光照周期和光照强度对循环水系统中墨瑞鳕的生长、肌肉营养成分及养殖收益的影响

狄正凯 李 慷, 刘如聪 王桂香 鲁 强 李铁柱 闫 莉 江昊飞 刘利平,

(1. 上海海洋大学水产科学国家级实验教学示范中心, 上海 201306; 2. 上海海洋大学水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室, 上海 201306; 3. 上海海洋大学上海水产养殖工程技术研究中心, 上海 201306)

墨瑞鳕, 原产于澳大利亚, 学名Maccullochella peelii(Mitchell, 1838), 俗称河鳕、澳洲龙纹斑等,属鲈形目(Perciformes)、鮨鲈科(Percichthyidae)、鳕鲈属(Maccullochella)。墨瑞鳕鱼体呈纺锤形、口裂大, 背部呈黄黑色且表面光滑, 体表覆盖有小而密的栉鳞, 体型及体色优美。该鱼是典型的肉食性鱼类, 具有相互攻击、残食等特性, 在自然状态下以水中鱼类、虾蟹类和蛙等水生动物为食。其肉质细腻、口感鲜美, 不饱和脂肪酸含量高, 营养价值丰富[1—4], 是一种开发潜力极高的名贵鱼种。中国内陆从2001年开始陆续进行引进, 多年来在驯化、养殖和繁育等技术方面也进行了各种探索。然而, 由于国内墨瑞鳕的养殖起步较晚, 且国内外缺乏墨瑞鳕的相关研究, 制约了其养殖技术的发展,目前主要在广东、福建、浙江、江苏和山东等地有少量养殖[5—7]。

循环水养殖是一种现代集约化水产养殖模式,具有节水、环保、产量高和可控性强等优势[8—10]。国内循环水养殖研究始于20世纪70年代, 由于传统养殖方式存在种种问题, 迫切需要寻找一种新的淡水水产养殖方式, 既可以提高产量, 同时又能减少对环境的污染。工业化循环水养殖模式既节约资源又符合可绿色可持续发展的政策要求, 是水产养殖模式发展的重要选择之一[11—13]。然而, 有关墨瑞鳕循环水养殖方向仍少有研究, 目前仅有少量基础养殖技术方面的介绍。光照作为环境因子对鱼类的生长发育有着重要影响, 而作为底栖性鱼类的墨瑞鳕, 其对光照环境极为敏感[8]。光照主要通过调节鱼体内源性节律, 对其生长、生理和繁殖等方面产生一定的影响, 但不同生态类型鱼类对光照的反应各不相同[9—11], 比如持续的光照会促进大西洋鲑生长, 相反, 却明显抑制了黄鳝的生长和性腺发育[12,13]。大多数鱼类都依靠视觉进行摄食, 因此光照对其生长发育具有重要影响。研究表明, 光照不足可能导致大西洋鳕幼鱼和条纹鲈幼鱼等生长不良, 死亡率升高[14,15]; 而过量的光照不仅会造成能源浪费和提高养殖成本, 还可能导致某些鱼类产生应激反应,甚至死亡[16]。在循环水系统中增加适当的光照, 对鱼类生长具有促进作用, 王奎等[23]发现光照周期为12L∶12D(昼∶夜=12∶12)、光照强度为300 lx时, 循环水系统中养殖的日本鳗鲡生长优势较为明显, 且能够保证其生长福利。另外, 循环水系统中养殖鳞鲤(Cyprinus carpio)、镜鲤(Cyprinus carpio)[24]和梭鲈(Sander lucioperca)幼鱼[25]时, 使用较低的光照强度可以明显促进其生长速率, 显著提高饲料转化率。

光照与鱼类的生长发育密切相关, 而循环水养殖作为一种高效环保的养殖模式对水产养殖产业的发展具有重要意义。因此, 本文将探究循环水养殖过程中不同光照条件对墨瑞鳕生长、肌肉营养成分及养殖收益的影响, 为探索墨瑞鳕养殖模式和提升养殖技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与条件

实验所用墨瑞鳕购于港龙渔业有限公司(中国浙江)。将墨瑞鳕放置于循环水系统中进行暂养,待其生理状态稳定后, 挑选健康活泼的个体于循环水系统中进行光照实验。循环水系统每个养殖桶体积约为1.5 m3, 共12个单元, 水温保持在(20±1)℃,保持溶解氧量在8 mg/L以上, pH为7.5—8.0。实验所用LED照明设备由飞利浦公司生产。光照强度使用TES1332A数字光度计(上海康华生化仪器制造有限公)测量, 光照周期通过时间继电器自动控制。

1.2 实验设计与饲养管理

光照周期影响实验随机挑选规格整齐、健康活泼, 平均体重为(94.43±2.16) g的墨瑞鳕于循环水系统养殖桶中进行实验, 每桶放置60尾, 饲养时间为56d。实验共设置4组不同的光照周期(12L∶12D、15L∶9D、18L∶6D和21L∶3D), 光照强度均为1200 lx(通过预实验初步表明墨瑞鳕在1200 lx光照条件下生长状况良好), 每组设置3个平行。全程使用商业石斑鱼配合饲料(粗蛋白47%, 粗脂肪12%,粗纤维5%和粗灰分16%), 每日上午8点和下午5点,按照鱼体质量的3%—5%投喂商品饲料, 0.5h后及时清除水中的残饵和粪便, 记录投饵量。

光照强度影响实验挑选健康活泼, 平均体重为(102.11±4.25) g的个体于循环水系统中进行实验, 以上一实验的最佳光照周期为基础, 共设置4种不同的光照强度(1200 lx、1500 lx、1800 lx和自然光), 每组设置3个平行, 每桶放置40尾, 饲养时间为55d, 其余流程及参数同光照周期影响实验。

由于实验条件的限制, 本文未能开展光照强度和光照周期双因子重复实验。

1.3 样品采集与测量

实验期间, 每15d从各养殖桶中随机捞取20尾鱼, 测量体长和体重, 并根据其生长情况调整投饵量(平均体重的3%—5%)。最终采样前24h停止投喂, 每个养殖桶随机取30尾鱼, 称量总重后, 养殖终重以平均值表示; 此后随机取其中10尾鱼, 经鱼安定(MS-222)麻醉后测量体重和体长, 解剖并称量内脏团及肝脏重, 每尾鱼采集背部肌肉约8—10 g, 保存于–80℃待检测。

实验结束后通过测定以下生长指标比较各实验组之间的差异, 具体公式如下:

日增重(DWG, g/d)=(Wt–W0)/t

特定生长率(SGR, %/d)=(LnWt–LnW0)/t×100

饲料系数(FCR)=F/(Wt–W0)

肥满度(CF, g/cm3)=Wt/L3×100

肝体比(HSI)=Wl/Wt×100

脏体比(VSI)=Wv/Wt×100

式中,Wt为实验末体重(g);W0为实验初始体重(g);t为培育天数(d);F为实验阶段总摄食量(g);L为实验结束时的平均长度;Wl为实验结束时的平均肝脏重量(g);Wv为实验结束时的平均内脏重量(g)。

1.4 营养成分测定

肌肉中水分、灰分、粗蛋白质及粗脂肪含量分别参照GB5009.3-2010(105℃干燥法)、GB5009.4-2010(马弗炉550℃灼烧法)、GB 5009.5-2010(凯氏定氮法)及GB/T5009.6-2003(索氏提取法)进行测定。

使用冷冻干燥机(上海一恒科学仪器有限公司)在–55℃下冷冻干燥后24h, 称重后继续冷冻干燥24h, 重复多次, 直至前后两次的误差小于0.0002 g,将冷冻干燥的肌肉样品用6 mol/L的盐酸溶液在110℃真空条件下进行水解24h, 过滤, 置于色谱进样瓶中后使用Sykam433D型氨基酸自动分析仪(赛卡姆Sykam公司, 德国)进行氨基酸测定。

1.5 养殖收益分析

通过实验进行经济分析, 包括鱼种成本、饲料成本、水电成本和销售收入等, 以评估不同处理的养殖收益情况。使用了以下公式:

总净收益R=TR–(FC+VC)

效益成本比BCR(%)=R/(FC+VC)

式中,TR=以120元/kg的价格销售墨瑞鳕所获得的总收入,FC=固定成本, 包括照明和循环水养殖系统设备以及鱼种成本,VC=可变成本, 包括鱼饲料、水电和鱼药等。该分析基于2019年上海浦东新区电费0.61元/千瓦时(早6点至晚22点), 0.3元/千瓦时(晚22点至次日早6点); 水费3.62元/m3; 墨瑞鳕120元/kg的市场价格进行计算。

1.6 数据处理

实验所得数据采用EXCEL处理, 统计值均用平均值±标准差(Mean±SD)表示, 统计分析采用SPSS STATISTICS 17.0软件进行单因子方差分析(One-Way ANOVA), 并使用Duncan进行多重比较, 以P<0.05表示差异显著。

2 结果

2.1 生长指标

从表1可以看出, 不同光照周期对墨瑞鳕的生长指标具有显著影响(P<0.05)。15L∶9D组墨瑞鳕的终重(197.5±0.13) g、日增重(1.73±0.01) g及特定生长率(1.33±0.01)%/d均显著高于12L∶12D、18L∶6D和21L∶3D组(P<0.05)。15L∶9D组墨瑞鳕的饵料系数(1.16±0.08)显著低于12L∶12D和21L∶3D组(P<0.05)。12L∶12D组墨瑞鳕的肝体比值显著大于其他三组(P<0.05)。不同光照周期对脏体比和肥满度均没有产生显著影响(P>0.05)。

表1 不同光照条件下墨瑞鳕的生长指标数据Tab. 1 The growth indexes of Murray cod under different light conditions

在不同光照强度下墨瑞鳕的生长指标存在显著差异(P<0.05)。1500 lx组墨瑞鳕的终重(396.26±8.59) g、日增重(5.34±0.16) g及特定生长率(2.46±0.04)%/d均显著高于1200 lx、1800 lx及自然光照组(P<0.05)。此外, 1500 lx组墨瑞鳕的饵料系数(1.10±0.02)显著低于1200 lx、1800 lx及自然光照组(P<0.05), 1200 lx组墨瑞鳕的肥满度显著低于其他三组(P<0.05)。不同光照强度对肝体比和脏体比无显著影响(P>0.05)。

2.2 肌肉营养基本成分

如图1所示, 不同光照周期对墨瑞鳕肌肉中粗脂肪的含量产生了显著影响(P<0.05)。其中, 15L∶9D组墨瑞鳕肌肉中粗脂肪的含量(3.37±0.41)%最高, 并且显著高于21L∶3D组(P<0.05; 图1c)。在不同光照周期下, 墨瑞鳕肌肉中水分、灰分和粗蛋白的含量在各组间均无显著差异(P>0.05)。

图1 不同光照周期下墨瑞鳕的肌肉中水分(a)、灰分(b)、粗脂肪(c)和粗蛋白(d)的含量Fig. 1 The contents of moisture (a), ash (b), crude fat (c), and crude protein (d) in the muscle of Murray cod under different photoperiods

如图2所示, 在不同光照强度下, 墨瑞鳕肌肉中各营养指标均存在显著差异(P<0.05)。其中, 1500 lx组墨瑞鳕肌肉中灰分(1.48±0.02)%(图2b)显著高于自然光照组(P<0.05), 粗脂肪(3.83±0.15)%(图2c)含量显著高于1800 lx组与自然光照组(P<0.05); 自然光照组墨瑞鳕肌肉中水分(76.72±1.45)%(图2a)和粗蛋白含量(13.15±0.22)%(图2d)显著高于1500 lx组(P<0.05)。

图2 不同光照强度下墨瑞鳕的肌肉中水分(a)、灰分(b)、粗脂肪(c)和粗蛋白(d)的含量Fig. 2 The contents of moisture (a), ash (b), crude fat (c), and crude protein (d) in the muscles of Murray cod under different light intensities

2.3 肌肉氨基酸组成

如表2所示, 不同光照周期对墨瑞鳕肌肉中的氨基酸含量具有显著影响(P<0.05)。15L∶9D组墨瑞鳕肌肉中氨基酸总量(92.45±0.70)%及必须氨基酸总量(44.74±0.46)%均最高, 并且显著高于18L∶6D组(P<0.05); 其中, 苏氨酸、谷氨酸、缬氨酸、络氨酸和赖氨酸含量也均达到最大值。12L∶12D组墨瑞鳕肌肉中非必须氨基酸总量(47.77±0.41)%达到最大值, 并且显著高于18L∶6D和21L∶3D组(P<0.05);

表2 不同光照条件下肌肉中的氨基酸含量Tab. 2 The contents of amino acids in muscle under different light conditions

不同光照强度对墨瑞鳕肌肉中的氨基酸含量同样具有显著影响(P<0.05)。自然光照组墨瑞鳕肌肉中氨基酸总量(93.90±1.33)%、必需氨基酸总量(45.94±1.01)%及非必须氨基酸总量(47.96±0.65)%均达到最大值并且显著高于1500 lx组(P<0.05); 其中, 天冬氨酸、苏氨酸、谷氨酸、丙氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、络氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸和精氨酸含量均达到最大值。

此外, 在不同光照条件下, 墨瑞鳕肌肉中必需氨基酸含量与氨基酸总量的比值(E/T)均在47%以上, 必需氨基酸含量与非必须氨基酸含量的比值(E/N)均在92%以上。

2.4 养殖收益

如表3所示, 不同的光照周期对养殖总收益、总净收益和效益成本比均产生了显著影响(P<0.05),随着光照周期的延长各经济指标呈先升后降的趋势。尽管15L∶9D组所需的总成本最高(2514.41元),但其总收益(4267.16元)、总净收益(1752.75元)和效益成本比(69.71%)均显著高于12L∶12D、18L∶6D及21L∶3D组(P<0.05)。

表3 不同光照条件下的养殖收益Tab. 3 Economic performance of groups under different light conditions

同样, 在不同光照强度下墨瑞鳕的养殖总收益、总净收益和效益成本比均存在显著差异(P<0.05),并且随着光照强度的增加呈先增后减的趋势。虽然1500 lx组投入的成本最多(2393.90元), 但其总收益(5706.19元)、总净收益(3312.29元)和效益成本比(138.36%)均最高, 而自然光照组的投入成本最少(2297.72元), 但其总收益(4304.11元)、总净收益(2006.39元)和效益成本比(87.32%)均最低。

3 讨论

3.1 光照对墨瑞鳕生长的影响

实验结果表明, 不同光照周期对墨瑞鳕的终重、日增重及特定生长率均产生了显著影响(P<0.05), 具体表现为: 15L∶9D>18L∶6D>12L∶12D>21L∶3D; 其中在15L∶9D条件下墨瑞鳕的生长表现最佳, 且饵料系数最低, 可见适当延长光照周期可以促进墨瑞鳕的生长, 并提高其饵料转化率。研究表明, 延长光照周期可以增加鱼类的摄食时间, 提高摄食率, 进而促进鱼类生长, 如黄金鲈(Perca flavescens)[26]、大西洋真鳕[27]和三斑海马(Hippocampus trimaculatus)[28]等。但过长的光照时间往往会导致鱼类的生长速率下降。在本实验中, 随着光照周期的增加, 墨瑞鳕的生长速率呈现先升后降的趋势, 当光照时间大于15h时, 其生长速率开始下降。叶乐等[29]发现延长光照周期能够提高克氏双锯鱼仔鱼的生长速率, 并在16L∶8D条件下生长表现达到最佳, 继续延长光照时间其生长速率反而降低。此外, 赛内加尔鳎仔鱼(Solea senegalensis)[30]在12L∶12D条件下的生长速率高于24L∶0D。这些研究结果与本实验结果一致, 说明延长光照时间可能对鱼类的摄食活动有益, 但也会增加其游泳等活动,造成能量的损耗, 这可能是某些鱼类在持续光照下生长速度下降的直接原因。但由于不同鱼类的生活习性和生理结构等差异较大, 受到光照周期的程度也有很大差别。例如, 持续光照可以提高大西洋鲑的生长速率[31], 而鲶在黑暗或短光照周期下生长表现更佳[32]。

鱼类对光照的喜好具有很大差异, 适宜的光照强度会促进鱼类的摄食行为, 进而影响其生长(如:花鲈幼鱼、乌鳢幼鱼和黑线鳕幼鱼等)[33—36]。实验结果显示, 在不同光照强度下墨瑞鳕的终重、日增重及特定生长率存在显著差异(P<0.05), 表现如下:1500 lx>1800 lx>1200 lx>自然光(3061 lx), 并在1500 lx条件下达到最佳; 同时, 在1500 lx条件下, 墨瑞鳕的饲料系数显著低于其他三组(P<0.05), 且肥满度最高。墨瑞鳕为底栖性鱼类, 自然分布在光线较弱的水层, 相对较低的光照强度更有益于其生长[37],而光线太弱会影响其摄食。在本实验中, 随着光照强度的增加, 墨瑞鳕的生长速率呈现先升后降的趋势, 在1200 lx条件下墨瑞鳕的摄食活动可能会受到影响, 而光照强度大于1500 lx可能会增加其游泳活动, 造成能量损失。研究发现, 过弱的光线会降低鱼类对于饵料察觉能力, 从而影响生长, 而光线过强时, 鱼类游泳等活动旺盛, 机体耗能增加, 导致用于生长的能量减少[38,39]。这些研究结果与本实验结果一致, 说明在适宜的光照条件下, 鱼类摄食充足, 由环境压力产生的能量浪费较少, 进而促进了鱼类的生长, 提高了饵料的转化率。

3.2 光照对墨瑞鳕肌肉营养成分的影响

鱼类肌肉营养成分主要包括蛋白质、糖类、水分、脂肪、矿物质和维生素等。水分是鱼体重要的组成成分, 平均为70%左右。而脂肪和蛋白质则是反映鱼类营养状况的重要指标, 对鱼肉的质地、口感和风味等有重要影响[40,41]。实验结果表明, 光照周期对墨瑞鳕肌肉中粗脂肪含量影响显著(P<0.05), 具体表现为: 15L∶9D>12L∶12D>18L∶6D>21L∶3D。在不同光照强度下, 墨瑞鳕肌肉中的水分、灰分、粗脂肪及粗蛋白含量均具有明显差异(P<0.05)。1500 lx组墨瑞鳕肌肉中灰分和粗脂肪含量最高, 水分和粗蛋白含量最低; 而自然光照组墨瑞鳕肌肉中水分和粗蛋白含量最高, 灰分和粗脂肪含量最低。这可能是光照压力使墨瑞鳕产生了应激行为, 间接影响其机体的代谢活动造成的。有研究认为, 当鱼类产生应激胁迫时, 鱼体自身的调控机制会发生变化, 使机体代谢活动增强, 进而导致能量重新分配, 最终对鱼体的营养组成产生影响[42],而肌肉中粗蛋白和粗脂肪含量的变化, 在某种程度上能够反映出机体的新陈代谢状况[43]。在本实验中, 在不同光照条件下, 墨瑞鳕为了适应光照胁迫而保持较高的能量消耗, 而在耗能达到一定的范围之前只消耗鱼体的糖原和脂肪[44], 以维持体内的能量平衡。因此, 当墨瑞鳕肌肉中的粗脂肪含量降低时, 其他指标的比例就会相对上升。

蛋白质是评价鱼类营养价值的重要指标, 而氨基酸组成及人体必需氨基酸的含量又是评价蛋白质优劣的主要参考指标[45]。蛋白质是由氨基酸通过肽键相连接所构成的生物大分子, 食物蛋白中含有20余种氨基酸, 其中有8种氨基酸人体自身不能合成, 需要从食物中摄取以满足机体的需要[46]。在本研究中, 15L∶9D组墨瑞鳕肌肉中苏氨酸、谷氨酸、缬氨酸、络氨酸和赖氨酸均达到最大值; 其中, 苏氨酸、缬氨酸和赖氨酸为人体不能自身合成的必需氨基酸, 可作为评价食物蛋白营养价值的重要指标。同时, 该组中氨基酸总量和必须氨基酸总量也最高, 说明在15L∶9D条件下墨瑞鳕营养价值较高。

此外, 在不同光照强度组中, 自然光照组墨瑞鳕肌肉中苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和甲硫氨酸等几种人体必需的氨基酸均达到最大值, 同时, 该组中氨基酸总量及必需氨基酸总量也均达到最高值。这说明在自然光照下墨瑞鳕具有较高的营养价值。而在其他各组中, 墨瑞鳕肌肉中的蛋白质均满足FAO/WHO的氨基酸评分标准模式: 理想蛋白质必需氨基酸含量应占氨基酸总量的40% 以上, 必需氨基酸与非必需氨基酸的比值应该大于60%[47], 说明各光照组中墨瑞鳕肌肉均有较高的品质。

3.3 光照对墨瑞鳕养殖收益的影响

综合2个实验结果可知, 不同的光照周期和光照强度对总收益、总净收益和效益成本比均产生了显著影响(P<0.05)。尽管15L∶9D和1500 lx组墨瑞鳕的养殖成本相对较高, 但这2组中墨瑞鳕的生长表现最佳, 获得了更高的产量。因此, 15L∶9D和1500 lx组的总收益、总净收益和效益成本比也明显高于其他光照组(P<0.05); 此外, 虽然21L∶3D和自然光照组所需的养殖成本最低, 但这2组中墨瑞鳕的生长表现差, 产量低, 其总收益、总净收益和效益成本比均显著低于其他实验组(P<0.05)。总之, 不同光照组的养殖收益有很大差异, 主要是由墨瑞鳕在不同光照条件下的生长表现决定的。从长远角度看, 随着养殖周期的延长, 不同光照组间养殖收益的差异将进一步扩大。这也进一步说明,在循环水养殖过程中, 合理使用人工照明可以提高养殖收益, 此结论在尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)[48]的研究中也得到了验证。

4 结论

在本研究中, 在不同光照周期和光照强度对循环水系统中墨瑞鳕的生长、肌肉营养成分及养殖收益均产生了显著影响(P<0.05)。其中, 在15L∶9D条件下, 墨瑞鳕的生长速率及养殖收益均表现最好。此外, 在该条件下墨瑞鳕肌肉中氨基酸总量及必须氨基酸总量均达到最高, 具有更高的营养价值。而在1500 lx条件下, 墨瑞鳕的生长状况及养殖收益表现最佳, 且脂肪含量高。尽管在自然条件下,墨瑞鳕肌肉中的蛋白质和氨基酸含量较高, 具有更高的营养价值, 但在该光照下墨瑞鳕生长缓慢, 其养殖收益显著低于其他各实验组。综合生长、肌肉营养和经济等方面的表现, 可分别选择15L∶9D和1500 lx作为墨瑞鳕养殖的最佳光照周期和光照强度。