不同水流速度對虹鱒生長性能、呼吸代謝及免疫相關酶活性的影響?

代忠義，高勤峰，2??, 高永剛，董雙林，2

(1.海水養殖教育部重點實驗室(中國海洋大學)，山東 青島 266003; 2.青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋漁業科學與食物產出過程功能實驗室，山東 青島 266237; 3.山東省榮成市漁業技術推廣站，山東 威海 264300)

水流速度是重要的水環境因子，直接影響著魚類的生存、生長和發育等一系列生理過程。適當的流速不僅可以促進魚類的生長，提高能量利用率，還為養殖魚類帶來了充足的溶解氧和清新的水質，為魚類生長提供了良好的水質環境。在自然界中，大部分魚類具有趨流性特征，魚類會根據自身情況選擇適合其生存的水流條件。根據魚的種類不同，其所擅長的運動方式和運動能力也有差異，一些比較活潑的魚類，例如虹鱒(Oncorhynchusmykiss)、大西洋鮭魚(Salmosa-lar)、黃尾鰤(Seriolalalandi)等，喜歡生活在具有一定流速的水環境中，部分底棲魚類例如大菱鲆(Scophthalmusmaximus)、牙鲆(Paralichthysolivaceus)、半滑舌鰨(Cynoglossussemilaevis)等更喜歡生活在靜水或緩慢的水流中，這些差異直接或間接影響著魚類的物質轉化和能量代謝[1]。

虹鱒(Oncorhynchusmykiss)隸屬硬骨魚綱(Osteichthyes)鮭科(Salmonidae)大馬哈魚屬(Oncorhynchus)，是一種典型的冷水性硬骨魚類。因其肉質鮮美、蛋白含量高、肌間刺少而深受國內外廣大消費者的喜愛，現已成為世界范圍內重要的養殖經濟魚類之一。中國冷水性鮭鱒魚養殖起步較晚，由于受地理環境的限制，主要在具有冷水資源的地區進行淡水養殖，主要養殖方式有流水或微流水池塘養殖、水庫網箱養殖、放牧式養殖和工廠化養殖[2]，養殖規模較小，產量較低。海水養殖是實現鮭鱒魚規?；a的重要手段，限制我國鮭鱒魚海水網箱養殖的主要因素是夏季海水溫度過高，不適合鮭鱒魚生存，但在我國黃海中部洼地夏季存在一個巨大的冷水團，其底層水溫不高于10 ℃，溶氧充足，水質優良，為鮭鱒魚的海水養殖提供了優質的自然條件[3-6]。2018年5月4日，我國首座全潛式大型網箱“深藍一號”建成下水，用于在黃海冷水團海域開展鮭鱒魚養殖，并于2019年取得成功，實現了在低緯度溫帶開放海域養殖冷水魚的創新和突破，對中國“藍色糧倉”的建設及深遠海國家戰略的發展具有重要意義[6]。虹鱒魚耐鹽性廣，經過海水馴化后能完全適應海水生活，是海水網箱養殖的優質魚類之一。相關研究表明，虹鱒對海水的適應性隨著規格的增大而增強[7]，在海水網箱養殖中，其入海最小規格受入海前的營養狀態、鹽度、光照等環境條件影響，國外通常將100 g的虹鱒轉移到海水中進行網箱養殖[8]，目前中國主要采用300～400 g的虹鱒作為入海規格，經過2年的海水網箱養殖，可達到平均體質量5 kg的商品魚規格。水流速度是虹鱒養殖的重要影響因素之一，黃海冷水團的水流速度自冷中心向外逐漸增大，流速最大值約為30 cm/s[9-10]，因此，研究不同流速對虹鱒生長及其生理生化指標的影響具有重要意義。

目前，國內關于不同流速對魚類的影響僅在細鱗鮭(Brachymystaxlenok)[11]、齊口裂腹魚(Schizothoraxprenanti)[12]、紅鰭銀鯽(Barbodesschwanenfeldi)[13]和鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)[14]中有過相關報道，其主要研究對象為幼魚，而且都只是短時間內的水流刺激，并不能體現長期不同的水流對魚類生理生化的影響。國外學者主要研究了不同流速對鮭鱒魚的肌肉結構[15]、心臟功能[16]和能量消耗[17]等方面的影響，但關于不同流速對虹鱒生長、呼吸代謝和免疫的影響的研究鮮有報道。本實驗探究了不同流速對虹鱒生長、呼吸代謝和免疫的影響，以期為虹鱒養殖流速的選擇提供科學的理論指導。

1 材料與方法

1.1 實驗材料和裝置

實驗用魚為體格健壯、活性較好的二倍體虹鱒，購于臨沂市沂水縣萬澤豐養殖場，平均體質量為(370.00±5.00)g，平均體長為(30.0±0.5)cm。淡水暫養3 d后進行鹽度馴化，初始鹽度為0，鹽度每天升高2，直至鹽度30，使虹鱒完全適應海水生活，隨后開始流速養殖實驗。如圖1所示，實驗采用環形泳道裝置，在直徑2.3 m、高0.5 m的圓柱形養殖池(2.08 m3)中，通過裝置圓桶和螺旋槳使之形成一個寬度為0.55 m、高度為0.5 m的環形泳道，通過調節螺旋槳的轉速來調節水流速度，使用流速計LS300-A(北京韓泰)測量水流速度，在螺旋槳推進器前后設置攔網，攔網可自由移動，以便選取流速相對穩定的區域進行實驗。

(1.變頻器；2.進水口；3.水槽；4.支架；5.圓筒；6.螺旋槳；7.排水口；8.游泳區域；9.攔網。1.Speed controller；2.Water inlet；3.Water channel；4.Supports；5.Cylinder；6.Propeller；7.Water outlet；8.Swimming area；9.Wire grid.)

1.2 實驗設計及樣品采集

本實驗共設置5個流速處理組，分別為0、0.3、0.6、0.9和1.2 bl/s，即每秒流速為0的靜水組和每秒流速分別為0.3、0.6、0.9和1.2倍實驗魚初始體長(body length，bl，30 cm)的流水組，將90尾虹鱒均勻地分于5個流速處理組，每組18條，在一周內逐漸將水流速度調節到所需流速。每天使用流速計測2次流速，使流速保持穩定。在整個實驗期間，流速和其他養殖環境條件保持恒定。養殖用水為砂濾處理的自然海水，鹽度為30，溶解氧為7～8 mg/L，自然光照，每天飽食投喂2次(早8：00和晚19：00)。由于實驗飼料為沉性飼料，為保證實驗魚正常攝食，所以投喂時暫停水流約40 min(短時間的停止水流不會對實驗結果產生顯著影響)。攝食后收集殘餌糞便，并將流速調到設定流速。每天換水量為全部水量的1/4，40 d養殖實驗結束后，停食24 h，進行樣品采集。本實驗將每尾魚視為一個獨立樣本進行取樣，每個處理組隨機取虹鱒8尾，麻醉后稱量體質量，測量體長，隨后使用2.5 mL注射器進行尾靜脈取血，并在冰盤上進行活體解剖，取出肌肉、肝臟、胃和腸道組織，液氮迅速冷凍后轉移至-80 ℃冰箱中，保存備用。將血液樣品注入抗凝管中，3 000 r/min轉速離心15 min，抽取上清液，并置于-80 ℃條件下保存。

1.3 呼吸代謝率的測定

由于本實驗采用的環形泳道裝置體積相對較小，雖然水體與空氣有接觸，但由于是在靜水條件下測定水中溶解氧的變化，測定過程中并無水體流動，并且兩次記錄溶解氧讀數的間隔時間較短，所以短時間內空氣和靜止小水體間的氧氣交換可忽略不記，且在測定開始前，對不放魚的泳道連續3次監測水中溶解氧含量的變化，每次間隔10 min，發現溶解氧含量并無顯著變化，因此本實驗采用開放法測定標準呼吸代謝和餐后代謝速率。在養魚的泳道中，連續3次監測水中溶解氧含量的變化，每次間隔10 min，通過水體中溶解氧減少量計算耗氧率，以耗氧率代表呼吸代謝率。公式如下：耗氧率(mg/(kg·h))=(初始溶解氧(mg/L)-終末溶解氧(mg/L))×水容積(L)/(魚體質量(kg)×耗時(h))。

1.4 免疫指標的測定

堿性磷酸酶、谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶活性的測定采用全自動生化分析儀Cobas C-311(Hitachi High-Technologies Corporation, Mannheim, Germany)，試劑盒由羅氏診斷公司提供。超氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性、丙二醛含量和蛋白含量均采用南京建成試劑盒測定。超氧化物歧化酶用WST-1法測定，在450 nm處比色測定吸光度值計算其活性，過氧化氫酶采用鉬酸銨法測定，在405 nm處測定H2O2變化量，從而計算出過氧化氫酶活性，丙二醛含量采用TBA法測定，在532 nm處比色測定吸光度值計算其含量，蛋白含量采用BCA微板法測定。

1.5 數據統計分析

采用SPSS v25.0軟件對所測定數據進行單因素方差分析。若方差分析顯著，進一步進行鄧肯多重比較，分析組間差異顯著性，顯著水平設定P<0.05。實驗數據采用平均值±標準差(Mean±SD)表示，攝食量以每個實驗組在養殖期間攝入的總食物量表示。

2 結果

2.1 不同流速對虹鱒生長的影響

經過40 d不同流速的養殖實驗，虹鱒的生長指標如表1所示。隨著流速的增加，虹鱒的終末體質量、體質量增加率、特定生長率、肝體指數都呈先升高后降低的趨勢，在流速為0.9 bl/s時達到最大值，其終末體質量、體質量增加率和特定生長率均顯著高于流速為0、0.3和0.6 bl/s的實驗組(P<0.05)，而和1.2 bl/s的實驗組差異不顯著(P>0.05)。此外，各流速組間的肝體指數、肥滿度、心體指數和脾體指數差異不顯著(P>0.05)。總攝食量在0.9 bl/s的流速條件下最高，在0 bl/s的流速條件下最低。飼料系數在0.9 bl/s的流速條件下最低。流速為0和0.3 bl/s的實驗組中虹鱒的存活率低于流速為0.6、0.9和1.2 bl/s的實驗組。

表1 不同流速對虹鱒生長性能的影響

2.2 不同流速對虹鱒呼吸代謝的影響

如圖2A所示，所有流水組虹鱒的標準代謝均顯著低于靜水組(P<0.05)。隨著流速的增加，虹鱒的標準代謝呈先降低后升高的趨勢。在0.9 bl/s的流速條件下，虹鱒的標準代謝最低，顯著低于流速為0和1.2 bl/s的實驗組(P<0.05)，而流速為0.3、0.6和1.2 bl/s的實驗組間標準代謝差異并不顯著(P>0.05)(見圖2A)。此外，流水組的餐后代謝率顯著低于靜水組(P<0.05)，而不同流速組之間差異不顯著(P>0.05)(見圖2B)。

(不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters represent significant differences(P<0.05).)

2.3 不同流速對虹鱒免疫的影響

不同流速條件下，虹鱒的免疫指標變化情況如圖3所示。隨著流速的增加，虹鱒血漿中超氧化物歧化酶活力呈先升高后降低的趨勢，并在流速為0.9 bl/s時達到最高值，顯著高于流速為0、0.3、0.6和1.2 bl/s的實驗組(P<0.05)(見圖3A)。此外，不同水流條件下，堿性磷酸酶活力與超氧化物歧化酶活力具有相似的變化趨勢。隨著流速的增加，虹鱒血漿中的堿性磷酸酶活力同樣呈先升高后降低的趨勢，然而堿性磷酸酶活力在流速為0.6 bl/s時達到最高值，并顯著高于流速為0、0.3、0.9和1.2 bl/s的實驗組(P<0.05，見圖3B)，其他各流水組間堿性磷酸酶活力無顯著性差異，均高于靜水組(P>0.05，見圖3B)。如圖3C所示，隨著流速的增加，虹鱒血漿中的谷草轉氨酶活力呈先升高后降低再升高再降低的趨勢。在流速為0.9 bl/s時虹鱒血漿中谷草轉氨酶活力最高，其次為0.3 bl/s的實驗組，且均顯著高于流速為0、0.6和1.2 bl/s的實驗組(P<0.05)。虹鱒血漿中谷丙轉氨酶活力在流速為0.9 bl/s的實驗組顯著升高，其余各組間無顯著性差異(見圖3D)。此外，不同流速條件下，虹鱒肝臟中過氧化氫酶活力和丙二醛含量如圖3E和3F所示。隨著流速的增加，虹鱒肝臟中過氧化氫酶活力呈先升高后降低的趨勢，但并不存在顯著性差異(P>0.05)。流速為0.6、0.9和1.2 bl/s的實驗組丙二醛含量顯著低于流速為0和0.3 bl/s的實驗組(P<0.05，見圖3F)。

(不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters represent significant differences(P<0.05).)

3 討論

3.1 不同流速對虹鱒生長的影響

通過本研究發現，經過40 d不同流速的養殖實驗，0.9 bl/s的流速顯著提高了虹鱒的體質量增加率和特定生長率，其他各流速組在統計學上無顯著差異，但流水組的體質量增加率和特定生長率均高于靜水組。水流增加了食物的消耗，且在0.9 bl/s流速下攝食量最大，但飼料系數最低、生長最快。推測可能是運動訓練提高了虹鱒的消化能力，使其對能量的利用效率提高，且水流可能減少了虹鱒個體間的壓力和斗爭情況，使更多的能量用于生長。相似的研究結果也在其他魚類中被發現，Li等[18]研究表明，有氧訓練提高了中華倒刺鲃(Spinibarbussinensis)幼魚的攝食量，促進了其生長并提高消化酶活力，Castro等[19]分別以0.8和1 bl/s的流速對大西洋鮭進行了6周持續性和間斷性有氧訓練，結果表明經過有氧訓練的魚比未經過訓練的魚具有更好的生長性能和游泳能力。在對褐鱒(Salmotrutta)的研究中發現，經過14～28 d的水流訓練，和靜水組相比，在流速為1.5 bl/s的條件下，魚的生長速度更快，食物轉化效率更高[20]，然而過大的流速(4.5 bl/s)嚴重損害了魚體健康，致使其死亡率達到70%。Leon[21]研究發現，在有水流的條件下，美洲紅點鮭(Salvelinusfontinalis)不僅提高了生長和身體的健壯性，且飼料系數也有所降低。在本實驗中，運動訓練對心體指數、肝體指數、脾體指數和肥滿度均無顯著影響(見表1)，但0.9 bl/s組的心體指數、肝體指數均高于其他組，這和Castro的研究結果相類似，大西洋鮭經過10周的運動訓練提高了其心臟質量[22]，這可能為其快速生長提供了支撐。

3.2 不同流速對虹鱒呼吸代謝的影響

呼吸代謝是動物最基本的生命活動,其代謝強度與環境因素有密切的關系。魚類代謝包括標準代謝、特殊動力作用和活動代謝[23]。標準代謝是魚類在禁食和安靜狀態下的代謝，特殊動力作用是動物在進食后一段時間內，由食物刺激機體產生額外熱量消耗的作用。相關研究表明，持續性有氧訓練可以提高魚類的心臟功能以及呼吸系統能力，主要包括最大耗氧量[24]、組織氧提取[25]、最大心輸出量[22]、紅細胞壓積[26]和相對心臟大小[27]等。在本實驗中，經過40 d的養殖實驗，流水組的標準代謝顯著低于靜水組，0.9 bl/s的流速對標準代謝降低最大。由此表明適當的流速可顯著降低虹鱒的標準代謝，這與先前對虹鱒的研究結果相類似，流水養殖虹鱒的標準代謝顯著低于靜水養殖[28]。在攝食0.5 h后，虹鱒的標準代謝均高于攝食前的標準代謝，這可能是因為食物的攝入而產生了特殊動力作用引起的，且攝食后靜水組的標準代謝顯著高于流水組，流水組間差異不顯著。這可能與流速刺激提高了虹鱒呼吸能力和身體的健壯性有關，持續性的水流增強了虹鱒的魚體素質，使其適應了持續性的運動，當沒有水流刺激時，其維持所需的能量相比于未經過訓練的魚更低。相關的研究在大西洋鮭[29]和瓦氏黃顙魚(Peltebagrusvachelli)[30]中也有報道，在對野生大西洋鮭進行了18 d的運動訓練實驗中，發現運動訓練改變了大西洋鮭心臟呼吸系統的可塑性，提高了其呼吸能力。瓦氏黃顙魚經過21 d的訓練后，其標準代謝和餐后代謝未發生顯著變化,這與本實驗結果恰好相反，其原因可能是魚的種類、大小和訓練方案的不同。

3.3 不同流速對虹鱒免疫的影響

提高養殖魚類的生長性能和免疫力是水產養殖的重要目標。相關研究表明，有氧訓練可以提高魚的生長和抗病能力[19]。免疫酶活性是衡量魚類健壯性和抗病能力的重要指標，一般認為谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶和堿性磷酸酶在機體非特異性免疫反應中發揮著重要作用。在本實驗中，隨著流速的增加，谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶和堿性磷酸酶活力均呈先增加后降低的趨勢，谷草轉氨酶和谷丙轉氨酶的活力在0.9 bl/s條件下最高，而堿性磷酸酶的活力在0.6 bl/s條件下最高，顯著高于其他4組，說明有氧訓練可以提高虹鱒的非特異性免疫能力，機體在有水流的條件下，能調整自身的生理狀況以適應環境的變化，且在0.9 bl/s條件下對提高虹鱒的生長性能和免疫力較有利。有研究表明，有氧運動會增加活性氧的產生[31]，在機體內，細胞不斷產生自由基和活性氧作為代謝過程的一部分，當活性氧積累過多時，就會對機體產生影響。目前大多數研究使用丙二醛作為由運動引起的氧化應激的測量指標。超氧化物歧化酶可以催化超氧陰離子，使自由基歧化生成氧和過氧化氫從而對機體起到保護作用，過氧化氫酶作為機體重要的抗氧化酶，可以分解歧化反應產生的最終產物，將過氧化氫分解成水和氧氣。在本實驗中，超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活力隨流速的增加呈先升高再降低趨勢，在流速為0.9 bl/s條件下活性最高，丙二醛含量則呈逐漸降低的趨勢。說明有氧訓練有助于提高機體的抗氧化能力，機體在長期的運動條件下健壯性和免疫力得到了提高，有利于其生命活動的進行。

4 結論

本研究表明，經過40 d的養殖實驗，在流速為0.9 bl/s(27 cm/s)的條件下，可顯著提高虹鱒的生長性能和免疫能力,同時也顯著降低了虹鱒的標準代謝。該結果與目前黃海冷水團最大流速30 cm/s的水文條件及虹鱒入海規格300～400 g的生產實際相吻合。本研究結果可為虹鱒海水養殖選擇適宜的流速條件和適宜的入海規格提供參考。