巢湖秀麗白蝦與日本沼蝦的肌肉生化組成以及基于特征脂肪酸的食性分析

朱金超，孫鈺寧，楊云霞，姚 峰，張曉華，楊嚴(yán)鷗

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，合肥 230036；2.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430072；3.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306)

巢湖位于安徽省中部，是我國(guó)五大淡水湖之一。巢湖水域?qū)掗煟瑵O業(yè)資源豐富，盛產(chǎn)秀麗白蝦()與日本沼蝦()。秀麗白蝦俗稱白蝦，日本沼蝦俗稱青蝦，近年來(lái)湖內(nèi)兩種蝦合計(jì)年產(chǎn)量超過(guò)3 000 t，是巢湖重要的水生動(dòng)物資源。自2020年1月1日起，為更好地保護(hù)巢湖漁業(yè)資源和水域生態(tài)環(huán)境，巢湖主體水域?qū)嵤┤娼丁?/p>

全面禁捕后，水體中的蝦類作為餌料生物存在，是巢湖食物鏈的重要一環(huán)，分析蝦類肌肉的生化組成，可以為食物鏈的分析提供基礎(chǔ)資料。同時(shí)，蝦類自身也攝食其它食物，例如浮游植物等，而浮游植物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中最主要的初級(jí)生產(chǎn)者，是食物鏈的第一個(gè)環(huán)節(jié)，分析巢湖蝦類的食性，可以為分析湖泊水生動(dòng)物的食物鏈以及能量流動(dòng)提供資料。關(guān)于巢湖蝦類食性的研究非常缺乏，目前傳統(tǒng)水生動(dòng)物類食性的研究方法為胃含物分析法，即通常通過(guò)目測(cè)或借助于解剖鏡(顯微鏡)將食物種類鑒定到種或?qū)倩蚩?，?duì)于因消化而破碎的餌料生物則根據(jù)殘留的結(jié)構(gòu)大小來(lái)估算。胃含物常用的表示方法有4種：出現(xiàn)頻率法、數(shù)量百分比法、體積百分比法、重量百分比法，這些方法一方面受捕撈時(shí)間的影響較大，另一方面有一定的局限性，例如，出現(xiàn)頻率法僅能反映魚類對(duì)某種餌料生物的喜好程度，而不能準(zhǔn)確表達(dá)該餌料生物在胃含物中所占的實(shí)際比例；數(shù)量法往往容易夸大被大量攝食的小型生物的重要性，而且有些生物在達(dá)到胃囊之前已變成糊狀而難以計(jì)算其個(gè)體數(shù)；體積百分比與重量百分比法能反映每一種餌料類別占總消耗量的比例，卻過(guò)分強(qiáng)調(diào)了個(gè)體捕食利用超出魚類種群利用的那部分食物的重要性。鑒于此，也有利用穩(wěn)定性同位素分析技術(shù)，測(cè)定天然或養(yǎng)殖環(huán)境生物體中的碳、氮、氫等的穩(wěn)定性同位素含量，與魚體中的相應(yīng)同位素含量的關(guān)系，對(duì)食性進(jìn)行分析和判斷，這種方法更為精準(zhǔn)，但操作相對(duì)較為麻煩，對(duì)儀器設(shè)備的要求更高。近年來(lái)的研究顯示，魚類及蝦類肌肉脂肪酸組成受到食性的直接影響，根據(jù)特征脂肪酸組成可以推導(dǎo)魚類及蝦類的食性，這種方法受捕撈時(shí)間的影響相對(duì)較小。目前尚未見到對(duì)巢湖蝦類食性的相關(guān)研究，但有學(xué)者利用胃含物法研究過(guò)太湖秀麗白蝦食性以及太湖和武湖日本沼蝦的食性，因此，本研究探討巢湖秀麗白蝦和日本沼蝦肌肉的生化組成，并通過(guò)特征脂肪酸分析其食物組成，并且與胃含物法進(jìn)行比較，同時(shí)比較巢湖秀麗白蝦和日本沼蝦的肌肉的生化組成，以期為巢湖食物鏈的研究提供資料。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

材料蝦于2019年6月中下旬到7月下旬的蝦汛時(shí)期捕撈。清晨6:00于巢湖東半湖水域開始，捕蝦船進(jìn)入湖中，使用小方籠、甩籠起捕，籠網(wǎng)目不小于0.8 cm，甩籠鋼絲圈周長(zhǎng)不大于90 cm。每10 d捕撈一次，每次每種蝦捕撈約20 kg，再?gòu)闹须S機(jī)取500 g，冰塊覆蓋帶回。蝦汛期共取樣3次，每種蝦每次的樣本以四分法再取50 g，因此每種蝦各有3份樣本。秀麗白蝦平均體長(zhǎng)為4.16 cm，體質(zhì)量為1.38 g，日本沼蝦平均體長(zhǎng)為5.04 cm，體質(zhì)量為1.74 g，洗凈后去頭、尾、外殼，取肌肉為分析材料，60 ℃烘干，研缽磨碎，混合均勻。每一份樣本再分成兩份，一份做水分、蛋白質(zhì)、脂肪以及灰分測(cè)定，另一份做氨基酸與脂肪酸測(cè)定。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

肌肉的水分含量測(cè)定使用烘干法，溫度為60 ℃，操作標(biāo)準(zhǔn)為GB5009.3-2016；粗灰分含量測(cè)定時(shí)先用馬弗爐550 ℃灼燒，再依據(jù)GB5009.4-2016標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定；粗蛋白含量使用凱氏定氮法測(cè)定，操作標(biāo)準(zhǔn)為GB5009.5-2016標(biāo)準(zhǔn)；粗脂肪含量使用索氏抽提法，操作標(biāo)準(zhǔn)為GB5009.6-2016。

氨基酸含量測(cè)定使用鹽酸水解法，采用日立835-50型氨基酸全自動(dòng)分析儀測(cè)定17種氨基酸含量，具體方法見GB/T 5009.124-2016。測(cè)定時(shí)使用高效液相色譜儀(Agilent1260，美國(guó))，以Sigma公司(Sigma-Aldrich Chemical Company，St.Louis，Missouri，USA)的17種氨基酸混合品作為標(biāo)準(zhǔn)，采用內(nèi)標(biāo)面積歸一法計(jì)算氨基酸含量，脂肪酸含量測(cè)定采用高效氣相色譜6890A(G1530A)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 5009.168-2016，甲酯化采用三氟化硼法，依據(jù)內(nèi)標(biāo)十九烷酸甲酯標(biāo)品以及37種脂肪酸混標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)。具體方法參見文獻(xiàn)[6,7]，色譜柱為HP-88，主要設(shè)置參數(shù)包括進(jìn)樣器和檢測(cè)器溫度均為260 ℃，分流比為15∶1，壓力為60 kPa。棒狀薄層色譜掃描儀(IATROSCAN MK-6s)進(jìn)行脂類分析，內(nèi)標(biāo)面積歸一法計(jì)算脂肪酸含量。主要設(shè)置參數(shù)包括空氣流量2 L/min，氮?dú)饬髁?60 mL/min，掃描速度為每根色譜棒30秒。固定相為Chromarod-SⅢ，流動(dòng)相為正己烷∶乙醚∶甲酸=42∶28∶0.3(V∶V∶V)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Kol-mogorov-Simirnov和Bartlett分別檢驗(yàn)正態(tài)性和方差的同質(zhì)性。用t-檢驗(yàn)和單因素方差分析(ANOVA)以及Post-hoc比較(Tukey檢驗(yàn))處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。顯著性水平設(shè)置為=0.05。統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS 17.0軟件。

2 結(jié)果

2.1 肌肉生化組成

由表1可知，可見巢湖秀麗白蝦的水分和粗脂肪含量均高于日本沼蝦，但差異不顯著；秀麗白蝦的粗蛋白含量低于日本沼蝦，粗灰分含量高于日本沼蝦，均存在顯著差異。

表1 巢湖秀麗白蝦和日本沼蝦的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量(濕重)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.1 Main nutrient content of E.modestus and M.nipponense in Chaohu Lake (wet weight) (mean±SD)

2.2 氨基酸組成

表2顯示了所測(cè)的17種氨基酸(色氨酸未檢測(cè))。秀麗白蝦的氨基酸總量顯著低于日本沼蝦，兩種蝦的必需氨基酸含量無(wú)顯著差異。秀麗白蝦異亮氨酸、精氨酸、谷氨酸、丙氨酸含量顯著低于日本沼蝦；賴氨酸、組氨酸、脯氨酸含量則顯著高于日本沼蝦。秀麗白蝦與日本沼蝦的必需氨基酸/總氨基酸分別為39.1%與37.1%，必需氨基酸/非必需氨基酸分別為76.8%與74.5%，秀麗白蝦均顯著大于日本沼蝦。

表2 巢湖秀麗白蝦和日本沼蝦的氨基酸含量(干重)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.2 Amino acid contents of E.modestus and M.nipponense in Chaohu Lake (dry weight) (mean±SD) %

2.3 脂肪酸組成

表3顯示，秀麗白蝦的飽和脂肪酸含量顯著低于日本沼蝦。在檢測(cè)的10種飽和脂肪酸中，秀麗白蝦棕櫚酸和硬脂酸含量均顯著低于日本沼蝦，其中秀麗白蝦棕櫚酸含量為日本沼蝦的81.7%，硬脂酸含量為日本沼蝦的93.1%。秀麗白蝦的低不飽和脂肪酸含量低于日本沼蝦，為后者含量的89.1%，但二者差異不顯著。低不飽和脂肪酸中，含量最高的為反油酸甲酯與棕櫚油酸，其中秀麗白蝦的棕櫚油酸顯著低于日本沼蝦，為后者含量的64.7%，其十五碳烯酸甲酯含量也顯著低于日本沼蝦。秀麗白蝦的多不飽和脂肪酸含量顯著高于日本沼蝦，其中的二十二碳六烯酸(DHA)含量為日本沼蝦的1.48倍，差異顯著。秀麗白蝦的亞油酸和亞麻酸要低于日本沼蝦，但差異不顯著。n-3(亞麻酸型)、n-6(亞油酸型)、n-9(油酸型)三種類型均不存在顯著差異。

表3 巢湖秀麗白蝦和日本沼蝦脂肪酸含量(總脂)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.3 Fatty acid content of E.modestus and M.nipponense in Chaohu Lake (total fatty acid) (mean±SD) %

3 討論

3.1 肌肉生化組成、氨基酸以及脂肪酸組成

本研究顯示，巢湖水域的秀麗白蝦粗蛋白含量顯著低于日本沼蝦，灰分含量顯著高于日本沼蝦，兩種蝦類的水分、粗脂肪含量無(wú)顯著差異。與太湖、駱馬湖和呼倫湖等湖泊的蝦類相比，巢湖秀麗白蝦粗脂肪與粗灰分含量明顯偏高，一般在1.5～3.5倍，這可能與巢湖水質(zhì)的理化指標(biāo)不同或者攝取的餌料有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步研究。

根據(jù) FAO/WHO建議的氨基酸評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)模式(%，dry)，質(zhì)量較好的蛋白質(zhì)，其必需氨基酸與總氨基酸的比值(EAA/TAA)在40%左右，必需氨基酸與非必需氨基酸的比值(EAA/NEAA)大于60%。本試驗(yàn)中巢湖兩種蝦的EAA/TAA極接近40%、EAA/NEAA超過(guò)60%，可認(rèn)為巢湖兩種蝦屬于較好的蛋白質(zhì)，其中，秀麗白蝦的這兩項(xiàng)值均顯著大于日本沼蝦，表明秀麗白蝦的氨基酸平衡性更好。兩種蝦的必需氨基酸中賴氨酸含量均為最高，與張彤晴等在太湖、駱馬湖和王亮等在呼倫湖研究結(jié)果一致。賴氨酸是多數(shù)魚類的第一限制性氨基酸，有“生長(zhǎng)氨基酸之稱”。而且秀麗白蝦的賴氨酸含量(6.29%)顯著高于日本沼蝦(5.18%)。氨基酸評(píng)分(AAS)和化學(xué)評(píng)分(CS)均可得出蛋氨酸+胱氨酸為兩蝦的第一限制氨基酸，與王亮等研究結(jié)果一致。秀麗白蝦的必需氨基酸指數(shù)(EAAI)低于日本沼蝦，存在顯著差異，說(shuō)明日本沼蝦的必需氨基酸滿足率更高。

試驗(yàn)顯示，巢湖秀麗白蝦的飽和脂肪酸含量略低于日本沼蝦，但二者無(wú)顯著差異。有研究表明飽和脂肪酸中硬脂酸、棕櫚酸可以降低血清中的膽固醇含量。巢湖秀麗白蝦的硬脂酸含量為12.69%，明顯高于太湖白蝦的5.20%以及呼倫湖白蝦的5.28%，但巢湖秀麗白蝦的棕櫚酸含量為12.58%，明顯低于呼倫湖秀麗白蝦的17.48%。巢湖日本沼蝦的硬脂酸含量為13.63%，是淀山湖日本沼蝦1.89倍，但棕櫚酸含量明顯低于淀山湖的日本沼蝦，約為淀山湖日本沼蝦88.0%，可見，與其他湖泊的蝦類相比，巢湖蝦類硬脂酸含量明顯偏高，棕櫚酸含量明顯偏低，就總的飽和脂肪酸含量而言，巢湖蝦類與其他湖泊差異不大。脂肪酸組成與水體中藻類種類及數(shù)量等有關(guān)，可能是不同湖泊的生態(tài)條件差異導(dǎo)致了脂肪酸組成的差異。本試驗(yàn)中秀麗白蝦硬脂酸、棕櫚酸含量均低于日本沼蝦，單從硬脂酸和棕櫚酸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值考慮，日本沼蝦的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于秀麗白蝦。

巢湖秀麗白蝦和日本沼蝦的總的低不飽和脂肪酸含量無(wú)顯著差異，其中的棕櫚油酸含量日本沼蝦(5.54%)顯著高于秀麗白蝦(3.52%)。棕櫚油酸是一種重要的低不飽和脂肪酸，有降血糖、抗炎癥等作用。就多不飽和脂肪酸而言，巢湖秀麗白蝦的含量顯著高于日本沼蝦，而與其他水體相比，巢湖兩種蝦類的多不飽和脂肪酸含量明顯高于太湖、呼倫湖秀麗白蝦和淀山湖日本沼蝦。多不飽和脂肪酸在維持生物膜結(jié)構(gòu)與功能和保護(hù)細(xì)胞等方面都具有顯著的作用效果，就多不飽和脂肪酸含量而言，巢湖蝦類營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高，其中秀麗白蝦又高于日本沼蝦，對(duì)二十二碳六烯酸含量的分析也顯示，巢湖秀麗白蝦的(8.86%)顯著高于日本沼蝦的(5.97%)，而二十二碳六烯酸是生物體非常重要的多不飽和脂肪酸，是神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞生長(zhǎng)及維持的一種主要成分，具有保證細(xì)胞正常生理功能、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫機(jī)能等作用。

3.2 食性分析

脂肪酸作為生物體的必需組成成分，在食物鏈中能夠從較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)向較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞，而且在傳遞過(guò)程中組成較穩(wěn)定，因此，在現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)食物鏈和食物網(wǎng)的研究中，利用特征脂肪酸推導(dǎo)食性是研究手段之一。例如，反油酸和二十二碳六烯酸是浮游動(dòng)物的主要標(biāo)志物，二十碳烯酸、順芥子酸是橈足類的標(biāo)志物，棕櫚油酸和二十碳五烯酸是硅藻類的標(biāo)志物，花生四烯酸是底棲生物的主要標(biāo)志物，亞油酸和亞麻酸是陸地植物的主要標(biāo)志物等，目前采用該方法對(duì)拉氏南美南極魚()、脊尾白蝦()、南極磷蝦()、小黃魚()、棘頭梅童魚()等進(jìn)行過(guò)分析，本研究嘗試用此方法分析秀麗白蝦和日本沼蝦的食性。

溫周瑞等的研究顯示，秀麗白蝦與日本沼蝦胃含物包括藻類、有機(jī)碎屑、水生植物、輪蟲、枝角類、橈足類、寡毛類、水生昆蟲以及魚鱗等，藻類包括藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門與隱藻門等種類。本研究中，巢湖秀麗白蝦和日本沼蝦反油酸、二十二碳六烯酸含量之和約為總脂肪酸含量的15%，說(shuō)明兩種蝦食物組成中浮游動(dòng)物的生物量占據(jù)較大比例，其中秀麗白蝦二十二碳六烯酸含量(8.86%)顯著高于日本沼蝦(5.97%)，而二十二碳六烯酸越高，表明浮游動(dòng)物食性越強(qiáng)，胃含物的分析也顯示，秀麗白蝦胃內(nèi)浮游動(dòng)物(主要包含枝角類與橈足類)的出現(xiàn)率比日本沼蝦更高，兩項(xiàng)研究的趨勢(shì)一致。二十碳烯酸和順芥子酸是橈足類的特征脂肪酸，秀麗白蝦這兩種脂肪酸含量之和為0.21%，日本沼蝦為0.16%，表明兩種蝦均攝食少量的橈足類，秀麗白蝦攝食量略多于日本沼蝦，與胃含物的分析結(jié)果也一致。秀麗白蝦和日本沼蝦的棕櫚油酸和二十碳五烯酸含量之和均大于10%，占脂肪酸比例較高，表明巢湖水域的硅藻較為豐富，與李靜等研究的春夏季巢湖浮游植物平均生物量23.9%由硅藻貢獻(xiàn)結(jié)果相符，胃含物分析顯示，兩種蝦類胃內(nèi)硅藻的出現(xiàn)率也較高，均大于60%?；ㄉ南┧嵬ǔＴ诘讞矬w內(nèi)具有較高含量，研究中秀麗白蝦和日本沼蝦的花生四烯酸含量分別為13.12%和12.17% ，說(shuō)明兩蝦均具有較強(qiáng)的底棲食性，巢湖底棲動(dòng)物種類豐富，包含多種輪蟲、寡毛類等，為這兩種蝦的捕食提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，而且秀麗白蝦的捕食要略多于日本沼蝦。兩種蝦類胃含物中輪蟲的出現(xiàn)率均大于40%，秀麗白蝦出現(xiàn)率略大于日本沼蝦，寡毛類前者的出現(xiàn)率要小于后者，但都小于4%，可能對(duì)攝食影響不大，因此脂肪酸分析結(jié)果與胃含物結(jié)果基本一致。亞油酸與亞麻酸含量之和大于2.5%，被認(rèn)為是陸地植物的特征脂肪酸。研究中秀麗白蝦該數(shù)據(jù)為6.95%，日本沼蝦為7.83%，說(shuō)明其食物組成中含有一定的陸地植物成分。巢湖流域內(nèi)共有7條水系，包含33條小河流，這些河流為巢湖帶來(lái)大量陸地植物有機(jī)碎屑和腐殖質(zhì)，為兩種蝦帶來(lái)豐富的陸源餌料。日本沼蝦這兩種脂肪酸含量大于秀麗白蝦，可初步認(rèn)為日本沼蝦相對(duì)更偏愛攝食陸源性植物。在胃含物研究結(jié)果中，兩種蝦有機(jī)碎屑的出現(xiàn)率均為100%，但沒有明確鑒別出有多大比例源于陸地。十五烷酸和珍珠酸是浮游細(xì)菌的特征脂肪酸，可以指示捕食者攝食浮游細(xì)菌。巢湖秀麗白蝦肌肉的十五烷酸和珍珠酸含量分別為0.86%和0.80%，日本沼蝦分別為0.94%和0.12%，說(shuō)明其直接或間接的攝食一定的細(xì)菌成分，這與李莉等研究蝦攝食的顆粒物或有機(jī)碎屑會(huì)附著細(xì)菌相符，秀麗白蝦的這兩種脂肪酸總含量大于日本沼蝦，說(shuō)明秀麗白蝦攝食細(xì)菌總量多于日本沼蝦。

上述分析所得出的食性及食物偏好與已有的胃含物報(bào)道結(jié)果大致相同。對(duì)于攝食偏好，還可利用營(yíng)養(yǎng)級(jí)(trophic level)概念來(lái)分析。營(yíng)養(yǎng)級(jí)有助于揭示捕食者在生態(tài)系統(tǒng)中的功能，捕食者的營(yíng)養(yǎng)級(jí)水平可以用多不飽和脂肪酸/飽和脂肪酸(PUFA/SFA)或者二十二碳六烯酸/二十二碳五烯酸(DHA/EPA)比值評(píng)估，比值越大營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高。本試驗(yàn)中秀麗白蝦的PUFA/SFA為1.84，DHA/EPA為0.69，日本沼蝦則分別為1.52和0.50，秀麗白蝦的兩種比值更大，說(shuō)明秀麗白蝦營(yíng)養(yǎng)級(jí)大于日本沼蝦，捕食性更強(qiáng)。另外，還可以通過(guò)n-3多不飽和脂肪酸/n-6多不飽和脂肪酸(Σω6/Σω3)比值判斷食物貢獻(xiàn)率對(duì)捕食食物鏈的偏好程度，比值越小，說(shuō)明捕食食物鏈貢獻(xiàn)越大，本研究中秀麗白蝦的Σω6/Σω3的比值為0.40，日本沼蝦0.47，說(shuō)明在巢湖水域中，捕食食物鏈對(duì)秀麗白蝦比日本沼蝦食物貢獻(xiàn)率更大，利用穩(wěn)定性同位素分析法對(duì)鄱陽(yáng)湖與洞庭湖的這兩種蝦類進(jìn)行分析，也得出秀麗白蝦營(yíng)養(yǎng)級(jí)大于日本沼蝦的結(jié)果。