987進(jìn)行對(duì)比測(cè)定,并對(duì)溶氧儀系數(shù)進(jìn)行校正;納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮含量(楊春蕾,2016)。
1.3 數(shù)據(jù)計(jì)算與處理 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的計(jì)算公式如下:
式中:R為二氧化碳排泄率、耗氧率或排氨率;V為代謝瓶容量,L;C0為開(kāi)始時(shí)代謝桶中二氧化碳含量或氨氮含量或?qū)φ胀爸腥芙庋酰琺g/L;C1為結(jié)束時(shí)對(duì)照桶中的二氧化碳含量或氨氮含量或代謝桶中溶解氧,mg/L;m為魚(yú)體質(zhì)量,g;t為試驗(yàn)時(shí)間,h。
試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,運(yùn)用Excel和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,利用單因素方差分析(ANOVA)和多重比較法來(lái)校驗(yàn)晝夜節(jié)律性對(duì)水體二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率影響的顯著性。使用Excel的余弦函數(shù)Y=M+A×cos(Ωt+Φ)分析三個(gè)呼吸代謝指標(biāo)的變化情況,其中M是中值,A是幅度,Ω是角頻率(對(duì)于晝夜節(jié)律為2π/24),Φ是前相。用P<0.05表示差異顯著性。
能源物質(zhì)供能比根據(jù)蛋白質(zhì)、糖和脂肪的卡價(jià)、氧熱價(jià)和實(shí)測(cè)的呼吸熵、耗氧率、氨氮排泄率進(jìn)行計(jì)算。
2.1 CO2排泄率、耗氧率和排氨率的晝夜變化瓦氏黃顙魚(yú)幼魚(yú)在8個(gè)時(shí)間段的二氧化碳排泄率、耗氧率及排氨率如表1所示。一個(gè)晝夜周期內(nèi)(24 h),瓦氏黃顙魚(yú)的二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率從晝至夜均呈現(xiàn)為先上升再到下降的變化趨勢(shì),二氧化碳排泄率最高時(shí)間段在0:00~3:00,為(1.38±0.16)mg/h·g,最低時(shí)間段在12:00~15:00,為(0.83±0.07)mg/h·g;耗氧率最高時(shí)間段在0:00~3:00,為(1.25±0.06)mg/h·g,最低時(shí)間段在12:00~15:00,為(0.88±0.13)mg/h·g;排氨率最高時(shí)間段在21:00~0:00,為(1.21±0.18)μg/h·g,最低時(shí)間段也處于9:00~12:00,為(0.78±0.05)μg/h·g。三個(gè)指標(biāo)在白晝段與夜間段相比尤為顯著。
表1 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的晝夜變化情況
2.2 余弦函數(shù)分析 通過(guò)晝夜觀(guān)測(cè)對(duì)瓦氏黃顙魚(yú)呼吸代謝進(jìn)行分析,作出其對(duì)應(yīng)的余弦函數(shù)圖像,以了解瓦氏黃顙魚(yú)在一個(gè)晝夜周期內(nèi)的活動(dòng)代謝變化走向。余弦函數(shù)參數(shù)如表2所示。
表2 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的余弦函數(shù)參數(shù)
2.2.1 二氧化碳排出節(jié)律 瓦氏黃顙魚(yú)幼魚(yú)呼吸代謝中CO2排泄率的晝夜節(jié)律見(jiàn)圖1。CO2排泄率余弦函數(shù)方程為Y=1.11+0.27×cos(0.26×t+0.08),CO2排泄率在23:41時(shí)呈現(xiàn)出最大值,為1.38 mg/h·g,CO2排泄率在11:53時(shí)呈現(xiàn)出最小值,為0.84 mg/h·g。白天(9:00~18:00)的平均CO2排泄率為0.95 mg/h·g;夜晚(18:00~9:00)的平均CO2排泄率為1.27 mg/h·g。夜間是白天的1.34倍,CO2排泄率晝夜間差異顯著 (P<0.05)。
圖1 CO2排泄率余弦函數(shù)
2.2.2 耗氧節(jié)律 瓦氏黃顙魚(yú)幼魚(yú)呼吸代謝中的耗氧率的晝夜節(jié)律如圖2所示。耗氧率余弦函數(shù)方程為Y=1.06+0.18×cos(0.26×t+0.27),耗氧率在1:02時(shí)呈現(xiàn)出最大值,為1.25 mg/h·g,在13:02時(shí)呈現(xiàn)出最小值,為0.88 mg/h·g。白天平均耗氧率為0.94 mg/h·g,夜間平均耗氧率為1.18 mg/h·g,夜間是白天的1.25倍,耗氧率晝夜差異顯著(P<0.05)。
圖2 耗氧率余弦函數(shù)
2.2.3 排氨節(jié)律 瓦氏黃顙魚(yú)幼魚(yú)呼吸代謝中氨氮排泄率的晝夜節(jié)律見(jiàn)圖3。排氨率余弦函數(shù)方程為Y=0.99+0.21×cos(0.26×t+0.55),排氨率在21:53時(shí)呈現(xiàn)出最大值,為1.21μg/h·g,在9:43時(shí)呈現(xiàn)出最小值,為0.78μg/h·g。白天平均排氨率為0.92μg/h·g,夜間平均排氨率為1.08 μg/h·g,夜間是白天的1.18倍,排氨率晝夜差異顯著(P<0.05)。
圖3 排氨率余弦函數(shù)
2.3 能源物質(zhì)供能比 根據(jù)二氧化碳含量、耗氧量摩爾數(shù)計(jì)算出呼吸熵,耗氧率和排氨率計(jì)算出氧氮比(O:N),結(jié)果見(jiàn)表3。瓦氏黃顙魚(yú)的呼吸熵和氧氮比分別為0.72和23.74。
表3 瓦氏黃顙魚(yú)呼吸熵及氧氮比
3.1 瓦氏黃顙魚(yú)能量代謝的晝夜變化規(guī)律 已有研究表明,魚(yú)類(lèi)普遍存在著晝夜節(jié)律變化,且不同的魚(yú)類(lèi)晝夜節(jié)律性不盡相同(謝小軍等,1989)。魚(yú)類(lèi)的晝夜節(jié)律性是由長(zhǎng)期的生活習(xí)性所形成,受到光照周期、攝食特性和食性、生活習(xí)性等多種因素的影響。通常情況下,魚(yú)類(lèi)的代謝晝夜變化表現(xiàn)為3種類(lèi)型:(1)白天>夜間型,如大口胭脂魚(yú)和平鯛(丁彥文等,2000;王佳喜等,1997);(2)夜間>白天型,如鱖、長(zhǎng)薄鰍和青石斑魚(yú)(鄒桂偉等,1998;司亞?wèn)|等,1995;戴慶年等,1994);(3)晝夜變化不顯著型,如半滑舌鰨和真鯛(王資生等,2004;王藝?yán)诘龋?002)。不同代謝特征不僅是魚(yú)類(lèi)長(zhǎng)期適應(yīng)進(jìn)化的結(jié)果,而且也是考察魚(yú)類(lèi)晝夜節(jié)律的重要生理指標(biāo)(曾令清等,2007)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,瓦氏黃顙魚(yú)幼魚(yú)的二氧化碳排泄率、耗氧率與排氨率均呈現(xiàn)一定的晝夜節(jié)律性,且夜間的活動(dòng)代謝強(qiáng)度顯著高于白晝,屬于第二種類(lèi)型,行為學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)瓦氏黃顙魚(yú)通常表現(xiàn)為夜間攝食,其晝夜活動(dòng)代謝周期變化情況與行為習(xí)性相符,因此可判定瓦氏黃顙魚(yú)屬晨昏攝食型魚(yú)類(lèi)(晝伏夜出習(xí)性)。另外,本試驗(yàn)中二氧化碳排泄率夜間是白天的1.34倍;耗氧率夜間為白天的1.25倍;排氨率夜間為白晝的1.18倍。表明瓦氏黃顙魚(yú)夜間活動(dòng)量增大,體內(nèi)消耗的能量或其他元素均比白天高,因此掌握瓦氏黃顙魚(yú)這一規(guī)律有助于為其設(shè)定理想的投飼時(shí)間。夜間高于白天的情況可能是由于晝夜環(huán)境因子,如光照、溫度及氣象條件等變幅對(duì)其的影響作用結(jié)果。
3.2 供能物質(zhì)分析 根據(jù)呼吸熵的大小可以推測(cè)機(jī)體能量供應(yīng)的主要來(lái)源,通常機(jī)體攝取的都是混合食物,因此體內(nèi)代謝的呼吸熵為0.71~1.0。機(jī)體在特定時(shí)間內(nèi)的呼吸熵與提供主要能量來(lái)源的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。若能源主要來(lái)源于碳水化合物的氧化,呼吸熵為1.0;若主要是脂肪供能,則呼吸熵為0.71;蛋白質(zhì)的呼吸熵為0.8(大森倍等,1987)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,體重為(14.52±0.31)g的瓦氏黃顙魚(yú)的呼吸熵為(0.72±0.04),推測(cè)該生長(zhǎng)階段的瓦氏黃顙魚(yú)主要功能物質(zhì)為蛋白質(zhì)和脂肪。此外,O:N亦作為衡量動(dòng)物機(jī)體代謝中能源配比的一個(gè)重要指標(biāo)(王俊等,1999)。機(jī)體若完全以蛋白質(zhì)為氧化基質(zhì)提供能量,其O:N約為7(Mayzaud,1976);若以蛋白質(zhì)和脂肪供能時(shí),其O:N約為24(Ikeda,1974);若完全以脂肪或碳水化合物作為供能物質(zhì),其O:N將趨于無(wú)窮大(Conover等,1968)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,氧氮比值為(23.84±5.23),表明所研究的瓦氏黃顙魚(yú)的供能物質(zhì)主要是脂肪和蛋白質(zhì),這也與前面的呼吸熵結(jié)果相一致。有研究認(rèn)為,瓦氏黃顙魚(yú)幼齡轉(zhuǎn)向成熟階段,主要是脂肪和蛋白質(zhì),其隨著體質(zhì)量的增長(zhǎng),脂肪供能的比例遠(yuǎn)高于蛋白質(zhì)且瓦氏黃顙魚(yú)魚(yú)體脂肪含量遠(yuǎn)高于大多數(shù)魚(yú)類(lèi)(楊家云,1994)。此外瓦氏黃顙魚(yú)對(duì)碳水化合物的利用情況甚少。這與瓦氏黃顙魚(yú)對(duì)糖類(lèi)的的耐受能力較高相一致(張世亮,2011)。但日糧水平中給瓦氏黃顙魚(yú)飼喂過(guò)低含糖量的飼料會(huì)降低生長(zhǎng)速度(楊瑩,2011)。所以根據(jù)瓦氏黃顙魚(yú)的代謝情況與攝食節(jié)律選擇更加合理的投喂時(shí)間和能量飼料,可加快瓦氏黃顙魚(yú)體質(zhì)的生長(zhǎng),從而取得較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和市場(chǎng)定位。
在自然狀態(tài)下,瓦氏黃顙魚(yú)二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率存在著顯著的晝夜節(jié)律性,其夜間的代謝活動(dòng)均高于白晝。氧氮比和呼吸熵顯示,瓦氏黃顙魚(yú)最主要的供能物質(zhì)為脂肪和蛋白質(zhì)。