長薄鰍幼魚攝食節律及其胃排空模型的研究

黃穎穎，龍治海，周 波，汪 斌，李正一，徐 飛，陳春娜

（四川省農業科學院 水產研究所，四川 宜賓 644000）

營養會影響魚類的生長、繁殖和健康，魚類通過攝食滿足自身對營養物質的需求，魚類的攝食行為會同時受到外因（如水溫、光照、繁殖狀況等）和內因（攝食節律）的調節［1］。攝食節律是指魚類為適應水溫、光照、食物等周期性變化而形成的具有一定規律的攝食活動［2］，在實際的養殖生產中，根據養殖魚類的攝食節律來調整養殖對象的投喂時間，可有效提高養殖效率。

魚類的胃排空率是指攝食后食物從胃中排出的速率或胃內容物占攝食量百分比的下降比例［3-4］，魚類胃排空率是魚類攝食生態學和水生系統營養動力學研究的必要組成部分，它同攝食頻率、轉化率、吸收率一樣是影響魚類生長的重要因素［5］。胃排空率除被用來估算魚類在自然界中的日攝食率外，還可以利用胃排空率實驗獲得的胃排空時間制定適當的喂養策略，優化養殖魚的飼養方式，提高食物轉化效率，促進魚類生長，降低飼養成本和對養殖環境的污染。

長薄鰍［Leptobotia elongata （Bleeker）］是鰍科魚類中最大的一種，主要分布于長江干流，屬兇猛性底棲魚類，為我國特有物種［6］，其個體大、生長快，適溫范圍廣，營養價值豐富，由于環境的變化，其野生資源量明顯枯竭，現為《中國瀕危動物紅皮書》（魚類）保護名錄魚類之一。有關長薄鰍飼養繁殖、病害防治、生理生態及仔稚魚的生長及攝食特性的研究已有相關報道［7-13］，但有關其幼魚的日攝食節律及胃排空特征的研究尚未見報道。本研究以人工池塘養殖條件下的長薄鰍幼魚為對象，對其晝夜攝食節律及胃排空率進行了研究，旨在闡明其攝食規律，掌握食欲恢復時間，制定合理的投喂策略，以期為指導長薄鰍的人工飼養提供參考，提高養殖效率。

1 材料與方法

1.1 實驗魚

實驗魚為四川省農業科學院水產研究所自行繁育的長薄鰍F1代幼魚，隨機挑選規格一致、體表無傷、體質健康的實驗魚暫養于室內池中的聚氯乙烯網箱中，保持暫養池微流水狀態，實驗用水為經過曝氣和沉淀后的金沙江水，室內水溫保持在（23±1）℃。

暫養期間每天飽食投喂新鮮并經殺菌處理的水蚯蚓1次，保持網箱內始終有餌料存在，待其適應室內環境后開始實驗。

1.2 實驗方法

1.2.1 日攝食節律 實驗設計參照張鵬飛的方法［14］，采用兩種投喂方式，方法1：分段式連續投喂法，將一天24 h平均分為8個時段，每3 h投喂1次，試驗共1組，每組設3個重復，每缸日投喂8次，具體時間設置如下：6:00、9:00、12:00、15:00、18:00、21:00、0:00、3:00。方法2：一次性飽食投喂法，將一天24 h平均分為8個時段（時間設置同方法1），以上述各時間段分別作為一個處理組，試驗共設8個組，每組均設置3個重復，每天每缸飽食投喂一次。

選取大小一致且健康的實驗魚270尾，稱重后隨機平均分成27組，分別放入27個實驗魚缸內，實驗魚初始體重為（9.67±0.34）g。

實驗開始后，按照實驗設計的條件，每天定時投喂過量經殺菌處理的鮮活水蚯蚓，投喂1 h后用虹吸方法將殘餌吸出，投喂的水蚯蚓及回收的殘餌均用濾紙吸水1 min后用電子天平（精度0.0001 g）稱重，記錄每次的投喂量。每天實驗結束時，稱量每缸魚總重。實驗共持續7 d，每天測定水溫，每日換水1次。

1.2.2 胃排空率 選取300尾健康無病、規格一致、平均體質量為（9.87±0.66）g的實驗魚暫養于120 L水族箱，將實驗魚停食48 h后，隨機取出10尾，解剖觀察所有魚胃內均無殘余餌料，確保其處于空胃狀態。根據攝食節律結果，選擇在夜間00:00一次飽食投喂水蚯蚓，使所有的實驗魚充分攝食。投喂30 min后采用虹吸和換水的方式移除水族缸內的殘餌，開始計時為0 h，隨機取樣10尾魚，麻醉（50 mg/L MS-222）后測量體長體重，解剖稱量胃內含物濕重（精確到0.0001 g），用于0 h的攝食量，以后每間隔2 h取樣10尾，逐尾稱量并計算胃內含物重量的平均值，以此作為該取樣時間的胃內含物重量，當所有取樣樣本均為空胃時則結束實驗。

1.3 模型選擇

選用研究胃排空常用的3種數學模型，即指數模型、平方根模型和線性模型，分別對長薄鰍幼魚攝食后胃內含物濕重隨時間變化的實驗數據進行擬合，并繪制胃排空率曲線。3種模型的數學表達式如下：

指數模型：Y=A×e-Bt

平方根模型：Y0.5=A-B×t

線性模型：Y=A-B×t

式中，Y為瞬時胃內含物濕重=胃內含物濕重（g）／魚體質量（g）×100；A為常數；B為瞬時排空率（g/h）；t為攝食后時間（h）。

用Excel對實驗數據進行統計和常規計算，用sigmaplot 14.0對數據進行擬合并獲得相關參數。通過對各擬合模型的相關系數平方（R2）、殘差平方和（RSS）的比較，篩選長薄鰍幼魚胃排空的最優模型。

1.4 數據分析與統計

采用日攝食率作為評估攝食節律的指標。其計算公式如下：

日攝食量=日投喂總量?日殘餌量

日攝食率=100%×Wf / Wt

式中，Wt為日體重（g），Wf為日攝食量（g）。數據以平均值±標準誤（Mean±SE）表示。采用SPSS 20.0統計軟件進行數據分析，差異性比較采用單因素方差分析及Duncan多重比較，P<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同投喂方式對日攝食節律的影響

整個實驗期間長薄鰍活動正常，白天集群潛伏于缸底，夜晚則在缸底沿缸壁集群游動，表現出典型的夜行性活動節律。

圖1 不同投喂方式下長薄鰍幼魚晝夜攝食節律的變化

長薄鰍在兩種投喂方式下得到的兩種攝食節律結果如圖1所示，不同投喂方式下，長薄鰍一天24 h的攝食強度在各時間段差異顯著（圖1）。在一次飽食投喂條件下，長薄鰍在不同時間段都有攝食，攝食活動從21:00開始上升，至00:00達最大值，06:00開始下降，除第6 d外，其余各組白天15:00的攝食率最低，經Duncan’S多重比較分析，21:00、00:00、03:00這3個時間段的攝食率差異不明顯（P>0.05），但與其余時間段差異顯著（P<0.05）。日攝食率在0.97%~4.59%，日平均攝食率為（2.44+0.15）%，7 d的平均攝食率也在00:00表現出攝食高峰，15:00為攝食低谷，結合整個實驗期間的日攝食率來看，長薄鰍攝食表現為24 h的周期變動，攝食高峰出現在00:00。在分段式連續投喂下，實驗期間每天之間的攝食率無顯著性差異（P>0.05），一晝夜中每個時間點的攝食率均低于一次飽食投喂攝食率，其攝食率從21:00開始上升，高峰值出現在00:00，06:00后開始下降，至中午12:00~15:00時間段為一天中最低，與一次飽食投喂條件的變化趨勢相似，表現為24 h一周期的攝食規律，日攝食率范圍為0.16%~2.74%，日平均攝食率為（0.92±0.09）%。

2.2 胃排空時間及胃排空模型

用線性、指數和平方根3種數學模型估算體重為（9.87±0.66）g的長薄鰍幼魚的胃排空率見圖2，圖2中的每一個黑點代表每條魚胃內含物濕重，三角型代表每一組魚胃內含物濕重的平均數，采用相關系數平方值（R2）、殘差平方和（RSS）的值判斷擬合效果，擬合線性模型表達式為y=1.1649?0.0623t，R2=0.7196，RSS=11.00；平 方根模型表達式為y0.5=1.2614?0.0703t，R2=0.9364，RSS=2.49；指 數 模 型 表 達 式 為y=1.8317e?0.2004t，R2=0.9732，RSS=1.05，結果顯示，上述3種數學模型的擬合結果都呈顯著相關關系（P<0.01），其中以指數模型的R2為最大，RSS值最小，相對于線性模型和平方根模型，指數模型更適于描述長薄鰍幼魚胃排空規律。

根據指數模型計算，長薄鰍幼魚的胃排空率為0.2004 g/h，50%胃排空時間為3.5 h，99%胃排空時間為23 h，達到投喂前水平。

圖2 長薄鰍幼魚胃排空曲線的數學模型擬合

3 結論與討論

3.1 不同投喂方式下，長薄鰍幼魚的晝夜攝食節律

攝食節律是魚類攝食生態研究的重要內容，魚類的攝食行為表現出特定的攝食節律，是對所處環境的一種主動適應。本研究發現長薄鰍24 h一周期的攝食節律不受投喂方式的影響。在每天一次性飽食投喂的條件下，長薄鰍幼魚21:00~03:00攝食率明顯高于其它時間段；而在分段式連續投喂的條件下，長薄鰍幼魚攝食節律變化情況同每天一次性飽食投喂條件下的情況相似，高峰出現在00:00，兩種投喂方式均表現出24 h一次的攝食高峰，這與長吻鮠［15］（Leiocassis longirostris）和大菱鲆［16］（Scophthatmus maximus）幼魚日攝食節律在一次飽食投喂條件下更符合實際的觀點不同。長薄鰍屬底棲群居性魚類，搶食兇猛，消化速率快，從胃腸排空時間的結果來看，長薄鰍在攝食23 h后胃內含物排空約99%，因此兩種實驗方法均較好地反應了長薄鰍幼魚的攝食節律。這與不同投喂方式對綠鰭馬面鲀幼魚晝夜攝食節律的結果相同［14］。由此可見，在實際養殖中不同養殖對象攝食節律受投喂方式變化的影響亦不同。

魚類的攝食主要分為白天攝食、晚上攝食、晨昏攝食和無明顯節律4種類型［17］。自然環境下，大多數魚類的攝食活動表現出明顯的晝夜節律變化，魚類會根據餌料豐度、水環境條件及生物鐘的影響而改變它們的進食時間［18］。本研究發現長薄鰍幼魚在兩種投喂條件下，日攝食率高峰值均出現在00:00，21:00~03:00的攝食率明顯高于白天各時間段，說明長薄鰍為典型的夜間攝食魚類。

分子遺傳學的最新研究表明，晝夜節律是通過基因表達調控實現的，目前在魚類中發現有4個晝夜節律基因，分別是Cry基因、Clock基因、Bmal基因和Per基因［19］。這些基因通過“轉錄-翻譯-抑轉錄”機制形成正負調節環路，編碼有價值的時間信息。光照、溫度和攝食通過上述基因的節律性表達與攝食周期同步來起作用。

光照信息（強度、周期、光波組成等）可通過視網膜和松果體上的光感受器被魚類所接受。魚的松果體是一個直接的光感受器，可將外界環境的光照變化轉化為褪黑激素周期性分泌，褪黑激素通過體液循環把光周期的信息傳遞到相應的靶器官（細胞），參與許多節律性生理過程（例如生殖，發育）和行為（例如攝食，運動活動）［20］。長薄鰍喜生活在江邊水流較緩處的石礫縫間，眼小畏光，在本研究中發現長薄鰍攝食高峰出現在光照較弱的夜晚，而在光照強的白天則攝食率低，長薄鰍屬于日伏夜出型魚類，白天在遮蔽物下處于相對靜止狀態，夜晚攝食活動明顯，這可能是因為長薄鰍為一種底棲性魚類，對光線的變化非常敏感，光刺激通過長薄鰍的視網膜感受器轉化為神經沖動，通過時鐘基因的表達將光照信號傳遞給松果體促進褪黑激素的分泌，另一方面，褪黑激素和5-羥色胺（褪黑激素前體）之間形成的反饋回路，通過大腦和胃腸道的內分泌和旁分泌過程調節攝食。

3.2 長薄鰍幼魚的胃排空特征

魚類的胃排空受溫度、季節、魚體質量、代謝率、胃腸飽滿度、餌料性質和生理狀況等因素的影響［21］。魚類在長期演化過程中，形成了一系列適應各自食性類型和攝食方式的消化道結構，因此魚類胃排空的方式也存在種間差異［22］。目前最常見的有3種表現形式：第1種特征為攝食最初階段排空速度最快，隨著胃飽滿度的下降，排空速度減慢［23］；第2種特征是胃內含物重量隨時間呈直線下降的趨勢［24］；第3種方式表現為排空速度由慢及快再減慢的過程［25］，不同魚類的胃排空方式是其攝食習性和對不同食物類型適應的集中表現。

測量魚類胃排空的常用方法除了胃內含物質量分析法外，還包括放射性標記法、染色法和X-射線法等［26-28］。本文以胃內含物質量分析法研究了平均體重為（9.87±0.66）g的長薄鰍的胃排空特點，其排空特征具體表現為攝食開始至攝食后8 h這一階段快速排空，之后為一個緩慢下降的排空過程。通過分析認為，長薄鰍是肉食性魚類，主要以小魚、甲殼類（蝦類）、底棲無脊椎動物和水生昆蟲幼蟲、大型浮游動物等為食，長薄鰍攝食后，大型浮游動物、底棲無脊椎動物、魚肉等物質在消化酶的作用下較快被吸收，表現出快速減少的過程，之后由于動物性食物外殼、骨骼等較難消化部分對消化酶的化學和物理屏障作用，延遲了食糜的排出時間，進而表現出緩慢的下降過程。

3.3 長薄鰍幼魚胃排空最優數學模型

由于魚類的攝食排空方式受魚體自身及環境因子的影響，因此用于表現不同魚類胃排空方式的胃排空模型種類也較多［29］，常用的有3種，即指數模型、平方根模型和線性模型。本文通過比較上述3種數學模型的相關系數（R2）、殘差平方和（RSS），認為指數模型是描述長薄鰍幼魚胃內含物與時間變化關系的最佳模型，其次為平方根模型，線性模型最差。

已有研究發現，許多肉食物性魚類如美國紅魚［24］等的最佳排空模型為線性模型，然而有研究也表明在描述一些肉食性魚類的胃排空特征時也適用指數模型［30-31］。魚類的胃排空是由神經及體液調節的復雜生理過程，由許多相互作用的生理因素包括胃肌產生的推動力、反饋抑制、中樞神經的控制以及胃幽門區域的解剖結構等共同決定，還受到多種環境因素的影響［32］，所以不同條件下選擇的最適胃排空模型不盡相同。因此，本研究只表明了在本實驗條件下以濕重表示胃內含物的變化時，9.87 g左右重的長薄鰍胃排空最佳描述模型為指數模型。

3.4 長薄鰍幼魚的胃排空時間及其對攝食的影響

魚類的胃排空程度與其食欲恢復密切相關。一般認為，食欲恢復的極限點為胃內殘留物為零或胃內含物排空達100%［33］，當魚類胃內含物排空達80%時，其食欲基本得到恢復［34］。在魚類食欲恢復的時候投喂，可提高食物轉化效率，促進魚類生長，根據排空率制定魚類的投喂策略具有生產指導意義。用胃排空模型可以預測胃排空時間，本研究根據指數模型，在水溫23 ℃的條件下，長薄鰍幼魚的胃排空率為0.2004 g/h，有關研究表明，在水溫23 ℃的條件下，體質量為10.47 g的俄羅斯鱘幼魚胃排空率為0.066 g/h［34］；體重為8.52 g的許氏平鲉在水溫22 ℃的條件下，胃排空率為0.047 g/h［35］。和其它魚類相比，長薄鰍的胃排空率較大，其消化食物的速度也相對較快，預測其胃排空達到50%（食欲恢復50%）所需時間為3.5 h，食欲基本恢復（胃排空達到80%）時間為8 h，食欲完全恢復（胃排空達到99%）時間為23 h，即理論上投喂間隔8 h時長薄鰍的食欲已基本得到恢復。但在養殖中發現，在白天自然光照環境下，即使長薄鰍食欲基本得到恢復，但其攝食率仍然偏低，結合其攝食節律，攝食率升高發生在傍晚18:00以后，直至夜間達到最大，因此，綜合考慮其攝食節律及胃排空特點，建議長薄鰍幼魚的投喂時間可安排在傍晚以后，每天投喂一次。