养殖密度对大黄鱼生长、血清生化、营养成分、消化酶和代谢酶活力的影响

余友斌,黄温赟,崔铭超

(1 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所,上海 200092;2 农业农村部渔业装备与工程技术重点实验室,上海 200092;3 青岛海洋科学与技术试点国家实验室深蓝渔业工程联合实验室,山东 青岛 266237)

大黄鱼是一种重要的海洋经济鱼类,主要分布于中国、日本和韩国[1]。因其生长速度快、环境耐受广、营养价值高以及市场接受范围广等优势,目前已经成为中国海水养殖量最高的鱼类[2-3]。2021年,中国大黄鱼产量达到254 224 t,占中国海洋鱼类养殖总量的13.79%[4]。大黄鱼在中国主要为粗放式的近岸网箱养殖,由于水体溶氧、废物处理能力等因素的限制,网箱养殖中养殖密度无法得到有效的提高[5]。而工业化养殖如封闭式养殖工船模式等具有环境可控、资源利用好、养殖密度高等优势,是未来大黄鱼养殖高质量发展的重要途径[6-7]。

在工业化的养殖中,增加养殖密度是提高生产效益的直接途径。然而,持续高密度养殖常对鱼类养殖造成不利的影响[8-9]。目前已经对如日本黄姑鱼(Nibeajaponica)、草鱼(Ctenopharyngodonidellus)、鲫鱼(Carassiusauratus)、青石斑鱼(Epinephelusawoara)等多种鱼类的养殖密度开展了研究[10-14]。这些研究表明,高密度养殖可能对鱼类的生长、存活、代谢、消化、免疫和营养价值等方面产生不利影响。遭受胁迫的鱼类通常会经历一系列生化和生理变化以维持体内平衡。例如,在高密度应激状态下,通常会检测到血浆皮质醇、葡萄糖和游离氨基酸水平显著升高,通过增加能量代谢的方式来应对应激[15]。另外,研究也表明不同鱼类所适宜的养殖密度也有所不同[16]。

近年来,鉴于大黄鱼在海洋渔业中的重要性,科研人员在大黄鱼养殖环境适应等方面已经开展了诸多研究[17-19]。虞嘉玥等[20]研究了短期密度胁迫对大黄鱼的影响,结果表明高密度可影响大黄鱼机体的氧化应激反应。然而,工厂化流水养殖条件下养殖密度对大黄鱼的影响关系却未有报道。

本研究旨在探讨3种不同养殖密度对大黄鱼的影响,通过比较不同处理下的代谢酶活性、消化酶活性、肌肉营养价值以及生长、存活等指标的变化规律,以探讨大黄鱼在不同养殖密度下的生长变化和生理适应机制。

1 材料与方法

1.1 试验鱼和养殖管理

本研究在青岛胶南水产养殖试验基地进行。试验所用的大黄鱼[体质量(120±5)g]购自宁德市富发水产有限公司。活鱼车转运至基地后,挑选健康无伤的鱼在连续充氧的16 m3(长4 m、宽4 m、高1 m)水泥池中暂养14 d。暂养期间每天早、晚(8:00,17:00)各投喂一次浮性膨化颗粒配合饲料,待摄食完全正常后按饱食投喂,日投喂量约为鱼体质量的1.2%～1.5%,具体投喂量根据大黄鱼的摄食情况随时调整,尽量减少残饲的出现。具体投喂时先少量投饲,等鱼群都开始起浮摄食时,大量投喂,待鱼群下沉不再摄食时,停止投喂,称量记录每池的投喂量。

该试验采用室内工厂化流水养殖模式,水体的交换率控制在6次/d。每天在投喂后2 h排水一次,排水量80%,以便充分清除残饲和粪便,并视水质情况每3 d或每周清理一次池底和池壁,保持各池水质的良好和一致。养殖用水为砂滤地下海水,养殖期间,每天检测各养殖池的水体水温、溶氧和盐度,每周各池测试一次水体氨氮水平。各池的水质保持一致,水温、溶氧和盐度分别为 21±3 ℃、8.0±1.0 mg/L和(24±1)‰,氨氮含量均保持在0.02 mg/L以下。

1.2 试验设计

本试验大黄鱼设置3个初始养殖密度:分别为低密度组(4.92 kg/m3,LD),中密度组(7.56 kg/m3,MD)和高密度组(10.08 kg/m3,HD),每个密度组设置3个平行,每个平行使用一个养殖池,共使用9个养殖池。暂养结束后,按照试验设计,低密度每池投放650尾,中密度每池投放1 000尾,高密度每池投放1 350尾,养殖试验为期5个月。试验期间的管理与暂养期间相同,水质理化条件也与暂养期间保持相同,每天记录死亡的鱼数量。

1.3 样本采集

试验结束后,将所有的大黄鱼饥饿24 h。每个养殖池随机采集6尾大黄鱼,每组采集18尾,一共采集54尾。取样前采用质量浓度100 mg/L的MS-222麻醉后,测量所有样本的湿重和体长。随后,用1 mL注射器抽取血液,4℃过夜,3 000 g/min离心10 min分离获取血清用于生理生化检测。接着,在冰上对样本进行解剖,依次获取胃、前肠、肝脏组织,用于消化和代谢酶活性检测。最后,使用手术剪刀在鱼的背部采集一块2 cm×3 cm大小的去皮肌肉,用于营养成分检测。所有组织除血液外采集后均立即置于液氮中,随后采用干冰运送至实验室,长期保存于-80℃,检测时取出。

1.4 肌肉营养成分的测定

依据AOAC(2003)标准[21]中的方法,对肌肉组织中的水分、灰分、粗蛋白和粗脂肪含量进行检测。该测试共检测9份样本,每组3份,每份由同个养殖池的6尾鱼样品混合而成。水分的检测采用脱水法,将样本在DHG-9240型烘干机中于105℃条件下干燥至恒重,称量计算出水分含量。灰分的检测采用焚烧法,样品在600 ℃的马弗炉中焚烧12 h,称量计算出灰分含量。粗蛋白的检测采用单酸消化法,使用Kjeldhal装置(Kelplus DISTYL-BS,Pelican Equipments Pvt.Ltd.Chennai,India)进行测定。采用索氏抽(索氏抽提仪B-801,Switherland)提法,以乙醚为抽提剂测定粗脂肪含量。

1.5 血清生化指标的测定

本试验样品血清中包括葡萄糖(GLU)、总蛋白(TP)、总胆固醇(T-CHO)以及乳酸(LD)的含量检测均采用南京建成生物工程研究所生产的商业试剂盒,相应操作参照说明书进行。

1.6 酶活力的测定

消化酶活力检测内容包括胃中的胃蛋白酶(PP)活力以及肠道中的胰蛋白酶(Try)、淀粉酶(AMS)、脂肪酶(LPS)和纤维素酶(CL)活力。代谢酶活力检测内容包括肝脏中丙酮酸激酶(PK)、己糖激酶(HK)、乳酸脱氢酶(LDH)、琥珀酸脱氢酶(SDH)。

准确称量所采集的胃、肠道和肝脏组织,向各组样品中分别加入生理盐水(1∶ 9,w/v),随后充分研磨,并在3 500 g/min、离心半径10 cm条件下离心10 min,取上清进行酶活性检测。以上酶活力测定均采用商业试剂盒检测(南京建成生物工程研究所,南京),严格参照说明书进行相应操作,使用酶标仪(Thermo fisher FC 1510)测定。组织总TP测定按照考马斯亮蓝法[22],以牛血清白蛋白(BSA)作为标准,采用试剂盒(南京建成)进行。

1.7 数据统计与分析

试验鱼的增重率(%)、肥满度(g/cm3)以及存活率(%)等相关生长指标的计算参考倪金金等[23]的方法。

本试验数据采用SPSS 22.0(Chicago,IL,USA)进行统计分析。采用平均值±标准差(Mean±SD)来表示试验数据。数据进行对数变换来满足方差齐性分析和标准正态分布的要求。采用单因素方差分析(ANOVA)和邓肯(Ducan)多重比较分析来确定不同组间的差异性,P<0.05为具有统计学显著性;使用GraphPad Prism 5进行图表制作。

2 结果

2.1 养殖密度对大黄鱼生长、存活的影响

本试验大黄鱼在3个不同的初始放养密度下,养殖5个月。结果发现,大黄鱼的增重率随养殖密度的增加呈下降趋势,且高密度组的增重率显著低于低、中两个密度组(P<0.05),低、中密度组之间无显著性差异(P>0.05)。不同密度组间的存活率和肥满度无显著性差异(P>0.05),但均呈现随养殖时间增加而降低的趋势。试验结束后,低密度组密度为10.38 kg/m3、中密度组密度为14.41 kg/m3、高密度组密度为18.71 kg/m3(表 1)。

表1 养殖密度对大黄鱼生长、存活的影响Tab.1 Effects of different densities on the growth of large yellow croaker

2.2 养殖密度对大黄鱼肌肉成分的影响

大黄鱼肌肉营养成分受养殖密度影响显著(表2)。高密度组和中密度组的鱼体肌肉水分和灰分含量均显著高于低密度组,且高密度组显著高于中密度组。与低密度组相比,高密度组和中密度组的鱼体肌肉的粗蛋白含量显著降低(P<0.05),且高密度组的粗蛋白含量较中密度组也发生了显著性降低。各密度组大黄鱼的肌肉粗脂肪水平随着养殖密度的增加呈下降趋势,但各组之间没有显著性差异(P>0.05)。

表2 不同养殖密度下大黄鱼肌肉组织的营养组成Tab.2 Nutrients composition in the muscle tissues of Larimichthys crocea reared under the three experimental groups

2.3 养殖密度对大黄鱼血清生化指标的影响

大黄鱼在不同养殖密度下养殖5个月后,各组鱼体血清生化成分的含量变化情况如图1所示。大黄鱼血清中的乳酸水平随养殖密度的增加而不断增加,中、高密度组的该指标含量显著高于低密度组(P<0.05),且中、高密度组间不存在显著性差异(P>0.05)。此外,血清中的葡萄糖、总胆固醇及总蛋白在试验结束时含量变化不大,在不同密度组之间不存在显著性差异(P>0.05)。

图1 养殖密度对大黄鱼血清生理生化指标的影响Fig.1 Effects of density on physicological and biochemical indexes in serum of large yellow croaker

2.4 养殖密度对大黄鱼体内4种代谢酶活力的影响

不同养殖密度下养殖大黄鱼5个月,肝脏组织的代谢酶活性如图2 所示。大黄鱼肝脏代谢酶活性随养殖密度的增大呈上升趋势,高密度组的丙酮酸激酶(PK)、琥珀酸脱氢酶(SDH)及己糖激酶(HK)活性显著高于中密度组和低密度组(P<0.05),中密度组和低密度组之间无显著性差异(P>0.05)。此外,乳酸脱氢酶(LDH)含量随养殖密度增加而不断升高,高密度组的该指标含量显著高于中、低密度组(P<0.05),且中密度组显著高于低密度组(P<0.05)。

图2 养殖密度对大黄鱼肝脏代谢酶活动的影响Fig.2 Effects of density on metabolic enzyme activity in liver of large yellow croaker

2.5 养殖密度对大黄鱼机体5种消化酶活力的影响

在高密度长时间养殖下,大黄鱼消化组织中的消化酶活性发生显著性的变化,与养殖密度呈负相关(图3)。在胃和肠道组织中,高密度和中密度组的蛋白酶(PP)、淀粉酶(AMS)、纤维素酶(CL)、脂肪酶(LPS)活力均显著低于低密度组(P<0.05),但高密度组与中密度组间差异显著(P>0.05)。此外,高密度组的胰蛋白酶(Try)活力仅显著低于低密度组(P<0.05),这两组与中密度组相比,不存在显著性差异(P>0.05)。

图3 养殖密度对大黄鱼胃、肠道中消化酶活力的影响Fig.3 Effects of density on degestive enzyme activities in stomach and intestine of large yellow croaker

3 讨论

3.1 养殖密度对大黄鱼生长的影响

3.2 养殖密度对大黄鱼营养组成的影响

大黄鱼肌肉作为主要的可食部分,肌肉的组分含量是评价其营养和经济价值的重要指标[31]。本研究发现,养殖密度能够显著影响大黄鱼的肌肉水分和灰分含量,并且随养殖密度的增加而提升,这与学者在大杂交鲟和北极鲑(Salvelinusalpinus)在养殖密度上研究结果一致[32-33]。本研究还发现,养殖密度与鱼肌肉粗蛋白和粗脂肪含量呈负相关,且高密度组的粗蛋白含量发生显著性减低。Omar等[34]研究也发现类似的规律,胡子鲇(Clariaslazera)在高密度条件下其鱼体粗蛋白随着养殖密度增大显著降低。结合已有研究,推测造成大黄鱼肌肉营养组分变化的原因可能是大黄鱼在高密度胁迫下,机体内部需要动员更多的能量以满足额外的需求,因此肌肉中所储存的脂质和蛋白质被大量消耗,转化为能量供应的反应底物,而有机质的大量消耗导致了水分和灰分的相应增加。

3.3 养殖密度对大黄鱼血清生化的影响

鱼类血清生化数据可用来评判鱼类对营养物质摄取、吸收和代谢的情况[35]。本试验结束时,3个密度组血糖、总蛋白和总胆固醇含量没有显著差异,这可能是因为高密度组鱼处于慢性密度胁迫条件下这些物质慢慢地趋于稳定。与之相似的是,大杂交鲟幼鱼在持续60 d的高密度养殖条件下,其血糖含量也未发生显著性变化[36]。但其总蛋白和总胆固醇含量均发生了显著性降低,这种差异可能与鱼的种类或规格有关。本研究还发现,高密度组大黄鱼血清中的乳酸含量显著性升高,这与银鲳在高密度养殖下乳酸水平显著上升一致,推测原因为鱼体为抵抗高密度胁迫,通过加强糖异生作用,增加能量供应以抵不利环境,而乳酸作为该作用中的重要物质显著增加[37]。

3.4 养殖密度对大黄鱼代谢酶活力的影响

鱼类代谢酶是一类参与机体内营养物质转化的重要物质[38]。本研究结果表明,大黄鱼肝脏中的丙酮酸激酶(PK)、琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)及己糖激酶(HK)活性均随着饲养密度的增加而显著增加的趋势。其中,高密度养殖通过提升大黄鱼机体内丙酮酸激酶和己糖激酶的活力,促进了机体的能量消耗,通过糖异生作用生产更多的能量来增强机体对环境的适应能力[39]。类似的研究表明,嘉鱼(Salvelinusfontinalis)在高密度养殖条件下的多种代谢酶活性如磷酸果糖激酶、果糖二磷酸酶等酶活力显著提升,从而更多地调动鱼体内甘油三酯的来源物质、促进甘油的糖异生作用,以应对环境对机体的不利影响[38]。琥珀酸脱氢酶和乳酸脱氢酶是动物体内有氧和无氧呼吸过程中重要的两个酶,当大黄鱼在拥挤环境应激导致能量需求增加时,通过厌氧代谢来提供更多的能量,而乳酸就是一种无氧代谢的标志[40-41]。以上结果同时验证了大黄鱼机体营养组分中的粗蛋白和粗脂肪含量降低和血清中乳酸含量升高的原因,表明了不同养殖密度对鱼类的能量代谢产生影响的同时,改变了鱼体营养物质组成情况,从而对鱼类的肌肉品质和能量积累产生不利影响。

3.5 养殖密度对大黄鱼消化酶活力的影响

鱼类消化酶活性是一类反映鱼体对营养物质消化吸收能力高低的重要指标[42-43]。研究发现,银鲳和罗非鱼的消化酶活性受养殖密度影响会发生显著改变[37,44]。本试验结束时,高密度组大黄鱼所检测的4种消化酶活性相较于中、低密度组,均发生显著性降低,说明高密度不利于鱼体组织对饲料等外界营养物质的消化和吸收,也从侧面揭示了高密度组生长速度较慢的原因。

4 结论

综上所述,较高的养殖密度与大黄鱼的生长性能呈负相关,且能够显著影响鱼体的物质消化、能量代谢和营养积累能力。大黄鱼在高密度饲养条件下通过显著提升代谢酶的活性加剧鱼体代谢能的增加以应对不利的环境条件,同时,由于拥挤胁迫的原因鱼体对外界营养物质的利用能力下降,使得在吸收更少能量的同时又消耗了更多的营养物质,因此,用于生长的能量减少从而抑制了鱼体的生长。适宜的养殖密度对大黄鱼品质和福利具有重要意义。由于本试验未设置更多的养殖密度梯度,封闭式流水养殖系统下养殖密度对大黄鱼生长性能的影响以及确切的作用机制仍有待于进一步的研究。