瓦氏黃顙魚(yú)的能量代謝晝夜變化研究

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 材料與方法

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 結(jié)果與分析

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 討論

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。

4 結(jié)論

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)。