不同溫度對硬頭鱒幼魚C、N、P營養(yǎng)要素收支的影響?

張 恭， 高永剛， 高勤峰??， 董雙林

(1. 海水養(yǎng)殖教育部重點實驗室(中國海洋大學(xué))，山東 青島 266003；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實驗室，山東 青島 266235；3. 山東省榮成市漁業(yè)技術(shù)推廣站，山東 威海 264300)

虹鱒(Oncorhynchusmykiss)屬鮭形目(Salmoniformes)鮭科(Salmonidae)大麻哈魚屬(Oncorhynchu)，在自然環(huán)境中適宜生活的溫度為12～18 ℃，屬典型的冷水性魚類，具有高蛋白、無肌間刺、易加工和富含EPA和DHA等特點，適合冷水資源增殖放流和集約化養(yǎng)殖，是世界上普遍養(yǎng)殖的魚種之一。硬頭鱒是虹鱒的洄游型亞種，與陸封型虹鱒相比，硬頭鱒具有生長快、個體大、性成熟時間晚等優(yōu)良生產(chǎn)性狀[1]，現(xiàn)已逐步推廣海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖。

深遠海網(wǎng)箱養(yǎng)殖具有高投入、高產(chǎn)出、高效益的特點，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，我國的鮭鱒魚深遠海網(wǎng)箱養(yǎng)殖仍然處于起步階段，養(yǎng)殖技術(shù)亟待成熟與完善，尚需要大量基礎(chǔ)研究為其提供理論指導(dǎo)[2]。

溫度是影響鮭鱒魚類生長和代謝的重要因素之一，作為變溫動物，鮭鱒魚的生理機能在不同水溫狀態(tài)下會發(fā)生顯著變化。關(guān)于溫度對鮭鱒魚呼吸、攝食及排泄等影響的研究，國內(nèi)外已經(jīng)取得了一些進展。牟振波等[3]發(fā)現(xiàn)隨著水溫的上升，虹鱒的呼吸代謝增強，耗氧率和窒息點隨之上升。Alan?r?等[4]研究了溫度對虹鱒攝食行為的影響，發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)虹鱒的攝食率與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。Elliott等[5]研究了不同規(guī)格的虹鱒生長速率與溫度的關(guān)系，并且對虹鱒在不同溫度下的代謝耗能進行了測定，從能量收支的方面說明了溫度對虹鱒呼吸排泄等生理活動的影響。除了研究魚體能量收支過程之外，研究魚體內(nèi)糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等有機物的吸收消耗情況，可以更加詳細地探討虹鱒從攝食到排泄的整個生理過程。Mathers等[6]通過分子生物學(xué)手段，對虹鱒在不同溫度下蛋白質(zhì)代謝差異的分子機理進行了初步的研究。Capilla等[7]研究了不同溫度下虹鱒對碳水化合物的利用情況。C、N、P是構(gòu)成上述有機化學(xué)物質(zhì)的主要成分，是生物體重要的營養(yǎng)要素。研究溫度對海水環(huán)境中的硬頭鱒C、N、P營養(yǎng)要素收支過程的影響，可以為硬頭鱒的生長代謝等生理過程的研究提供理論依據(jù)，也為硬頭鱒深遠海網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境容納量的評估提供參考。目前，有關(guān)海水環(huán)境中溫度對硬頭鱒幼魚C、N、P營養(yǎng)要素收支的影響尚未有研究報道。本實驗選取了可以從淡水馴化入海的硬頭鱒幼魚為研究對象，測定了海水養(yǎng)殖過程中4個不同溫度處理組內(nèi)，魚體對C、N、P營養(yǎng)要素的收支利用情況，旨在闡明不同溫度條件下，其攝食過程及呼吸和排泄等代謝過程中對營養(yǎng)要素的需求變化和利用情況。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗于2016年9月在中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)實驗室進行。實驗對象為硬頭鱒幼魚，購買自山東省日照市萬澤豐公司鮭鱒魚養(yǎng)殖基地，均為體色正常、健康活潑的個體。

硬頭鱒幼魚運回后，先進行暫養(yǎng)。暫養(yǎng)期間溫度控制在(16±0.5)℃，光照周期為12L∶12D，溶解氧大于5 mg/L，每天上午9:00使用配合飼料進行飽食投喂，及時吸底。每日徹底換水一次。暫養(yǎng)2周后開始進行鹽度馴化和溫度馴化。

實驗鹽度和溫度馴化方式如下：從暫養(yǎng)的淡水開始，在鹽度到達15前，每日提高5個鹽度；鹽度超過15后，每日提高2.5個鹽度，直至海水的鹽度到達30。繼續(xù)暫養(yǎng)1周，待硬頭鱒完全適應(yīng)海水環(huán)境后，開始進行溫度馴化，從暫養(yǎng)溫度16 ℃開始，以1 ℃/d的速度向高溫低溫同時進行溫度調(diào)節(jié)，直至實驗設(shè)定的溫度。馴化期間保持正常投喂。實驗在自動控溫的循環(huán)水族箱系統(tǒng)(60 cm×40 cm×30 cm)內(nèi)進行,低溫采用冷水機和空調(diào)處理，高溫采用加熱棒加熱，溫度感應(yīng)探頭自動調(diào)控冷水機和加熱棒開啟和關(guān)閉。硬頭鱒幼魚在實驗溫度下培養(yǎng)7 d后，開始進行耗氧率和排泄率的測定。

1.2 實驗設(shè)計

實驗設(shè)計4個溫度水平，分別為9、13、16和19 ℃，實驗所用的硬頭鱒規(guī)格為(150.27±22.90)g，差異為不顯著(P>0.05)，每個溫度水平下設(shè)5個重復(fù)，每個重復(fù)3條硬頭鱒。硬頭鱒體內(nèi)的C、N、P營養(yǎng)要素的收支過程，即通過攝食獲得C、N、P營養(yǎng)要素，除魚體自身同化外，通過呼吸、排泄和排糞途徑，支出C、N、P營養(yǎng)要素。

1.3 樣品的收集和測定

1.3.1 攝食率和排糞率的測定 實驗時間持續(xù)24 h，各處理組于上午9:00進行飽食投喂，記錄每個處理組投喂餌料的重量/粒數(shù)，30 min后，收集各處理組內(nèi)未食用的餌料，由單位時間內(nèi)投入餌料粒數(shù)與殘餌粒數(shù)的差值乘以餌料粒重平均值再除以該處理組內(nèi)硬頭鱒的總重量計算硬頭鱒的攝食率FIR (Feed Intake Rate, mg· g-1·h-1)；及時吸底，收集投喂后各處理組24 h內(nèi)硬頭鱒排出的糞便，將糞便70 ℃烘干并稱重保存，由單位時間內(nèi)收集到的糞便干重除以該處理組內(nèi)硬頭鱒的總重量計算排糞率FPR (Fecal Production Rate, mg·g-1·h-1)。

耗氧率(OR)使用溶氧儀(型號YSI-550A，美國)進行測定，根據(jù)實驗前后水中溶解氧濃度的變化計算硬頭鱒幼魚的耗氧率(μg·g-1·h-1)：

OR=[ (DOt-DO0)×V]/t。

(1)

式中:DOt和DO0分別為有魚代謝瓶內(nèi)水樣和空白對照代謝瓶內(nèi)水樣中DO變化量(μg/L);V為實驗容器的體積(L);t為實驗持續(xù)時間(h)。

NR=[(Nt-N0)×V]/t。

(2)

式中:Nt和N0分別為有魚代謝瓶內(nèi)水樣和空白對照代謝瓶內(nèi)水樣中氨氮濃度/活性磷濃度(μg/L)變化量;V為實驗容器的體積(L);t為實驗持續(xù)時間(h)。

1.3.3 飼料和糞便中總有機碳、總有機氮和總磷的測定 收集的飼料和糞便經(jīng)過烘干、粉碎、過篩和無機物消耗處理后，包于錫箔內(nèi)，利用CHNS/O元素分析儀(型號Vario EL III，德國)測定總有機碳TOC(Total Organic Carbon,%)和總有機氮TON(Total Organic Nitrogen,%)TON。由于硬頭鱒具有胃這一器官，可以直接吸收飼料中的無機P，故鮭鱒魚飼料中一般添加無機磷酸鹽作為P源，在本實驗中用灼燒法測定飼料和糞便中的TP[9]。

1.4 生長余力和營養(yǎng)鹽吸收效率的計算

硬頭鱒幼魚對C、N、P營養(yǎng)要素的生長余力SFG(Scope for growth, mg·g-1·h-1)為其攝入率和排出率之差，參考Gao等[10]和孫偵龍等[11]方法：

SFG=FIR×α% -FPR×β%-R′。

(3)

式中:FIR為魚體攝食率(Feed Intake rate, mg·g-1·h-1);FPR為魚體排糞率(Fecal Production Rate, mg·g-1·h-1);α%為飼料中有機C、N和總P所占百分比;β%為糞便中有機C、N和總P所占百分比;R′為C、N、P的排泄率。

硬頭鱒對C、N、P營養(yǎng)要素的吸收效率AE(Absorption Efficiency,%)。

AE(%)=100×SFG/(FIR×α%)。

(4)

式中:SFG為魚體對C、N、P營養(yǎng)要素的生長余力(Scope for growth, mg·g-1·h-1);FIR為魚體攝食率(Feed Intake rate, mg· g-1·h-1);α%為飼料中有機C、N和總P所占百分比。其中，耗氧率用基于0.85的平均呼吸系數(shù)轉(zhuǎn)化為碳排泄率[12]，即1 mg O2≡0.32 mg C。硬頭鱒主要通過呼吸活動排出C，通過排泄活動排出N和P。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)均用SPSS21.0統(tǒng)計分析，以單因素方差分析(One-Way ANOVA)比較各溫度處理組之間的差異顯著性，并進行Duncan多重比較，以P<0.05作為差異顯著水平，P<0.01作為差異極顯著水平。

2 結(jié)果

2.1 不同溫度處理組硬頭鱒的攝食率和排糞率

硬頭鱒幼魚的攝食率(見圖1(a))和排糞率(見圖1(b))在不同溫度條件下差異顯著(P<0.05)。在9℃時硬頭鱒的攝食率和排糞率最低，16℃時硬頭鱒的攝食率和排糞率最高。隨溫度上升，硬頭鱒的攝食率和排糞率增加，溫度過高，硬頭鱒的攝食率和排糞率反而下降。溫度(T)與硬頭鱒幼魚的攝食率(FIR)和排糞率(FPR)之間的變化規(guī)律分別符合方程FIR=-0.011 8T2+0.352 7T-1.522 3(R2=0.885 4)和FPR=-0.001T2+0.031 6T-0.105 9(R2=0.654 7)。

(不同字母表示處理組間差異顯著(P<0.05)。Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 levels among treatments.)圖1 溫度對硬頭鱒幼魚攝食率(a)和排糞率(b)的影響Fig.1 Impact of temperature on the feed intake rate(a) and fecal production rate(b) of juvenile steelhead trout

2.2 不同溫度處理組硬頭鱒的耗氧率和排泄率

在9、13和16 ℃ 3個溫度處理組內(nèi)，硬頭鱒幼魚的耗氧率隨溫度的升高顯著增加(見圖2(a))，在16和19 ℃ 2個溫度處理組內(nèi)，耗氧率隨溫度的升高變化不顯著。溫度(T)與耗氧率(OR)之間的變化規(guī)律符合方程OR=-0.816 2T2+33.224T-28.689(R2=0.798 5)。

硬頭鱒的排氨率(見圖2(b))和排磷率(見圖2(c))在不同溫度下差異顯著(P<0.05)，并且在16 ℃時達到最大值，分別為，7.173和0.577 μg·g-1·h-1。且溫度(T)與排氨率(AER)和排磷率(PER)之間的變化規(guī)律分別符合方程AER=-0.071 1T2+2.160 4T-9.628 3(R2=0.867 4)和PER=-0.003 5T2+0.105 1T-0.234 5(R2=0.675 6)。

2.3 不同溫度處理組硬頭鱒對C、N、P營養(yǎng)要素的攝入率、生長余力和營養(yǎng)鹽吸收效率

不同溫度處理中，投喂硬頭鱒餌料一致，因此硬頭鱒對C、N、P營養(yǎng)要素的攝入率與硬頭鱒的攝食率是一致的。

從圖3可知，硬頭鱒幼魚對C、N和P營養(yǎng)要素的生長余力在13和16℃ 2個處理組中顯著高于9和19 ℃ 2個處理組。

從圖4可知，C和N營養(yǎng)要素的吸收效率19 ℃這一處理組中顯著低于其他3個處理組，在9、13和16 ℃ 3個處理組間差異不顯著。P營養(yǎng)要素的吸收效率在19 ℃處理組中顯著低于16 ℃處理組，且9、13和19 ℃ 3個處理組間無顯著差異，9、13和19℃ 3個處理組間也沒有顯著差異。

(不同字母表示處理組間差異顯著(P<0.05)。 Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 levels among treatments.)圖2 溫度對硬頭鱒幼魚耗氧率(a)、排氨率(b)和排磷率(c)的影響Fig.2 Impact of temperature on the rate of oxygen consumption(a),ammonium excretion rate(b) and phosphorus excretion rate(c) of juvenile steelhead trout

(不同字母表示處理組間差異顯著(P<0.05)。Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 levels among treatments.)圖3 不同溫度條件下硬頭鱒幼魚對C(a)、N(b)、P(c)營養(yǎng)要素的生長余力Fig.3 The scope of growth of C(a), N(b) and P(c) of juvenile steelhead trout under different temperature conditions

(不同字母表示處理組間差異顯著(P<0.05)。Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 levels among treatments.)圖4 不同溫度條件下硬頭鱒幼魚對C(a)、N(b)、P(c)營養(yǎng)要素的吸收效率Fig.4 The absorption efficiency of C(a), N(b) and P(c) of juvenile steelhead trout under different temperature conditions

3 討論

3.1 水溫對硬頭鱒幼魚耗氧和排泄的影響

水溫與魚類耗氧率之間具有密切關(guān)系。宋蘇祥等[13]和楊貴強等[14]研究了史氏鱘(Acipenerschrencki)稚魚和溪紅點鮭(Salvelinusfontinalus)幼魚的耗氧率與溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)，魚體的耗氧率隨溫度的升高而增加，但是超過一定溫度時，魚體的耗氧率急劇下降。周波等[15]認為，魚類作為變溫動物，體溫會隨著環(huán)境溫度的升高而升高，體內(nèi)相關(guān)酶的活性增加，生化反應(yīng)加速，魚體基礎(chǔ)代謝旺盛，活動強度增大，表現(xiàn)為魚體耗氧率上升；但是當(dāng)水溫上升到適溫范圍之外時，一些機能性代謝因溫度過高而減弱或停止，表現(xiàn)為耗氧率嚴重下降。Dickson等[16]也研究了不同溫度下硬頭鱒幼魚的耗氧率情況，結(jié)果表明硬頭鱒幼魚在水溫15～20 ℃時，耗氧率達到最高，超過20 ℃時，耗氧率顯著下降。本研究中隨溫度的升高，在16 ℃以下，硬頭鱒幼魚的耗氧率顯著上升(P<0.05)，當(dāng)水溫到達19 ℃時，硬頭鱒幼魚的耗氧率增加不顯著，并未觀察到魚體耗氧率下降的現(xiàn)象，這可能與高溫處理組的溫度選取較低，未能使魚體耗氧率產(chǎn)生差異性變化。本實驗表明，在一定溫度范圍內(nèi)，硬頭鱒的耗氧率與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，硬頭鱒的代謝能力隨溫度升高而增強，19 ℃仍處于硬頭鱒幼魚的適溫呼吸范圍。硬頭鱒作為一種對溶解氧要求較高的魚類，易受低氧環(huán)境的威脅，隨著水溫升高，水體的飽和溶解氧隨之下降，加之微生物活動加劇進一步減少了水中的溶解氧含量，投喂餌料后魚體耗氧率大幅上升[17]，容易造成魚體缺氧甚至威脅其生存，這也在一定程度上解釋了在鮭鱒魚養(yǎng)殖過程中夏季高水溫導(dǎo)致死亡率上升的原因。

Paulson等[18]發(fā)現(xiàn)，魚體重、水溫和N營養(yǎng)要素的攝入率均會對虹鱒的排氨率產(chǎn)生影響，并提出了預(yù)測虹鱒的排氨率隨水溫、規(guī)格和N營養(yǎng)要素攝入率變化的模型，本實驗中，海水環(huán)境中硬頭鱒幼魚的排氨率隨溫度的變化情況與模型預(yù)測的排氨率變化趨勢相符。孫麗華等[19]研究了溫度對軍曹魚(Rachycentroncanadum)氮收支的影響，認為在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度的上升使得魚體內(nèi)催化脫氨反應(yīng)的酶活性增強，表現(xiàn)為氨排泄率上升，如本實驗過程中的9、13和16 ℃處理組；但當(dāng)溫度過高，超出酶的最適溫度范圍時，酶會失去部分活性，魚體組織代謝減弱，表現(xiàn)為排泄率降低，如本實驗過程中的19 ℃處理組。然而Savitz等[20]和Jobling等[21]分別對藍鰓太陽魚(Lepomismacrochirus)和歐洲鰈(PleuronectesplatessaL)的排泄率進行了研究，發(fā)現(xiàn)高溫環(huán)境并不會使降低魚體的排泄率，溫度與魚體的排泄率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，這可能與實驗對象的物種差異有關(guān)，超出實驗動物最適溫度的水溫直接導(dǎo)致其死亡，故未觀察到排泄率的下降現(xiàn)象。

3.2 水溫對硬頭鱒幼魚C、N、P營養(yǎng)要素生長余力的影響

Sun等[22]研究了溫度對軍曹魚幼魚生長和體成分的影響，發(fā)現(xiàn)在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，軍曹魚幼魚體內(nèi)的蛋白質(zhì)和干物質(zhì)含量上升，魚體生長加快；而當(dāng)溫度超出這一范圍時，魚體生長減慢，體內(nèi)的蛋白質(zhì)含量和干物質(zhì)含量也降低。M?kinen等[23]研究了溫度對虹鱒能量收支的影響，發(fā)現(xiàn)虹鱒的生長能隨溫度的升高出現(xiàn)先升高后降低的趨勢，呈顯著的二次函數(shù)關(guān)系；在15 ℃時，虹鱒的生長能達到最大值。在本實驗中，硬頭鱒幼魚對C、N、P營養(yǎng)要素的攝入率和生長余力隨溫度的升高也呈現(xiàn)出相同的變化趨勢，13和16 ℃處理組硬頭鱒的攝食率和各營養(yǎng)要素生長余力差異不顯著，且顯著高于低溫和高溫處理組，這說明相較于9和19 ℃這2個處理組而言，13和16℃這2個處理組內(nèi)的硬頭鱒幼魚表現(xiàn)出更好的生長性能。該現(xiàn)象也與生產(chǎn)實踐中得出的硬頭鱒最適溫度范圍為12～18 ℃的經(jīng)驗相符。

3.3 水溫對硬頭鱒幼魚C、N、P營養(yǎng)要素吸收效率的影響

朱祥宇等[24]研究了溫度對草魚(Ctenopharyngodonidellus)子稚魚C、N、P 營養(yǎng)要素收支的影響，發(fā)現(xiàn)在低溫處理組(15 ℃處理組)中草魚對各種營養(yǎng)鹽的吸收效率顯著低于高溫處理組(24和30 ℃處理組)，據(jù)此認為，作為一種廣溫性溫水魚類，低溫環(huán)境會對一齡草魚的C、N、P營養(yǎng)要素的吸收產(chǎn)生負面影響。Jobling[25]認為，在適溫范圍內(nèi)，在餌料攝入不受限制的情況下，魚體的攝食率和排泄率隨著溫度的上升而升高，同時魚體的腸胃排空速率也加快，因此魚體對營養(yǎng)要素的吸收效率差異不顯著。在本實驗中，19 ℃處理組的各營養(yǎng)鹽吸收效率顯著低于其他3個處理組，且該3個處理組的C、N、P營養(yǎng)要素的吸收效率彼此間不存在顯著差異，說明硬頭鱒作為一種冷水性魚類，具備良好的適應(yīng)低溫環(huán)境的能力，在溫度低于其適宜生長的溫度范圍時，對各個營養(yǎng)要素的吸收效率與正常情況相差不大；但高溫會對硬頭鱒幼魚營養(yǎng)要素的吸收效率產(chǎn)生顯著的不利影響，此時魚體攝入的營養(yǎng)要素更多地以糞便和排泄物的形式損失，僅有少量用于生長，且容易對養(yǎng)殖水環(huán)境造成危害。該現(xiàn)象與生產(chǎn)實踐中硬頭鱒在高溫下生長緩慢、體質(zhì)羸弱且水質(zhì)極易惡化的現(xiàn)象相符合。

4 結(jié)語

硬頭鱒作為一種典型的狹溫性冷水魚類，對低溫具有較強的適應(yīng)能力，當(dāng)水溫略低于其適溫范圍時，仍表現(xiàn)出較高的營養(yǎng)要素吸收效率；然而，高溫會對其營養(yǎng)要素收支狀況產(chǎn)生不利影響，具體表現(xiàn)在攝食下降、營養(yǎng)要素吸收效率降低等，同時，高溫下魚體較高的耗氧率和水環(huán)境中較低的溶解氧濃度也增加了硬頭鱒的死亡風(fēng)險。在生產(chǎn)實踐中應(yīng)特別關(guān)注水溫對魚體狀態(tài)的影響。在工廠化養(yǎng)殖過程中，可使用冷水機將水溫控制在12～18 ℃這一最適溫度范圍內(nèi)，以保證硬頭鱒獲得最佳生長環(huán)境。在海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中，應(yīng)特別注意對養(yǎng)殖海區(qū)的選址，尤其要避免夏季近岸高水溫對硬頭鱒的存活和生長造成不利影響。在水溫高于18 ℃時，應(yīng)酌情減少投喂，同時可通過向水體增加曝氣或通入液氧的方式增加溶解氧含量，以避免大量投喂后魚體大量消耗水體溶解氧帶來的缺氧風(fēng)險和魚體排泄率上升、殘餌和糞便分解造成的水質(zhì)惡化。在水溫低于12 ℃時，硬頭鱒攝食活動和攝食率減弱，此時同樣需酌情減少投喂量，投喂至魚體不爭食即可，以避免餌料浪費和殘餌沉降帶來的潛在水環(huán)境污染和底質(zhì)富營養(yǎng)化風(fēng)險。