养殖密度对循环水系统中大菱鲆生长和蛋白质代谢的影响

韩 岑, 雷霁霖, 刘宝良, 贾 睿, 姜志强, 赵奎峰, 王国文



养殖密度对循环水系统中大菱鲆生长和蛋白质代谢的影响

韩 岑1, 2, 雷霁霖1, 2, 刘宝良2, 贾 睿2, 姜志强1, 赵奎峰3, 王国文3

(1. 大连海洋大学农业部北方海水增养殖重点实验室, 辽宁大连 116023; 2. 中国水产科学研究院黄海水产研究所, 农业部海洋渔业可持续发展重点实验室, 青岛市海水鱼类种子工程与生物技术重点实验室, 山东青岛 266071; 3. 山东东方海洋科技股份有限公司, 山东烟台 264000)

在工厂化循环水养殖系统中, 将初始体质量为186 g±2.0 g的大菱鲆()放养于低(9.4 kg/m2±0.2 kg/m2)、中(13.6 kg/m2±0.8 kg/m2)、高(19.1 kg/m2±1.3 kg/m2) 3个养殖密度, 以研究不同养殖密度对大菱鲆生长、消化酶和蛋白质代谢的影响。养殖120 d后, 低、中、高试验组养殖密度分别增长至26.1 kg/m2± 1.2 kg/m2、38.2 kg/m2± 2.5 kg/m2、52.3 kg/m2± 3.6 kg/m2。结果表明: 低密度组和中密度组中大菱鲆增质量率、特定生长率、肥满度和蛋白质效率均显著(<0.05)高于高密度组; 而饲料系数显著低于高密度组(<0.05)。低密度组和中密度组大菱鲆总蛋白酶和淀粉酶活力显著低于高密度组(<0.05); 但脂肪酶活力在3个密度组之间无显著性差异。与低密度组相比, 高密度组显著提高了谷氨酸脱氢酶活力, 同时降低了谷草转氨酶和亮氨酸氨肽酶活力(<0.05), 而对谷丙转氨酶活力无任何影响。综上所述, 在工厂化循环水系统中, 增加养殖密度能提高养殖的产量, 但过高的养殖密度会对大菱鲆生长、消化酶活力以及蛋白质代谢产生不利的影响。

循环水系统; 大菱鲆(); 养殖密度; 生长; 蛋白质代谢

大菱鲆(), 俗称“多宝鱼”, 属于硬骨鱼纲(Osteichthyes), 脊索动物门(Chordata), 鲽形目(Pleuronectiformes), 原产于大西洋北部海域, 是一种底栖的冷水性经济鱼种。大菱鲆具有生长迅速, 经济价值高, 易于饲养等特点[1-4], 现在已成为中国北方重要的养殖品种[5-6]。

近年来, 工厂化养殖已发展成为中国水产养殖行业重要的生产模式之一, 然而随着中国近海养殖水资源不断恶化, 水产养殖空间拓展局限性日益显著的形势下, 工厂化循环水养殖系统(Recirculating aquaculture system, RAS)由于具有可控性高、资源节约、产品质量有保证、环境友好、地域限制小等优点, 被认为是未来水产养殖业的重要发展方向之一[7]。目前已有关于循环水系统中大菱鲆的相关研究, Bussel等[8]研究发现, 循环水系统中硝酸盐浓度很大程度上影响大菱鲆的健康、生长和食物利用率; 田喆等[9]在循环水系统中的研究中发现, 不同的循环次数可以影响大菱鲆的生长及系统中水质的变化, 他的研究结果表明, 当提高系统中的水循环次数时, 可以明显降低系统中亚硝酸盐和氨氮的累积, 缓解了环境对大菱鲆的胁迫作用, 促进大菱鲆的生长发育; 孙国祥等[10]研究流速在循环水系统中的影响得出结论, 提高系统的水流速, 大菱鲆的特定生长率、摄食量和增质量率都呈现出先上升后趋于平缓的趋势, 而饲料系数的趋势则相反; 李勇等[11]研究了循环水系统中温度对大菱鲆生长的影响, 数据显示大菱鲆的摄食量随温度的升高而增大, 而鱼体的生长、存活率及特定生长率则表现出先升高后降低的趋势, 主要原因是温度对鱼体的消化酶产生了影响。

高密度养殖是循环水养殖系统的主要特点, 由于RAS对水质、水温、溶氧等环境因子具有较强的可控性, 且不同的养殖鱼类对养殖密度的适应性并不相同[12-15], 因此如何选择合理的养殖密度已成为循环水养殖中的主要科学问题。张曦文等[16]发现, 青石斑鱼()在循环水系统中, 增质量率和特定生长率随着养殖密度的增大而降低, 而饲料系数则恰好相反; 任华等[17]研究循环水系统中的杂交鲟得出结论, 仔鱼的的终末体质量、日增质量和特定生长率都随着养殖密度的升高而升高, 但如果进一步增大密度, 则出现生长下降, 存活率也逐渐降低; 同样在循环水系统中, 胡佳平等[18]研究大西洋鲑()发现, 生长率和增质量率都随密度的升高而升高, 饵料系数则随养殖密度的升高而降低; 王峰等[15]研究循环水系统中的牙鲆()表明, 存活率, 特定生长率和肥满度都随着养殖密度的升高基本呈下降趋势。王楠楠[19]在研究循环水系统中点带石斑鱼()发现, 随着养殖密度的增大, 存活率呈下降趋势, 低密度组中的增质量率和特定生长率都显著高于高密度组。不合理的养殖密度, 会对鱼类产生慢性拥挤胁迫, 从而影响鱼类的生长、免疫等福利指标, 目前该领域已受到国内外研究者的广泛关注[20-22]。

生物体生长的实质是合成代谢类产物从而实现个体增长、体质量增加。动物通过增加组织结构的体积和积累蛋白质来实现生长, 因此蛋白质的变化通常用来衡量动物的生长情况[23]。蛋白质作为鱼类生长过程中最关键的营养物质, 其分解代谢的效率可以直接反映鱼类的生长状态。本实验在封闭式循环水养殖系统中进行, 研究不同养殖密度对大菱鲆生长、消化酶和蛋白质代谢的影响, 以期为循环水养殖系统中选择大菱鲆适宜养殖密度提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 实验用鱼及饲料

养殖实验在山东莱州东方海洋科技有限公司的RAS中进行, 实验系统主要由养殖池、履带式微滤机、固液分离器、生物滤池、蓄水池、泡沫分离器、紫外线设备和水池曝气装置构成。实验用鱼来自于该公司, 规格整齐、健康、体质量为185.0 g±2.0 g。

实验饲料采用宁波天邦股份有限公司生产的大菱鲆专用饲料, 其主要成分: 粗蛋白52%、粗脂肪12%、粗灰分16.0%、粗纤维3.0%、水分12%、钙5%、总磷≥2.3%、赖氨酸≤3.8%。

1.2 实验设计及日常管理

大菱鲆经过15 d的暂养后开始进行实验。循环水系统由养殖池、生物过滤系统和物理过滤系统组成, 每个养殖池底面积30 m2, 水深0.5 m。实验设置3个密度: (1)低密度组1 500尾鱼, 初始密度为9.4 kg/m2; (2)中密度组2 200尾鱼, 初始密度为13.6 kg/m2; (3)高密度组3 100尾, 初始密度为19.1 kg/m2。每个密度组设3个重复, 养殖周期为120 d。实验期间每天投喂2次(7: 00; 19: 00), 每次以体质量的1.0%~1.2%的量来投喂。水质通过调整水处理系统的运行参数, 将水质控制: 水温16.5~18.5℃, pH 7.2~7.8, 溶解氧9~ 10 mg/L, 盐度28×10−6~30×10−6, 总氨氮0.07~0.17 mg/L,亚硝酸盐0.06~0.15 mg/L, COD 3.78~4.66 mg/L。

1.3 指标测定

1.3.1 生长指标的计算

实验开始和结束时, 停食1 d, 称质量, 按以下公式计算生长指标。

增质量率(%)=(末质量–初质量)/初质量×100

特定生长率(%/d)=(ln末质量–ln初质量)/实验天数×100

饲料系数=摄食量/(末质量–初质量)

肥满度(%)=末质量/鱼体长3×100

蛋白质效率(%)=(末质量–初质量)/(投喂量×饲料蛋白质含量)×100

存活率(%)=终末尾数/初始尾数×100

1.3.2 酶活指标的测定

分别于0、40、80和120 d进行采样, 每个养殖池里随机抽取20条鱼, 取肝, 胃, 肠道组织。胃组织中总蛋白酶(TMP)活力的测定参考Hummel[24]的方法; 肠组织中淀粉酶(AMS)和脂肪酶(LPS)活力的测定参考Furné等[25]的方法; 肝组织中的谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)和亮氨酸氨肽酶(LAP)酶活性的测定均采用ELISA试剂盒(南京建成生物工程研究所生产)测定, 测定方法依据试剂盒说明书。

1.4 数据处理

实验数据用“平均值±标准差”表示, 数据分析采用SPSS18.0软件单因素方差分析(One-Way ANOVA)处理, 以0.05作为差异显著水平。

2 结果

2.1 不同养殖密度对大菱鲆生长的影响

各试验组大菱鲆生长性能指标如表1所示。经过120 d的实验, 3个密度组鱼的体质量增长出现明显差异(<0.05), 低密度组的平均体质量最高, 为540.44 g, 养殖密度达26.1 kg/m2; 中密度组的平均体质量次之, 为534.34 g, 养殖密度达38.2 kg/m2; 高密度组的平均体质量最低, 为514.57 g, 养殖密度达52.3 kg/m2。试验120 d后, 低密度组和中密度组的增质量率(WGR)、特定生长率(SGR)和肥满度(CF)均显著(<0.05)高于高密度组; 不同密度组间的饲料系数出现显著性差异(<0.05), 高密度组的饲料系数最高, 而低密度组的饲料系数最低; 摄食量(FI)随着密度的增大表现出递增的趋势, 不同养殖密度对蛋白质效率(PER)影响显著(<0.05), 随着养殖密度的增大, 蛋白质效率呈下降的趋势; 不同密度组间的存活率均大于99%, 没有显著性差异(>0.05)。

表1 不同养殖密度对大菱鲆生长、摄食的影响

Tab.1 Effects of density on growth and feed intake in turbot (Scophthatmus maximus)

注: 同一行数据右上角的相同字母表示差异不显著(> 0.05); 不同字母表示差异显著(< 0.05)

2.2 不同养殖密度对大菱鲆主要消化酶的影响

从图1中可知, 在不同的养殖密度下, 经过120 d的实验, 大菱鲆的总蛋白酶(TMP)和淀粉酶(AMS)活力随着养殖密度的增加整体呈下降趋势, 120 d后, TMP和AMS活力表现为低密度组和中密度组均显著(<0.05)低于高密度组, 而中密度与低密度之间并无显著性差异; 脂肪酶(LPS)整体呈上升趋, 但3个密度组之间无显著性差异。

2.3 不同养殖密度对大菱鲆主要蛋白质代谢相关酶活力的影响

由图2可知, 不同养殖密度下, 随着养殖密度的增加, 大菱鲆的谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)和亮氨酸氨肽酶(LAP)整体呈上升趋势。120 d后, 高密度组AST活力显著高于低密度和中密度组, 相反, LAP的活力则显著低于低密度和中密度组, 而ALT在3个密度组中无显著性差异。谷氨酸脱氢酶(GDH)活力随着养殖密度的增大整体呈先上升后下降的趋势, 在实验120 d后, 高密度组的活性显著(<0.05)低于其他组。

3 讨论

3.1 不同养殖密度对大菱鲆生长性能的影响

养殖密度被认为是鱼类生长过程中重要的影响因子[13, 26], 随着养殖密度增大, 对鱼类产生了一种变相的胁迫作用, 使鱼体长期处于生理应激状态, 生理功能发生紊乱, 从而抑制了个体的生长。本实验结果表明, 高密度组的WGR和SGR均显著降低, 且FCR随着密度的增大显著升高, 说明高密度下慢性拥挤胁迫对大菱鲆生长产生了负面影响。同样是在循环水系统中, Li等[21]在对初始体质量为(13.84 g ± 2.74 g)的大菱鲆研究发现, 经过10周的养殖实验, 低密度组(0.66 kg/m2)的WGR和SGR显著高于高密度组(4.00 kg/m2), 这与本次实验结果一致, 但FCR在各个密度组间无显著性差异。在其他鱼中, 俄罗斯鲟()[14]、史氏鲟()[26]、瓦氏黄颡鱼()[27]和虹鳟()[28]的SGR和WGR都随着养殖密度的增大也呈现显著降低的趋势。此外已有研究表明, 在高密度的养殖条件下, 鱼体会出现损伤或者死亡[29]; Irwin等[30]也研究表明大菱鲆幼鱼(8.62 g ± 0.06 g)在较高的养殖密度下, 生长速度减慢, 存活率较低。而本实验结果显示不同养殖密度对大菱鲆成活率并没有影响, 马爱军等[31]研究不同密度(0.28、0.87、1.12、1.16、2.75 kg/m2)下大菱鲆也得到与本实验相一致的结果。

同一时期不同字母表示差异性显著(< 0.05), 图2同

Different letter superscripts mean significant differences (< 0.05), the same as Fig.2

蛋白质效率作为研究生物体能量需要和蛋白质转化率的重要参数[32], 可以反映生物对饲料的摄入和利用效率, 从而进一步反映生物体的摄食情况。本次实验中, 3个密度组在120 d后出现显著性差异, 随着养殖密度的增大, 蛋白质效率显著下降。在黄颡鱼()[33]和虹鳟()[34]的研究中也发现类似的结果。杨严鸥等[35]在奥尼罗非鱼的研究中也表明, 蛋白质效率在高密度养殖环境中显著下降, 这可能由于高密度对鱼类形成了拥挤胁迫, 致使摄入的蛋白质被分解用于能量消耗的比例增多。

3.2 不同养殖密度对大菱鲆消化酶的影响

消化酶作为动物体内酶类的一大类, 其活力的高低可以反应水生动物消化能力的强弱[36]。同时, 消化酶是鱼类消化过程中的重要功能性物质, 在鱼类生长发育过程中, 对食物变化的适应能力和对营养物质的摄取具有显著影响[37]。彭士明等[38]在对银鲳()幼鱼的研究中发现, 高密度组的TMP和AMS活力显著高于低密度组; 牙鲆()[39]的蛋白酶活力在高密度中也显著提高; 在鲢鱼()中, Liang等[40]证实, 高密度组的AMS活力显著高于低密度组。本次实验经过120 d后, 高密度组的TMP和AMS显著高于低密度组和中密度组, 而LPS在3个密度组之间没有显著性差异。有研究表明, 在高密度的环境下, 鱼类受到拥挤胁迫, 为了获取食物和协调种间关系需要消耗更多的能量, 导致耗能活动增加[41]、代谢水平提高[42], 这可能是本研究中高密度组TMP和AMS活力显著提高的原因, 而LPS在3个密度组之间差异不显著, 具体原因有待进一步研究。

3.3 不同养殖密度对大菱鲆蛋白质代谢相关酶活力的影响

鱼体类的蛋白质代谢主要通过转氨基和脱氨基作用, 因此转氨酶在此过程中发挥重要作用, 其活力水平在一定程度上反映了氨基酸代谢强度[43], 肝脏是蛋白质代谢的重要场所, 其中最主要的两种转氨酶是谷草转氨酶(AST)和谷丙转氨酶(ALT), 二者的活性可以反映蛋白质代谢状况[44]。本研究中, 低密度组和中密度组中大菱鲆的谷草转氨酶(AST)活力显著低于高密度组, 谷丙转氨酶(ALT)活力在3个密度组之间没有显著性差异, 这与薛宝贵等[45]和Tejpal等[46]的研究结果一致。Vijayan等[47]在研究中指出密度胁迫下的鲑鱼糖异生作用明显增强, 而氨基酸作为鱼类糖异生作用的优先替代物, 其相关酶的活性也会显著提高。薛宝贵等[45]指出, 在高密度下鱼受到拥挤胁迫, 糖异生作用增强, 从而促进机体消耗天冬氨酸和丙氨酸, 但在糖异生作用中天冬氨酸的消耗优先于丙氨酸, 所以ALT活性在3个密度组中无显著性差异而高密度组的AST活性显著增加, 这可能是造成本次实验结果的主要原因。

谷氨酸脱氢酶(GDH)是机体合成必需氨基酸和蛋白质代谢分解的关键酶, 在生物的氨基酸代谢中起着极为重要的作用, 也是氨基酸代谢和糖代谢重要的衔接点之一, 其活性直接影响到蛋白质的合成分解, 因此GDH活性大小可一定程度上反映鱼体类蛋白质分解代谢情况[44]。试验120 d后, 高密度组的GDH活力显著低于中密度组和低密度组, 可能原因是在高密度中, 鱼体为了满足能量的需要, 蛋白质分解产生的氨基酸多用于糖异生作用, 导致谷氨酸合成降低, GDH的活性也随之降低, 这与Vargas等[48]的研究结果一致。氨肽酶的主要作用是在蛋白质分解中, 将其他酶类的降解产物进一步分解成自由氨基酸和小肽[49], 而亮氨酸氨肽酶(LAP)作为氨肽酶家族中最典型的代表[50], 其活力的大小能一定程度上反映蛋白质代谢的情况。

4 结论

在工厂化循环水养殖系统中, 大菱鲆适合高密度养殖, 但本次实验中高密度组的增质量率、特定生长率、肥满度和蛋白质效率均显著降低, 说明养殖密度过高可对鱼体产生胁迫作用, 对鱼体生长, 消化和代谢功能产生不利的影响, 进而可能影响养殖鱼类福利, 从而对养殖生产安全带来潜在威胁。在本次实验的条件下, 体质量为510 g左右的大菱鲆养殖密度不可超过52.3 kg/m2。

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(本文编辑: 谭雪静)

Effect of stocking density on growth and protein metabolism ofin a recirculating aquaculture system

HAN Cen1, 2, LEI Ji-lin1, 2, LIU Bao-liang2, JIA Rui2, JIANG Zhi-qiang1, ZHAO Kui-feng3, WANG Guo-wen3

(1. Key Laboratory of Mariculture & Stock Enhancement in North China’s Sea, Ministry of Agriculture, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 2. Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture, Qingdao Key Laboratory for Marine Fish Breeding and Biotechnology, Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071, China; 3. Shandong Oriental Ocean Technology Co. Ltd., Yantai 264000, China)

The aim of this study was to evaluate the effect of stocking density on growth, digestive enzyme activity, and protein metabolism of turbot (L.) with an initial body weight of (186 ± 2.0) g in a recirculating aquaculture system (RAS). In this experiment, turbot were reared at three different initial densities (low 9.4 kg/m2± 0.2 kg/m2, medium 13.6 kg/m2± 0.8 kg/m2, and high 19.1 kg/m2± 1.3 kg/m2) for 120 days. Final densities were 26.1 kg/m2± 1.2 kg/m2, 38.2 kg/m2± 2.5 kg/m2, and 52.3 kg/m2± 3.6 kg/m2, respectively. The result shows that fish held at the highest density showed a lower (< 0.05) weight gain rate (WGR), specific growth rate (SGR), condition factor (CF), and protein efficiency ratio (PER) at the conclusion of the study than fish held at lower densities, but the highest density group had a higher (< 0.05) feed coefficient rate (FCR) than fish held at lower densities. The total protease (TMP) and amylase (AMS) activities of the highest density group were significantly higher (< 0.05) than those of the lower density groups, and the three groups did not differ significantly in lipase (LPS) activities. As stocking densities increased, the glutamate dehydrogenase (GDH) activities were significantly increased and the aspartate transaminase (AST) and leucine aminopeptidase (LAP) activities were significantly decreased, but the alanine transaminase (ALT) activities were not significantly affected by density. We conclude that increasing stocking density can improve production in a RAS, but high stocking density may impact growth, digestive enzyme activity, and protein metabolism.

Recirculating aquaculture system;L.; stocking density; growth; protein metabolism

Jan. 12, 2016

[National Natural Science Foundation of China, No.31402315, No.31240012; The Open Subject Programs ofKey Laboratory of Mariculture & Stock Enhancement in North China’s Sea, Ministry of Agriculture, No. 2014-MSENC-KF-02; The Support Program of Modern Agriculture National FlatfishIndustrial System, No. CARS-50-G10; Research and Development Program of Jiangsu Province of China, No. BE2015328]

S965.3

A

1000-3096(2017)03-0032-09

10.11759//hykx 20160112003

2016-01-12;

2016-05-02

国家自然科学基金资助项目(31402315、31240012); 农业部北方海水增养殖重点实验室开放课题项目(2014-MSENC-KF-02); 现代农业国家鲆鲽类产业体系资助项目(CARS-50-G10); 江苏省重点研发计划资助项目(BE2015328)

韩岑(1989-), 男, 湖北荆州人, 硕士研究生, 主要从事海水养殖研究, 电话: 18663985527, E-mail: hncn1989@163.com; 刘宝良,通信作者, 副研究员, E-mail: liubl@ysfri.ac.cn