瓦氏黃顙魚的能量代謝晝夜變化研究

史慶超， 王 均， 頡 江， 覃川杰*， 李文嘉

（1.長江上游魚類資源保護與利用四川省重點實驗室，四川內江641000；2.內江師范學院生命科學學院，四川內江641000；3.河南省農業科學院畜牧獸醫研究所，河南鄭州450000）

我國水產業正朝向生態集約化養殖模式發展，投喂模式是集約化水產養殖管理的核心環節之一。魚類的投喂應當建立在魚類攝食節律基礎之上。研究發現，魚類的攝食節律與魚類能量代謝規律密切相關，掌握魚類的能量代謝規律對研究魚類攝食節律，建立科學投喂模式起到關鍵作用（Hancz等，2017）。呼吸和排泄是魚類代謝活動的重要表征，其可反映魚類在外界環境中的生活狀況（曹善茂等，2015）。通過測定魚類耗氧率、二氧化碳排泄率和排氨率等指標的變化可以很好地評價魚類的能量代謝水平及代謝規律（周銀環等，2017）。目前，相關研究多集中在魚類能量代謝水平上（王蕾等，2019；劉歡等，2016；楊培民等，2009；王波等，2004），而關于魚類能量代謝規律的研究相對匱乏。

瓦氏黃顙魚（Pelteobagrus vachelli）廣泛分布于我國長江中上游水域，因其氨基酸含量豐富、肌間刺少、味道鮮美而深受人們喜愛，已成為我國淡水養殖的重要經濟魚類。已有學者對黃顙魚能量代謝進行了研究，如廖志洪等（2004）對比研究了黃顙魚仔、稚、幼魚三個生長階段的耗氧率和氨氮排泄率變化，陳玉翠等（2006）研究發現，溫度可顯著影響瓦氏黃顙魚氨氮排泄率，楊凱等（2010）報道，水體溶氧水平會對黃顙魚稚魚的呼吸代謝造成影響，然而關于瓦氏黃顙魚能量代謝晝夜變化的研究鮮見報道。鑒于此，本研究以瓦氏黃顙魚為試驗對象，研究瓦氏黃顙魚在一個晝夜周期內的呼吸代謝規律，并進一步探討能源物質的供能情況，以期掌握魚類的能量代謝規律，為建立瓦氏黃顙魚科學的投喂策略提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 瓦氏黃顙魚購于內江市水產市場，試驗前于室內白桶中暫養7 d。禁食24 h后選取重量約（14.52±0.31）g的規格均勻，活潑健康的4條魚進行試驗，每桶為一個重復，每個重復1條魚。試驗用水為充分曝氣自來水。試驗期間，水溫為18.3℃，pH為7.0，溶氧量為6.2 mg/L。

1.2 試驗方法 試驗裝置為自制密封止水式呼吸測定儀，用充分曝氣的自來水盛于18 L塑料桶中，橡皮膠管采樣，桶內放1尾瓦氏黃顙魚后，立即用液體石蠟封住水面。在一個晝夜周期內，每隔3 h，以膠管插入250 mL容量瓶底部，溢流3 min，取250 mL水樣，蓋上瓶蓋。取25 mL水樣于比色管中測定水體中的二氧化碳含量、溶解氧、氨氮含量（時間節點分別為9:00、12:00、15:00、18:00、21:00、0:00、3:00和6:00）。采用NaOH滴定二氧化碳含量（唐明宇，2015）；JPB-607A便攜式溶氧儀測定溶解氧（戴克洋等，2004），試驗前與碘量法GB7489-1987進行對比測定，并對溶氧儀系數進行校正；納氏試劑分光光度法測定氨氮含量（楊春蕾，2016）。

1.3 數據計算與處理 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的計算公式如下：

式中：R為二氧化碳排泄率、耗氧率或排氨率；V為代謝瓶容量，L；C0為開始時代謝桶中二氧化碳含量或氨氮含量或對照桶中溶解氧，mg/L；C1為結束時對照桶中的二氧化碳含量或氨氮含量或代謝桶中溶解氧，mg/L；m為魚體質量，g；t為試驗時間，h。

試驗結果數據采用“平均值±標準差”表示，運用Excel和SPSS 17.0軟件進行數據處理，利用單因素方差分析（ANOVA）和多重比較法來校驗晝夜節律性對水體二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率影響的顯著性。使用Excel的余弦函數Y=M+A×cos（Ωt+Φ）分析三個呼吸代謝指標的變化情況，其中M是中值，A是幅度，Ω是角頻率（對于晝夜節律為2π/24），Φ是前相。用P＜0.05表示差異顯著性。

能源物質供能比根據蛋白質、糖和脂肪的卡價、氧熱價和實測的呼吸熵、耗氧率、氨氮排泄率進行計算。

2 結果與分析

2.1 CO2排泄率、耗氧率和排氨率的晝夜變化瓦氏黃顙魚幼魚在8個時間段的二氧化碳排泄率、耗氧率及排氨率如表1所示。一個晝夜周期內（24 h），瓦氏黃顙魚的二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率從晝至夜均呈現為先上升再到下降的變化趨勢，二氧化碳排泄率最高時間段在0:00～3:00，為（1.38±0.16）mg/h·g，最低時間段在12:00～15:00，為（0.83±0.07）mg/h·g；耗氧率最高時間段在0:00～3:00，為（1.25±0.06）mg/h·g，最低時間段在12:00～15:00，為（0.88±0.13）mg/h·g；排氨率最高時間段在21:00～0:00，為（1.21±0.18）μg/h·g，最低時間段也處于9:00～12:00，為（0.78±0.05）μg/h·g。三個指標在白晝段與夜間段相比尤為顯著。

表1 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的晝夜變化情況

2.2 余弦函數分析 通過晝夜觀測對瓦氏黃顙魚呼吸代謝進行分析，作出其對應的余弦函數圖像，以了解瓦氏黃顙魚在一個晝夜周期內的活動代謝變化走向。余弦函數參數如表2所示。

表2 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的余弦函數參數

2.2.1 二氧化碳排出節律 瓦氏黃顙魚幼魚呼吸代謝中CO2排泄率的晝夜節律見圖1。CO2排泄率余弦函數方程為Y=1.11+0.27×cos（0.26×t+0.08），CO2排泄率在23:41時呈現出最大值，為1.38 mg/h·g，CO2排泄率在11:53時呈現出最小值，為0.84 mg/h·g。白天（9:00～18:00）的平均CO2排泄率為0.95 mg/h·g；夜晚（18:00～9:00）的平均CO2排泄率為1.27 mg/h·g。夜間是白天的1.34倍，CO2排泄率晝夜間差異顯著 （P＜0.05）。

圖1 CO2排泄率余弦函數

2.2.2 耗氧節律 瓦氏黃顙魚幼魚呼吸代謝中的耗氧率的晝夜節律如圖2所示。耗氧率余弦函數方程為Y=1.06+0.18×cos（0.26×t+0.27），耗氧率在1:02時呈現出最大值，為1.25 mg/h·g，在13:02時呈現出最小值，為0.88 mg/h·g。白天平均耗氧率為0.94 mg/h·g，夜間平均耗氧率為1.18 mg/h·g，夜間是白天的1.25倍，耗氧率晝夜差異顯著（P＜0.05）。

圖2 耗氧率余弦函數

2.2.3 排氨節律 瓦氏黃顙魚幼魚呼吸代謝中氨氮排泄率的晝夜節律見圖3。排氨率余弦函數方程為Y=0.99+0.21×cos（0.26×t+0.55），排氨率在21:53時呈現出最大值，為1.21μg/h·g，在9:43時呈現出最小值，為0.78μg/h·g。白天平均排氨率為0.92μg/h·g，夜間平均排氨率為1.08 μg/h·g，夜間是白天的1.18倍，排氨率晝夜差異顯著（P＜0.05）。

圖3 排氨率余弦函數

2.3 能源物質供能比 根據二氧化碳含量、耗氧量摩爾數計算出呼吸熵，耗氧率和排氨率計算出氧氮比（O:N），結果見表3。瓦氏黃顙魚的呼吸熵和氧氮比分別為0.72和23.74。

表3 瓦氏黃顙魚呼吸熵及氧氮比

3 討論

3.1 瓦氏黃顙魚能量代謝的晝夜變化規律 已有研究表明，魚類普遍存在著晝夜節律變化，且不同的魚類晝夜節律性不盡相同（謝小軍等，1989）。魚類的晝夜節律性是由長期的生活習性所形成，受到光照周期、攝食特性和食性、生活習性等多種因素的影響。通常情況下，魚類的代謝晝夜變化表現為3種類型：（1）白天＞夜間型，如大口胭脂魚和平鯛（丁彥文等，2000；王佳喜等，1997）；（2）夜間＞白天型，如鱖、長薄鰍和青石斑魚（鄒桂偉等，1998；司亞東等，1995；戴慶年等，1994）；（3）晝夜變化不顯著型，如半滑舌鰨和真鯛（王資生等，2004；王藝磊等，2002）。不同代謝特征不僅是魚類長期適應進化的結果，而且也是考察魚類晝夜節律的重要生理指標（曾令清等，2007）。本試驗結果顯示，瓦氏黃顙魚幼魚的二氧化碳排泄率、耗氧率與排氨率均呈現一定的晝夜節律性，且夜間的活動代謝強度顯著高于白晝，屬于第二種類型，行為學的研究發現瓦氏黃顙魚通常表現為夜間攝食，其晝夜活動代謝周期變化情況與行為習性相符，因此可判定瓦氏黃顙魚屬晨昏攝食型魚類（晝伏夜出習性）。另外，本試驗中二氧化碳排泄率夜間是白天的1.34倍；耗氧率夜間為白天的1.25倍；排氨率夜間為白晝的1.18倍。表明瓦氏黃顙魚夜間活動量增大，體內消耗的能量或其他元素均比白天高，因此掌握瓦氏黃顙魚這一規律有助于為其設定理想的投飼時間。夜間高于白天的情況可能是由于晝夜環境因子，如光照、溫度及氣象條件等變幅對其的影響作用結果。

3.2 供能物質分析 根據呼吸熵的大小可以推測機體能量供應的主要來源，通常機體攝取的都是混合食物，因此體內代謝的呼吸熵為0.71～1.0。機體在特定時間內的呼吸熵與提供主要能量來源的營養物質有關。若能源主要來源于碳水化合物的氧化，呼吸熵為1.0；若主要是脂肪供能，則呼吸熵為0.71；蛋白質的呼吸熵為0.8（大森倍等，1987）。本試驗結果顯示，體重為（14.52±0.31）g的瓦氏黃顙魚的呼吸熵為（0.72±0.04），推測該生長階段的瓦氏黃顙魚主要功能物質為蛋白質和脂肪。此外，O:N亦作為衡量動物機體代謝中能源配比的一個重要指標（王俊等，1999）。機體若完全以蛋白質為氧化基質提供能量，其O:N約為7（Mayzaud，1976）；若以蛋白質和脂肪供能時，其O:N約為24（Ikeda，1974）；若完全以脂肪或碳水化合物作為供能物質，其O:N將趨于無窮大（Conover等，1968）。本試驗結果顯示，氧氮比值為（23.84±5.23），表明所研究的瓦氏黃顙魚的供能物質主要是脂肪和蛋白質，這也與前面的呼吸熵結果相一致。有研究認為，瓦氏黃顙魚幼齡轉向成熟階段，主要是脂肪和蛋白質，其隨著體質量的增長，脂肪供能的比例遠高于蛋白質且瓦氏黃顙魚魚體脂肪含量遠高于大多數魚類（楊家云，1994）。此外瓦氏黃顙魚對碳水化合物的利用情況甚少。這與瓦氏黃顙魚對糖類的的耐受能力較高相一致（張世亮，2011）。但日糧水平中給瓦氏黃顙魚飼喂過低含糖量的飼料會降低生長速度（楊瑩，2011）。所以根據瓦氏黃顙魚的代謝情況與攝食節律選擇更加合理的投喂時間和能量飼料，可加快瓦氏黃顙魚體質的生長，從而取得較高的經濟價值和市場定位。

4 結論

在自然狀態下，瓦氏黃顙魚二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率存在著顯著的晝夜節律性，其夜間的代謝活動均高于白晝。氧氮比和呼吸熵顯示，瓦氏黃顙魚最主要的供能物質為脂肪和蛋白質。