歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)養(yǎng)殖水池背景色的偏好研究

張志強(qiáng)，馬賓，張磊，劉鷹*

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023； 2.大連海洋大學(xué) 設(shè)施漁業(yè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023)

歐洲舌齒鱸Dicentrarchuslabrax, Linnaeus 1758隸屬于鱸形目Perciform狼鱸科Moronidae family舌齒鱸屬Dicentrarchus，又名歐洲海鱸、地中海海鱸，是地中海最具代表性的商業(yè)養(yǎng)殖和休閑魚類之一。歐洲舌齒鱸屬于廣溫性(5～28 ℃)和廣鹽性(3～33)魚類，具有生長(zhǎng)速度快、抗病力強(qiáng)、肉質(zhì)鮮美等特點(diǎn)，在歐洲地區(qū)深受養(yǎng)殖者和消費(fèi)者的歡迎。

動(dòng)物福利(welfare)是指動(dòng)物享有免受饑渴、生活舒適自由，享有良好的飼養(yǎng)和標(biāo)準(zhǔn)化的生活環(huán)境等基本生存權(quán)利。有研究表明，魚對(duì)驚嚇、不利條件的生存環(huán)境可以做出相應(yīng)的生存策略[1]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，魚類在引入新棲息地或改變自然棲息地后，其福利可能會(huì)受到影響，如循環(huán)水養(yǎng)殖池、海上網(wǎng)箱和池塘等人工環(huán)境會(huì)對(duì)養(yǎng)殖魚類的攝食活動(dòng)、生長(zhǎng)、健康和福利產(chǎn)生負(fù)面影響[2]，其中生存環(huán)境背景顏色是影響魚類存活和生長(zhǎng)的關(guān)鍵要素之一[3-4]。

在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中，養(yǎng)殖池背景色通常是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或養(yǎng)殖池涂料種類來進(jìn)行選擇的。以往對(duì)魚類偏好背景色的研究主要集中在養(yǎng)殖池背景色與養(yǎng)殖生物生長(zhǎng)速率或應(yīng)激反應(yīng)之間的關(guān)系上，通常是根據(jù)養(yǎng)殖生物生長(zhǎng)速率評(píng)估最佳背景色[3-6]。一般認(rèn)為，動(dòng)物具有采用“行為背景匹配”或“隱蔽著色”策略來選擇最適合隱藏顏色以減少被捕食的概率[5-6]，魚類通過選擇顏色適宜的棲息水環(huán)境，不但可以最大限度地減少自身顏色變化的能源成本和被捕食風(fēng)險(xiǎn)，而且能使自身得到更好的生長(zhǎng)和改善機(jī)體生理的狀況[5-7]。另外，魚類對(duì)環(huán)境的自然適應(yīng)也可能影響其在人工養(yǎng)殖條件下的反應(yīng)。許多魚類能夠通過控制其皮膚中的色素沉著來改變其顏色。當(dāng)魚類被放入新的環(huán)境時(shí)，其以消耗能量來分散身體色素去適應(yīng)新的環(huán)境背景色。Rodgers等[7]認(rèn)為，魚能夠改變其體色以適應(yīng)環(huán)境背景色，適應(yīng)黑色背景的魚表現(xiàn)出對(duì)黑色背景的偏好，對(duì)于適應(yīng)白色背景的魚類，表現(xiàn)出對(duì)白色背景色的選擇偏好。

本研究中，通過在同一養(yǎng)殖水槽內(nèi)設(shè)置成粉色、藍(lán)色、紅色、白色、綠色、紫色、橙色、黑色8個(gè)扇形養(yǎng)殖區(qū)域，進(jìn)行歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)養(yǎng)殖水池背景色的偏好性試驗(yàn)，旨在為提高歐洲舌齒鱸工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖的福利提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)用魚 歐洲舌齒鱸幼魚來自大連海洋大學(xué)水產(chǎn)設(shè)施養(yǎng)殖與裝備工程技術(shù)中心循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，其在藍(lán)色背景色的循環(huán)水養(yǎng)殖池中飼養(yǎng)2個(gè)月，飼養(yǎng)期間日糧投喂量為魚體質(zhì)量的3%，飼養(yǎng)期間全光照，養(yǎng)殖用水pH為 7.0～8.0，溶氧>5 mg/L，鹽度為28～30，水溫為20～22 ℃。選取健康活潑的歐洲舌齒鱸幼魚作為試驗(yàn)用魚。

1.1.2 八扇形顏色選擇裝置 參考Li等[8]的研究方法，設(shè)置八扇形背景色選擇裝置。具體如下：顏色選擇裝置為直徑100 cm、高30 cm的灰色PPC圓桶，桶中心設(shè)直徑30 cm、高20 cm的相同材質(zhì)圓柱體，用PPC板把桶壁與圓柱體之間的環(huán)形道分隔成8個(gè)均等的扇形養(yǎng)殖單元，PPC板與桶底留有10 cm的間隙，其目的一是保持各養(yǎng)殖單元水質(zhì)一致，二是讓試驗(yàn)魚在養(yǎng)殖單元間自由游動(dòng)。各養(yǎng)殖單元的內(nèi)壁分別粘貼橙色、黑色、粉色、藍(lán)色、紅色、白色、綠色和紫色8種不同顏色的防水貼紙，形成8個(gè)不同背景色的養(yǎng)殖區(qū)域。中間圓柱形區(qū)域?yàn)榛疑玃PC材質(zhì)的原色，此裝置命名為M1八扇形顏色選擇裝置，其顏色分布如圖1(a)所示。

為了觀察試驗(yàn)魚是否會(huì)基于生理本能選擇偏好的顏色，避免定時(shí)定點(diǎn)調(diào)節(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)魚驚嚇的差異帶來的影響，將試驗(yàn)背景色選擇裝置(M1)的顏色位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°改變顏色分布，此裝置命名為M2八扇形顏色選擇裝置，其顏色分布如圖1(b)所示，重新進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)裝置用高錳酸鉀溶液、海水依次消毒清洗后，用海水沖洗浸泡一周以上備用。

1.2 方法

1.2.1 計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的搭建與分析算法 計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)包括BASLER工業(yè)相機(jī)(acA1300-60gc，德國(guó))、水產(chǎn)養(yǎng)殖水上LED燈[9](GK5A-1，自然白5 000 K，中國(guó)深圳)和計(jì)算機(jī)。為了排除外界日光環(huán)境的影響，計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)安裝在封閉的暗室中，采用水產(chǎn)養(yǎng)殖水上LED燈為光源，從1.25 m頂部直射90°水面中心采光，輻射照度為(1 852.065±15.382)mW/m2，攝像頭用機(jī)械臂固定在八扇形顏色選擇裝置的正上方和光源的正下方之間。錄制視頻為MPG文件。

分析算法：首先使用攝像機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)視頻的錄制和存儲(chǔ)；然后通過 SolveigMM Video Splitter Business Edition 軟件對(duì)錄制的視頻進(jìn)行剪輯，得到理想的視頻區(qū)段；最后將剪輯得到的試驗(yàn)視頻采用運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng) EthoVision XT 12(Noldus 公司)進(jìn)行分析處理。

運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng) EthoVision XT 12的分析原理：1)設(shè)定觀察區(qū)和分析區(qū)，確保預(yù)定義觀察區(qū)和分析區(qū)的大小和形狀正確；2)調(diào)整檢測(cè)設(shè)置，確定正確的分析設(shè)置；3)確定觀察區(qū)和分析區(qū)的數(shù)量和需要分析的試驗(yàn)魚(本試驗(yàn)有9個(gè)顏色分析區(qū)和8尾試驗(yàn)魚)；4)確定視頻跟蹤的特征(本試驗(yàn)以試驗(yàn)魚的中心點(diǎn)為 EthoVision XT 12軟件檢測(cè)點(diǎn))；5)調(diào)整試驗(yàn)魚跟蹤的要素(本試驗(yàn)以試驗(yàn)裝置背景與試驗(yàn)魚灰度值變化差異作為區(qū)分試驗(yàn)對(duì)象)；6)確定試驗(yàn)分析的視頻源；7)進(jìn)行試驗(yàn)視頻分析。

視頻分析是以觀察區(qū)的中心點(diǎn)建立坐標(biāo)系，試驗(yàn)魚的中心點(diǎn)確定為X和Y坐標(biāo)，每秒采集15個(gè)樣本，數(shù)據(jù)用Lowess(局部加權(quán)散點(diǎn)圖平滑)方法進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)魚的軌跡跟蹤，達(dá)到繪制試驗(yàn)魚軌跡的目的。圖2為試驗(yàn)裝置示意圖和視頻分析流程圖。

2)M1八扇形顏色選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅱ。從循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)中選取體質(zhì)量為(35.5±0.5)g、體長(zhǎng)為(13.6±0.4)cm且健康活潑的試驗(yàn)魚8尾，分別記為fish1～fish8。其余試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)過程均同試驗(yàn)Ⅰ。

1.2.2 M1八扇形顏色選擇系統(tǒng)選擇試驗(yàn)

1) M1八扇形顏色選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅰ。在M1八扇形顏色選擇系統(tǒng)中加入海水，使水深為25 cm，接入曝氣頭充分曝氣2 h后撤去。用抄網(wǎng)小心從循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)中選取試驗(yàn)用魚，放入用MS-222配制的海水溶液中進(jìn)行麻醉和選魚，選取體質(zhì)量為(75.5±2.5)g、體長(zhǎng)為(18.5±0.2)cm且健康活潑的試驗(yàn)魚8尾，分別記為fish1～fish8，測(cè)量其體長(zhǎng)、體質(zhì)量并拍照存儲(chǔ)作為原始圖像資料，后放入M1系統(tǒng)適應(yīng)2 h，使用錄制系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)視頻的錄制，時(shí)長(zhǎng)大于24 h，對(duì)錄制的視頻進(jìn)行剪輯，選取20 min視頻用于 EthoVision XT 12軟件分析。采用同樣的操作標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)試驗(yàn)一次。

3) M1八扇形顏色選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅲ。從循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)中選取體質(zhì)量為(30.5±3.5)g、體長(zhǎng)為(13.25±0.05)cm且健康活潑的試驗(yàn)魚4尾，以及體質(zhì)量為(76.5±0.5)g、體長(zhǎng)為(18.1±0.1)cm且健康活潑的試驗(yàn)魚4尾，分別記為fish1～fish8。其余試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)過程均同試驗(yàn)Ⅰ。目的是觀察在實(shí)際生產(chǎn)中同一養(yǎng)殖池中出現(xiàn)體形差異的養(yǎng)殖歐洲舌齒鱸對(duì)養(yǎng)殖水池的背景色偏好是否發(fā)生改變。

1.2.3 M2八扇形顏色選擇系統(tǒng)選擇試驗(yàn) 在M2八扇形顏色選擇系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，所采用試驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn)與在M1八扇形顏色選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相同，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。目的是考察試驗(yàn)魚是否基于生理本能選擇偏好的顏色，避免定時(shí)定點(diǎn)調(diào)節(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)魚驚嚇的差異帶來的影響，故逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°以改變?cè)囼?yàn)背景色選擇裝置的顏色位置分布，以增加試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 M1八扇形顏色選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的結(jié)果

對(duì)M1八扇形顏色選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ錄制的視頻進(jìn)行分析可得：試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中采集視頻的分析原始數(shù)據(jù)，在此略(見電子版附錄A表A1～表A3)；試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的每尾試驗(yàn)魚在觀察區(qū)和分析區(qū)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡見圖3，各試驗(yàn)魚的軌跡組合圖見圖4，各試驗(yàn)魚的軌跡組合熱區(qū)圖見圖5。

對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果及正態(tài)性分析得出：試驗(yàn)魚中心點(diǎn)移動(dòng)的全部距離、其速度的平均值、試驗(yàn)魚中心點(diǎn)到觀察區(qū)的平均距離、試驗(yàn)魚中心點(diǎn)到觀察區(qū)的全部距離和到分析區(qū)、觀察區(qū)的頻率均無顯著性差異(P>0.05)。這表明在每次試驗(yàn)中8尾試驗(yàn)魚在生理狀況上無明顯差異。

對(duì)試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ單獨(dú)試驗(yàn)魚的軌跡圖、各試驗(yàn)的全部試驗(yàn)魚軌跡進(jìn)行組合后的軌跡圖和試驗(yàn)的熱區(qū)圖像分析得出：試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ的試驗(yàn)魚對(duì)養(yǎng)殖池背景色的偏好與試驗(yàn)魚體長(zhǎng)和體質(zhì)量無明顯關(guān)系，試驗(yàn)Ⅲ中，不同體質(zhì)量的試驗(yàn)魚在對(duì)養(yǎng)殖池背景色的偏好上與試驗(yàn)Ⅰ和Ⅱ無明顯差異(圖3)；試驗(yàn)魚軌跡主要集中的背景色為黑色和粉色等深色，說明試驗(yàn)魚在黑色和粉色等深色區(qū)域范圍停留時(shí)間較長(zhǎng)(圖4、圖5)。

2.2 M2八扇形顏色選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的結(jié)果

對(duì)M2八扇形顏色選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ錄制的視頻進(jìn)行分析可得：試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中采集視頻的分析原始數(shù)據(jù)，在此略(見電子版附錄A表A4～表A6)；試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的每尾試驗(yàn)魚在觀察區(qū)和分析區(qū)的運(yùn)動(dòng)軌跡見圖6，各試驗(yàn)魚的軌跡組合圖見圖7，各試驗(yàn)魚的軌跡組合熱區(qū)圖見圖8。

對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果及正態(tài)性分析得出：試驗(yàn)魚中心點(diǎn)移動(dòng)的全部距離、其速度的平均值、試驗(yàn)魚中心點(diǎn)到觀察區(qū)的平均距離、試驗(yàn)魚中心點(diǎn)到觀察區(qū)的全部距離和到分析區(qū)、觀察區(qū)的頻率無顯著性差異(P>0.05)。這表明在每次試驗(yàn)中8尾試驗(yàn)魚在生理狀況上無明顯差異。

對(duì)試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ單獨(dú)試驗(yàn)魚的軌跡圖、各試驗(yàn)的全部試驗(yàn)對(duì)象軌跡進(jìn)行組合的軌跡圖和試驗(yàn)的熱區(qū)圖像分析得出：試驗(yàn)Ⅰ、Ⅱ的試驗(yàn)魚對(duì)養(yǎng)殖池背景色的偏好與試驗(yàn)魚體長(zhǎng)和體質(zhì)量無明顯關(guān)系，試驗(yàn)Ⅲ中不同體質(zhì)量的試驗(yàn)魚在對(duì)養(yǎng)殖池背景色的選擇偏好上與試驗(yàn)Ⅰ和Ⅱ無明顯差異(圖6)；試驗(yàn)魚軌跡主要集中的背景色為黑色、粉色和橙色等深色區(qū)域，說明試驗(yàn)魚在黑色、粉色和橙色區(qū)域范圍停留時(shí)間最長(zhǎng)(圖7、圖8)。

3 討論

3.1 不同種類魚偏好的背景色不同

目前尚不清楚魚類能夠識(shí)別多少種顏色，但已有研究發(fā)現(xiàn)，魚類對(duì)背景顏色具有偏好性。如大菱鲆Scophthalmusmaximus幼魚總是偏愛白色背景色[8]，斑馬魚Daniorerio偏好紅色[10]，尼羅羅非魚Oreochromisniloticus偏好黃色[11]，虹鱒Oncorhynchusmykiss偏愛綠色[12]，而尖吻鱸Latescalcarifer則偏好藍(lán)色[13]。

本研究表明，不同大小的歐洲舌齒鱸幼魚均對(duì)黑色等深色背景色區(qū)域表現(xiàn)出明顯的偏好選擇，而對(duì)白色等淺色背景色區(qū)域表現(xiàn)為排斥現(xiàn)象。同時(shí)，在M1、M2選擇系統(tǒng)試驗(yàn)Ⅲ中，不同體質(zhì)量與體長(zhǎng)的試驗(yàn)魚對(duì)養(yǎng)殖池背景色的選擇無明顯關(guān)系。

通過測(cè)定與壓力相關(guān)的激素水平得出，與灰色或黑色背景相比，紅色鯛Pagruspagrus在白色背景下顯示出更小的壓力脅迫[14]。此外，包括羅非魚和大菱鲆在內(nèi)的許多魚類可以改變其體色以適應(yīng)背景或?qū)Νh(huán)境做出相應(yīng)的體色適應(yīng)[15]。一般來說，有兩類機(jī)體顏色變化：第一種是在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的生理顏色變化，并涉及黑色素濃縮激素(MCH)和α-黑色素細(xì)胞刺激激素(α-MSH)兩種激素[16]；第二種是在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)生的形態(tài)顏色變化，其中特定激素的作用改變了真皮細(xì)胞中黑色素的形態(tài)、密度和分布[17]。對(duì)大菱鲆的研究發(fā)現(xiàn)，黑色和紅色背景色下魚體的亮度變化速率比在較淺的背景下更劇烈和強(qiáng)烈，這表明大菱鲆需要通過增加能量消耗來做出更大的生理響應(yīng)以適應(yīng)黑色或紅色背景[18]。而在本試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)類似的情況，養(yǎng)殖觀察中，歐洲舌齒鱸在白色等淺色背景色下魚體的亮度變化比在黑色等深色背景下更快，行為更劇烈，從側(cè)面證明在白色等淺色背景下，歐洲舌齒鱸對(duì)背景色脅迫更大，其機(jī)體可能需要消耗更多的機(jī)體能量來對(duì)所處環(huán)境做出生理的響應(yīng)。

3.2 歐洲舌齒鱸基于生理本能偏好背景色

本研究顯示，在M1、M2不同的顏色選擇系統(tǒng)中，歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)顏色的選擇都表現(xiàn)出對(duì)黑色背景色的偏好，對(duì)白色等淺色背景色表現(xiàn)出排斥現(xiàn)象，說明歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)顏色的選擇性與其裝置的背景色位置無明顯關(guān)系，排除定時(shí)定點(diǎn)調(diào)節(jié)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)魚驚嚇的差異帶來的影響，這表明在養(yǎng)殖池背景色區(qū)域中，歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)養(yǎng)殖池的黑色等深色背景保持了生理本能的選擇偏好性。因此，在深色的背景色，如黑色養(yǎng)殖池背景色更適用于歐洲舌齒鱸幼魚的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖。

4 結(jié)論

1)本試驗(yàn)中設(shè)計(jì)了M1、M2八扇形顏色選擇系統(tǒng)來研究歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)養(yǎng)殖池背景色的選擇偏好性，結(jié)果表明，歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)試驗(yàn)裝置中黑色等深色背景色表現(xiàn)出偏好性，對(duì)白色等淺色背景色表現(xiàn)為“厭惡性”。

2)歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)背景色的偏好與個(gè)體大小無關(guān)，是基于生理本能的選擇偏好。

本試驗(yàn)中未能探究歐洲舌齒鱸幼魚對(duì)以黑色等深色背景色偏好的生物學(xué)機(jī)理。下一步建議開展歐洲舌齒鱸幼魚在黑色等深色和白色等淺色為養(yǎng)殖池背景色下的養(yǎng)殖，對(duì)其生長(zhǎng)速率、代謝率、耗氧率、皮質(zhì)醇等生理指標(biāo)的差異進(jìn)行研究；同時(shí)，通過代謝組學(xué)(metabolomic)手段對(duì)不同養(yǎng)殖池背景色的歐洲舌齒鱸血液、肝臟等組織進(jìn)行組學(xué)分析，進(jìn)一步研究歐洲舌齒鱸在偏好深色背景色下代謝譜的變化，從而篩選出標(biāo)志差異代謝物，了解其內(nèi)在的代謝機(jī)理。