不同光周期條件對羅非魚生長及性腺發育的影響

唐瞻楊　張旭　羅永巨　肖俊　周毅　郭忠寶　鐘歡　梁軍能　周磊

摘要：【目的】篩選出適宜尼羅羅非魚生長及性腺發育成熟的最適光周期，為其工廠化養殖生產提供科學依據。【方法】以雌性尼羅羅非魚為研究對象，設12 L∶12 D、14 L∶10 D、16 L∶8 D和18 L∶6 D 4個不同的光周期，飼養30 d后比較分析不同光周期條件下尼羅羅非魚生長階段的形態指標、體內激素水平及性腺發育差異情況。【結果】尼羅羅非魚的相對增重率隨光照時間的延長呈先降后升再降的變化趨勢，在16 L∶8 D光周期條件下達最大值;體長相對增長率隨光照時間的延長整體上呈下降趨勢，而體寬和體高的相對增長率隨光照時間的延長呈不同程度的上升趨勢。尼羅羅非魚血清中促性腺激素釋放激素（GnRH）、雌二醇（E2）和褪黑素（MT）3種激素含量隨光照時間的延長均呈上升趨勢，且在18 L∶6 D光周期條件下達最大值。適當延長光照時間能有效促進尼羅羅非魚性腺發育，在16 L∶8 D光照周期條件下促進作用最強，而在18 L∶6 D光照周期下其性腺發育受抑制。【結論】16 L∶8 D是尼羅羅非魚生長及性腺發育的最適光周期，在實際生產中適當延長光照時間可提高羅非魚產量并促進其性腺發育成熟。

關鍵詞： 尼羅羅非魚;光周期;生長發育;性腺;激素

中圖分類號： S965.125? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2020）01-0217-07

Abstract： 【Objective】In this study， the optimal photoperiod of growth and gonadal maturation for tilapia was selec-ted. The results provided scientific basis for tilapia breeding. 【Method】In this study， female Nile tilapia was studied， four photoperiod conditions of 12 L∶12 D， 14 L∶10 D， 16 L∶8 D and 18 L∶6 D were designed， and the morphological inde-xes， serum hormones and gonad development were analyzed after feeding for 30 d. 【Result】The relative weight gain rate of Nile tilapia was decreased at the beginning， then increased with the increase of photoperiod， which was the largest in the 16 L∶8 D. The relative growth rate of body length was decreased with the increase of light duration. The relative growth rate of body width and relative growth rate of body height increased with the increase of photoperiod. The levels of gonadotropin-releasing hormone（GnRH）， estradiol （E2） and melatonin （MT） in Nile tilapia serum increased with the extension of photoperiod， which were the largest in the 18 L∶6 D photoperiod. The results showed that prolongation of photoperiod could effectively promote gonadal development in Nile tilapia， and the effect was the best in the photoperiod of 16 L∶8 D， but inhibited in the photoperiod of 18 L∶6 D. 【Conclusion】The 16 L/8 D photoperiod condition is the optimal illumination condition for the growth and gonad development of Nile tilapia. Prolonging photoperiod increases the yield of Nile tilapia and promotes the maturation of gonads in actual production.

Key words： Nile tilapia; photoperiod; growth and development; gonad; hormone

Foundation： Guangxi Innovation-driven Development Special Project（Guike AA17204094-2）

0 引言

【研究意義】羅非魚具有食性雜、生長快、產量高、抗病力強及易飼養等特點，是聯合國糧農組織（FAO）向全世界推廣養殖的重要對象之一（王金，2014）。羅非魚也是我國重要的養殖出口水產品，2018年我國羅非魚產量為162.4萬t，加工量達69.7萬t，已擴大到非洲、墨西哥等其他海外市場，其產量及出口量較2017年分別增長2.52%和4.45%，在2018年水產品出口品種中位居第三位（農業農村部漁業漁政管理局等，2019）。當前針對羅非魚的研究主要集中在養殖方式（張金宗，2011;Roriz et al.，2017）、營養飼料（Zahran et al.，2014;何凌云等，2018）、病害防治（黎炯，2011;Barato et al.，2015）及雜交新品種開發選育（Lago et al.，2016）等方面，而有關環境因子變化對羅非魚產生影響的研究較少。光照作為調控水生動物生長發育、能量代謝及繁殖等生命活動的重要環境因子之一，其變化直接或間接影響水生動物的某些生理機制。因此，研究光周期變化對羅非魚的影響，可為探索羅非魚生長及性腺發育的最適光周期提供科學依據。【前人研究進展】目前，利用光周期變化對水產養殖對象帶來的效應，在提高養殖對象生長速度及促進性腺發育成熟等領域已得到廣泛應用（祝斐等，2016）。葉樂等（2014）研究表明，光周期和光照強度對克氏雙鋸魚仔魚發育變態均有重要影響，仔魚發育速率隨光周期的延長而加快，當光周期為16 L∶8 D時達最大值。祝斐等（2016）研究證實，在松江鱸魚的幼魚至成魚階段，即生殖洄游階段適當延長光周期對其性腺發育及肝臟能量儲備均有顯著影響。周勝杰等（2018）研究發現，尖吻鱸稚魚階段其消化酶對光周期變化的反應小于仔魚期，適當延長光周期有助于提高尖吻鱸的生長速度。在羅非魚養殖方面，Ridha和Cruz（2000）在研究光照強度和光周期對尼羅羅非魚繁殖力的影響時發現，長光周期（18 L∶6 D）在提高羅非魚繁殖力的同時能促使其同期產卵;Biswas和Takeuchi（2002）指出縮短光周期能使羅非魚仔魚生長發育出現遲緩現象;Campos-Mendoza等（2004）在研究羅非魚繁殖力時發現，長光周期（18 L∶6 D）條件下羅非魚的一些重要繁殖性狀得到改善，即該光周期可提高其繁殖力，在羅非魚生產中具有較高的應用價值;Rad等（2006）研究發現，連續延長光周期可有效促進羅非魚幼魚期的生長發育;Liang和Chien（2013）在魚菜混養的研究中發現長光周期可提高羅非魚產量;劉曾宇等（2019）研究指出外源性光周期是調劑羅非魚晝液節律的主要影響因子。【本研究切入點】上述研究結果表明，長光周期條件在羅非魚幼魚、繁殖力和苗種繁育等方面均具有促進作用，但針對羅非魚生長發育階段的研究甚少，尤其是光周期對羅非魚生長及性腺發育成熟影響等方面的研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】比較分析不同光周期條件下尼羅羅非魚生長階段的形態指標、體內激素水平及性腺發育差異情況，篩選出適宜尼羅羅非魚生長及性腺發育成熟的最適光周期，為其工廠化養殖生產提供科學依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試雌性尼羅羅非魚由廣西水產科學研究院國家級廣西南寧羅非魚良種場提供，試驗前在水溫（28.0±0.5）℃、pH 8.0、養殖水體用遮光布遮光處理過的水池中暫養1周，以LED燈為唯一光源，光照強度1000 lx，光周期為12 L∶12 D。

1. 2 試驗方法

參照陳文銀（2006）的研究方法，共設4個不同光周期，分別為12 L∶12 D、14 L∶10 D、16 L∶8 D和18 L∶6 D，每個光周期設3個平行，通過設定計時裝置嚴格控制光照時間。試驗開始時在各處理組中分別投放10尾羅非魚，記錄其初始體重、體長、體寬和體高（表1）。試驗期間保持光周期為唯一變量，采用加熱棒維持水溫（28.0±0.5）℃，每3 d換水1次，每天上午8：30和下午17：30各飽食投喂1次。養殖周期30 d（2018年11月3日—12月4日）。

養殖試驗結束后用MS-222麻醉劑對羅非魚進行麻醉，測量其體重、體長、體寬和體高。從各處理組中分別隨機選取5尾羅非魚在冰盤上進行尾靜脈采血，血樣置于4 ℃環境中靜置12 h，然后4 ℃下4000 r/min離心10 min，收集上清液，用于促性腺激素釋放激素（GnRH）、雌二醇（E2）和褪黑素（MT）的含量測定。另取剩余羅非魚置于冰盤上進行剖解，將性腺完整分離，置于Bouins液中進行固定，固定后進行梯度濃度酒精脫水，二甲苯透明，石蠟包埋，組織切片機連續切片（5～6 μm），蘇木精—伊紅（HE）染色，中性樹膠封片，烘干后在顯微鏡下觀察并記錄性腺發育的組織學特征（黃福江等，2013;李春濤等，2014）。

1. 3 統計分析

利用Excel 2007進行試驗數據整理，通過SPSS 17.0進行單因素方差分析（One-way ANOVA）。計算各處理組羅非魚的相對增重率及體高、體長和體寬的相對增長率，具體公式如下：

相對增重率WG（%）=（Wt-Wo）/Wo×100

相對增長率LG（%）=（L2-L1）/L1×100

式中，Wo為試驗開始時羅非魚平均鮮重（g/尾）;Wt為試驗結束時羅非魚平均鮮重（g/尾）;L1為試驗開始時羅非魚平均長度（cm）;L2為試驗結束時羅非魚平均長度（cm）。

2 結果與分析

2. 1 不同光周期對尼羅羅非魚生長形態指標的影響

不同光周期條件下尼羅羅非魚試驗前后的形態指標變化如表1所示。不同光周期處理條件下，羅非魚的相對增重率為79.37%～98.17%，體長相對增長率為20.13%～26.89%，體寬相對增長率為15.93%～28.57%，體高相對增長率為16.75%～33.08%，說明不同光周期對羅非魚的體重、體高、體長和體寬均產生了影響，但不同形態指標的增長率變化趨勢各不相同。其中，羅非魚的相對增重率隨光照時間的延長呈先降后升再降的變化趨勢（圖1-A），在16 L∶8 D光周期條件下達最大值，即對羅非魚生長起促進作用;體長相對增長率隨光照時間的延長整體上呈下降趨勢（圖1-B），而體寬（圖1-C）和體高（圖1-D）的相對增長率隨光照時間的延長呈不同程度的上升趨勢。

2. 2 不同光周期對尼羅羅非魚激素含量的影響

GnRH可激活垂體并釋放促性腺激素（GtH），是調節機體性腺發育的重要信號分子（劉闖等，2019）;E2作為睪酮芳香化產物，其含量能反映機體性腺的發育情況;MT主要參與魚類生殖發育等生命活動，其含量受光周期等因素的影響（溫海深，2009）。對不同光周期條件下尼羅羅非魚血清中的GnRH、E2和MT 3種激素含量進行測定，可揭示光周期對羅非魚性腺發育的影響。由圖2可知，隨著光照時間的延長，GnRH、E2和MT 3種激素含量呈不同幅度的上升趨勢，均在18 L∶6 D光照周期條件下達最大值，顯著高于12 L∶12 D和14 L∶10 D光照周期條件下的含量（P<0.05，下同）。其中，GnRH含量（圖2-A）和E2含量（圖2-B）隨光照時間的延長呈逐漸上升趨勢，MT含量（圖2-C）在14 L∶10 D光照周期條件下出現大幅增長，隨后呈緩慢上升趨勢，在18 L∶6 D光照周期條件下再次大幅增長。

2. 3 不同光周期對尼羅羅非魚性腺發育的影響

根據祝斐等（2016）的方法，對尼羅羅非魚的性腺進行分期。至試驗結束時，12 L∶12 D光周期條件下的尼羅羅非魚卵巢呈囊狀，其卵粒清晰可見，呈淺黃色（圖3-A）;組織切片放大20倍后發現卵母細胞增大，且胞內含有細小卵黃粒，細胞核變大位于正中位置（圖3-B），處于卵巢發育第Ⅳ期的早期階段。14 L∶10 D光周期條件下的尼羅羅非魚卵巢呈黃色，卵粒增大增多（圖3-C）;組織切片放大4倍后發現卵黃在細胞內呈放射狀分布，細胞核因卵黃擠壓而變形（圖3-D），處于卵巢發育第Ⅳ期的中期階段。16 L∶8 D光周期條件下的尼羅羅非魚卵巢呈深黃色，卵粒飽滿易分離，卵巢表面分布有粗血管（圖3-E）;組織切片放大20倍后發現核膜開始消失、核仁溶解，卵黃均勻分布于整個細胞內，脂肪粒體積最大化（圖3-F），處于卵巢發育第Ⅳ期的后期階段。18 L∶6 D光周期條件下的尼羅羅非魚卵巢呈肉色，與Ⅱ期相比卵巢變大變粗，可見微細卵粒零星分布在卵巢表面（圖3-G）;組織切片放大4倍后發現脂肪粒開始在胞內沉積，胞外被濾泡細胞包圍（圖3-H），處于性腺發育第Ⅲ期。綜上所述，適當延長光照時間能有效促進尼羅羅非魚性腺發育，在16 L∶8 D光照周期條件下促進作用最強，而在18 L∶6 D光照周期下羅非魚性腺發育受抑制。

3 討論

光照是自然環境中重要的調控因子，隨晝夜和四季的變化而變化，對魚類發育及繁殖等行為具有顯著調控作用（逯尚尉，2010）。光周期變化會導致魚類的生物節律發生變化，間接影響其攝食行為、新陳代謝和生長發育等系列生命活動。劉宇航等（2010）在對叉尾斗魚（Macropodus opercularis）的研究中發現，自然條件下叉尾斗魚在午后會出現明顯的攝食高峰，而在24 L∶0 D和0 L∶24 D光周期條件下未出現上述情況。本研究結果表明，不同光周期條件對尼羅羅非魚的生長發育均產生影響，其中，在14 L∶10 D光周期條件下尼羅羅非魚的相對增重率與12 L∶12 D光周期條件下相比呈下降趨勢，對羅非魚生長起抑制作用，而在16 L∶8 D光周期條件下羅非魚的相對增重率出現大幅度上升，對羅非魚生長起促進作用。這與梁國棟（2014）研究發現延長光照時間能促進尼羅羅非魚生長發育的結論不一致，因此今后需設計更多光周期條件進行驗證。而在18 L∶6 D光周期條件下，尼羅羅非魚的相對增重率達最低值，體高、體寬和體長的相對增長率均呈下降趨勢，表明尼羅羅非魚在該光周期條件下其生長發育受抑制。可見，16 L∶8 D是尼羅羅非魚生長的最適光周期，即在生產中適當延長光照時間能促進尼羅羅非魚生長，但光周期對羅非魚生長的影響機制還需進一步探究。

光照也是調控水生動物內源性節律發生變化的主要調控因子，魚類體內激素分泌活動隨光周期的變化而變化（逯尚尉，2010）。Biswas等（2004）研究表明，在6 L∶6 D光周期條件下尼羅羅非魚體內的皮質醇、葡萄糖和Cl?水平遠低于應激條件下的尼羅羅非魚。章龍珍等（2010）比較了3種不同光周期條件下的中華鱘（Acipenser sinensis）幼魚，結果證實光周期不同顯著影響了中華鱘幼魚的新陳代謝，各項血清生化指標變化差異顯著。本研究通過對4種不同光周期條件下的尼羅羅非魚血清進行分析，結果發現GnRH、E2和MT隨光照時間的延長其分泌量不斷增多，在18 L∶6 D光周期條件下這3種激素的含量均達最大值，但在該光周期條件下尼羅羅非魚的生長發育受抑制。究其原因可能是激素分泌過多觸發Wnt、Hedgehog和MAPK等信號通路的反饋抑制作用，而導致羅非魚在18 L∶6 D光周期條件下的生長發育及性腺發育受抑制，但具體原因有待進一步探究。

4 結論

不同光周期會顯著影響尼羅羅非魚的生長及性腺發育，其中16 L∶8 D是尼羅羅非魚生長及性腺發育的最適光周期，在實際生產中適當延長光照時間可提高羅非魚產量并促進其性腺發育成熟。

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（責任編輯 蘭宗寶）