海鱸游泳續航時間和運動代謝規律研究

霍潤明 王萍 婁宇棟 柴若愚 尹恒 桂福坤

(浙江海洋大學國家海洋設施養殖工程技術研究中心，浙江省海洋養殖裝備與工程技術重點實驗室，浙江舟山 316022)

海鱸(Lateolabraxjaponicus)學名日本真鱸，又稱花鱸、七星鱸，隸屬于鱸形目(Perciformes)、鱸亞目(Percoidei)、花鱸科(Lateolabracidae)、花鱸屬(Lateolabrax)，是我國沿海重要的經濟魚類[1]。海鱸地理分布較廣，在太平洋和大西洋沿岸均有分布，其中在亞洲的主要產地是日本海、黃海和渤海[2]。海鱸肉質鮮嫩口感好，不僅含有豐富的蛋白質，還含有礦物質、維生素、必需氨基酸等多種營養成分，營養價值很高[3-5]。近年來，我國鱸魚養殖業發展迅速，2020年海水鱸魚養殖量已達18萬噸[6]。

魚類的游泳能力主要是指魚類的游泳速度和可持續游泳時間(續航時間)。游泳能力是許多魚類逃離追捕、覓食、洄游、求偶和避災的重要手段，對魚類等水生動物的生存至關重要[7-9]。海水養殖的經濟效益受到養殖魚類的游泳能力、生理代謝能力以及養殖海域水流速度的影響，所以根據魚類的游泳能力和生理代謝能力來選擇合適的養殖海域至關重要[10]。如果養殖區域水流過小，會導致網箱和水體環境的物質交換受阻，因養殖空間有限而使魚類生長受到限制，并且容易暴發魚病；如果養殖區域水流過大，則魚類需消耗大量的能量以維持自身穩定，且容易造成魚類貼網受傷甚至死亡，造成大量的經濟損失[4]。

不同環境、體型和種類的魚的游泳能力均存在顯著性差異[10-11]。關于魚類游泳能力各項指標的分類、測定方法及影響已經有了較為廣泛和深入的研究[12-14]。近年來，對美國紅魚(Sciaenopsocellatus)[15-17]、黑鯛(Acanthopagrusschlegelii)[18]和其他淡水魚類[19-20]的游泳能力、肝臟轉錄組和能量代謝方面的相關研究已取得一定進展，但有關海鱸的游泳能力和能量代謝的報道很少。

注：A. 測試水槽的剖面;B. 測試水槽的截面。

本文以常見的網箱養殖的海鱸為研究對象，通過水槽試驗，研究海鱸在最適流速條件下游泳的主要能量物質和代謝產物(包括血糖、肌糖原、肝糖原和乳酸脫氫酶)的濃度和變化規律，并與同規格網箱內其他魚類的游泳續航時間和能量代謝規律進行比較，旨在為深水網箱、淺海圍網等養殖海域的選擇提供參考數據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗用海鱸取自浙江舟山某深水網箱養殖基地(29°59′23.2″N，122°09′56.4″E)，共100尾，其中72尾用于試驗。試驗魚平均體質量為(44.69±3.01)g(體長和體質量的數據均為試驗后測定)。試驗用海水取自舟山市定海區長峙島附近的海域，經沉淀過濾后注入養殖桶。在暫養過程中，使用氣泵持續增氧，保持養殖水體溶解氧充足。試驗前，將海鱸運至國家海洋設施養殖工程技術研究中心117實驗室，放入養殖桶內暫養。養殖桶直徑為1 m，高1 m，共20個。暫養期間，隨機挑選5個養殖桶進行試驗，另外5個作備用。試驗海水鹽度為34，水溫控制在20～21 ℃，光照為自然光照。每天按魚體質量的1.5%進行投飼，飼料為“峰華牌”4號料(粗蛋白質47.0%，粗脂肪5.0%，粗纖維5.0%)。

1.2 試驗儀器和設備

試驗在浙江海洋大學國家海洋設施養殖工程技術研究中心116實驗室的多功能雙體池中進行。多功能雙體水槽總長17 m，可以通過調節電機的轉速來改變水槽內的水流速度。水槽主體分為水槽1和水槽2兩個部分，兩個部分獨立運行，可以分別控制水流速度，互不影響。其中，水槽1的橫截面大小固定為50 cm×80 cm，在水槽1中，試驗魚不管處于什么位置，水流速度不會發生變化。水槽2的橫截面積則從右到左逐漸減小，截面最小處僅為20 cm×80 cm，最大處為80 cm×80 cm，流速從左到右逐漸減緩。由于水槽底部的流速相對其他區域較為平緩，為防止試驗魚在試驗過程中出現貼底游泳現象，兩個水槽底部均放置了專門設計的金屬網片。試驗裝置如圖1所示。

1.3 試驗方法

1.3.1 海鱸的游泳續航時間測試

參照王萍等[21]的試驗方法，設定5組水流速度分別為0.3、0.4、0.5、0.6和0.7 m/s。試驗開始前，首先調整水槽內的水溫、光照和鹽度，直到循環水槽與暫養桶的水體環境相近。從暫養桶中取出36尾魚[平均體質量為(44.69±3.01)g]，放入循環水槽1中，以0 m/s的流速適應1 h。適應結束后，在1 min內將流速由0均勻加速至設計流速，然后通過遠程監控觀察試驗魚的游動狀態，直至魚觸網放棄游泳20 s以上后測試結束，記錄其觸網時間。每組流速保證有6次有效試驗，即當試驗魚出現明顯異常時，放棄該組試驗，重新選擇試驗魚進行試驗，直至具有6次有效試驗數據。試驗時，為避免魚相互干擾，每次只選取1尾試驗魚。試驗結束后，測量試驗魚的體質量、體長等規格參數。每組流速測6尾魚，記錄每種流速下每尾魚觸網的時間及每尾魚的體質量、體長。

1.3.2 海鱸游泳過程中的生理指標檢測

試驗環境條件與1.3.1中游泳續航試驗的測試條件一致，根據上述試驗結果設定流速為0.3 m/s，在此流速下海鱸的平均續航時間為200 min左右。為測試海鱸在整個游泳過程中主要生理指標的變化，分別在0、40、80、120、160和200 min設定6個采樣時間點，且分別對應0、20%、40%、60%、80%、100%疲勞程度。試驗前，設置水槽2中的水深為0.4 m，在試驗過程中保持一致。從暫養桶中選取36尾規格相近的試驗魚，放入循環水槽中以0.5 BL/s(BL代表試驗海鱸的平均體長)的流速適應1 h。適應結束后，在60 s內將流速從適應流速均勻加至0.3 m/s，當試驗魚游泳到達設定的采樣節點時，立刻停止試驗。迅速取出試驗魚，用1 mL無菌注射器從試驗魚的尾靜脈抽取血液，解剖魚體獲得肝臟和肌肉。將血液在4 ℃下保存，肝臟和肌肉在-80 ℃下保存，之后分別測量血糖、肌糖原、肝糖原和乳酸脫氫酶等指標。每個采樣節點進行6次采樣。血糖濃度的測量參照《食品血糖指數(GI)的測定和食物分類的建議》(ISO 26642—2010)，采用葡萄糖氧化酶法測定；肝糖原和肌糖原濃度采用比色法測定；肌肉乳酸的濃度采用乳酸脫氫酶法測定。血糖、糖原和乳酸脫氫酶的試劑盒購自南京建成生物工程研究所，并按照說明書進行操作[17]。

1.4 數據處理和統計

試驗數據采用SPSS 26.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，若差異性顯著，再用Turkey’s方法進行多重比較，設P<0.05為差異顯著。用Origin 2019 b軟件繪圖。

2 結果

2.1 海鱸游泳能力

由試驗結果整理可得，在0.3 m/s的流速條件下，海鱸的平均游泳時長可達180 min左右。但在0.3～0.4 m/s的流速范圍內，試驗魚的持續時長迅速縮短，在0.4 m/s的流速條件下，其平均持續游泳時長在40 min左右；當流速高達0.7 m/s時，海鱸的游泳續航時長幾乎為0。海鱸的續航游泳時長與流速呈冪函數遞減關系，采用冪函數模型用最小二乘法對續航時間和流速進行擬合，所得流速與續航時間的模型見圖2。

T= 0.756 5v-4.444，R2=0.983 3

(1)

式(1)中，T為續航游泳時長(min)；v為游泳速度或水流速度(m/s)。

圖2 海鱸持續游泳時長與流速的關系

2.2 海鱸游泳主要生理指標

2.2.1 血糖和糖原濃度的變化

海鱸在流速為0.3 m/s的試驗條件下，不同時間節點的血糖、肌糖原、肝糖原濃度變化情況見圖3～圖5，其中圖3和圖4中的實線為平均值線。在游泳過程中，海鱸的血糖濃度不降反升(見圖3)。試驗結果顯示，在0 min時，海鱸的血糖濃度為1.17 mg/mL，到200 min時，其血糖濃度升高到1.59 mg/mL，增加了1.36倍，總體來說上升較為緩慢。當海鱸游泳時，其肌糖原濃度在緩慢下降，從0 min時的1.37 mg/g緩慢降低到200 min時的0.71 mg/g(見圖4)。海鱸在游泳時，其肝糖原的濃度則隨著游泳時長的增加而快速降低，幾乎與游泳時長呈線性關系，當持續游泳時長達到200 min時，試驗魚的肝糖原濃度僅為0.06 mg/g，遠低于初始濃度0.47 mg/g(見圖5)。這表明肝糖原在游泳過程中迅速消耗，幾乎與游泳時長呈線性關系，當魚接近疲勞時，肝糖原幾乎消耗殆盡。對肝糖原濃度隨游泳時長的變化情況進行線性擬合，可得到以下的擬合公式：

Ch (t)=0.41-Kv·t

(2)

式(2)中，Kv為肝糖原衰減速率，與魚的游泳速度v有關。本文中Kv= 0.001 9 mg/(g·s)；t為游泳時長(min)；Ch(t)為肝糖原在t時刻的濃度。

圖3 海鱸血糖濃度隨時長的變化情況

圖4 海鱸肌糖原濃度隨時長的變化情況

圖5 海鱸肝糖原濃度隨時長的變化情況

2.2.2 乳酸脫氫酶濃度變化

海鱸肌肉乳酸脫氫酶濃度隨游泳時長的變化情況見圖6。圖6中的實線為平均值線。由圖6可見，在游泳過程中，海鱸肌肉乳酸脫氫酶的濃度隨著時間的推移而升高，由0 min時的2 545.01 U/L升高到200 min時的4 235.12 U/L，升高了約1.66倍，但各時間段的乳酸脫氫酶濃度差異不顯著(P>0.05)。

圖6 海鱸肌肉乳酸脫氫酶濃度隨時長的變化情況

3 討論

3.1 海鱸游泳過程中的主要生理變化

本研究主要關注在海鱸游泳過程中，跟游泳能力密切相關的體內能量物質和代謝物等主要生理指標的變化規律，主要包括血糖、肝糖原、肌糖原、乳酸脫氫酶等。當流速為0.3 m/s時，海鱸可進行長時間游泳，主要進行有氧代謝[16]。在有氧代謝的過程中，海鱸的血糖濃度隨著游泳時長的增加而升高，促使肝糖原和肌糖原等能量物質加速分解進入血管進行能量代謝。為了維持游泳狀態，血糖濃度不斷升高以滿足魚體需求。由于魚體對能量需求的增加，血糖的持續消耗需要肝糖原和肌糖原的快速補充。本研究表明，海鱸在游泳時肌糖原略有減少，而肝糖原迅速減少，說明肝糖原在海鱸游泳時對血糖的補充起主要作用。在持續高強度的游泳過程中，有氧呼吸是能量代謝的主要方式，隨著續航時間的增加，海鱸機體內的無氧呼吸加強，其體內的乳酸濃度顯著上升，表現為乳酸脫氫酶濃度的上升。乳酸脫氫酶是一種參與糖酵解和糖異生過程中氧化還原反應的重要酶類，與乳酸濃度成正比，且存在于所有組織細胞中[22-23]，因此可以用來判斷海鱸肌肉的乳酸濃度。大黃魚和黑尾近紅鲌在運輸過程中，隨著運輸時間的增加，無氧呼吸加劇，使得其體內的乳酸水平顯著升高[24-25]。日本黃姑魚在力竭性運動后肌肉乳酸濃度也顯著升高[26]。在試驗中發現，海鱸在持續游泳過程中肌肉乳酸脫氫酶呈上升趨勢，但在試驗中并未發現海鱸肌肉乳酸脫氫酶濃度的最大值，因此肌肉乳酸不能作為海鱸疲勞的關鍵因子，只能作為海鱸疲勞的影響因子。

糖類是生物細胞膜的主要成分，也是生物體主要供能物質之一，還是魚類合成脂肪和蛋白質的原料。葡萄糖有氧分解是哺乳動物主要的供能方式之一[27]，但魚類對糖的利用率相對較低[18]。在本試驗中發現，海鱸的血糖濃度隨著持續游泳時長的增加而緩慢升高，但未呈現出線性規律，因此，血糖濃度不能作為影響海鱸疲勞的關鍵因子。高等哺乳動物在運動過程中，肌糖原是其主要的供能物質，運動時間越長，消耗的肌糖原越多[28]，產生的乳酸也越多，耗氧量也隨之增加。本試驗結果表明，海鱸的肌糖原隨著持續游泳時長的增加而緩慢減少，且其肌糖原濃度與游泳時長不呈線性關系，所以肌糖原濃度也只能作為海鱸疲勞的影響因子之一。

肝臟是動物重要的器官，在高等哺乳動物中，肝糖原分解是血糖的主要來源之一，即葡萄糖也可儲存在肝臟中，肝臟對于調節糖代謝起了重要的作用，是有效降低肝糖原積累的重要途徑[29]。大量研究表明，小鼠在運動時肝糖原濃度會降低[30]，而肝糖原濃度不足會導致血糖濃度不足，容易造成疲勞[31]。本試驗結果顯示，海鱸在持續游泳過程中，肝糖原濃度隨著時間的增加逐漸下降，當海鱸接近疲勞時，肝糖原幾乎消耗殆盡。研究表明，肝糖原濃度越高，動物抗疲勞能力越強[32]。晁帥等[33]在對美國紅魚游泳能力的研究中發現，隨著游泳時間的增加，美國紅魚肝糖原的濃度逐漸下降，當美國紅魚接近疲勞時肝糖原濃度接近為0。這與本試驗結果一致。本試驗結果顯示，海鱸的肝糖原濃度隨著游泳時間的增加而下降，二者呈線性關系，當海鱸接近疲勞時，其肝糖原濃度接近于0。因此，肝糖原濃度是影響海鱸游泳過程中疲勞程度的關鍵因子。

3.2 海鱸游泳能力的分析

游泳速度是評價魚類游泳能力的重要指標[34]，魚類游泳的臨界速度更是受到研究者的關注。本試驗結果，海鱸的續航時長是200 min，且續航時長在流速大于0.4 m/s后迅速縮短。同種魚類，體質量不同，其游泳能力也有差別，通常魚體越大，水流對其影響程度越小，游泳能力就越強[18]。李陽希等[35]在對大渡河軟刺裸裂尻魚(Schizopygopsismalacanthus)的研究中發現，體積越大的魚，其游泳能力就越強。吳壽昌等[36]對不同體長的黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)游泳能力的研究中也得到了同樣的規律。本研究中，海鱸的持續游泳時長隨著水流速度的增大而呈冪函數下降。相同體積不同種類的魚類，因其身體構造和肉質不同，游泳能力也不同。在體質量和體長相近的情況下，美國紅魚的游泳能力明顯強于鱸魚(Lateolabraxmaculatus)和斜帶髭鯛(Hapalogenysnitens)，而鱸魚和斜帶髭鯛的游泳能力相近[21]。婁宇棟等[37]在對相同體積的大黃魚、黑鯛和美國紅魚游泳能力的研究中發現，美國紅魚的游泳能力最強，大黃魚的游泳能力最弱。本研究中海鱸的游泳能力強于大黃魚而弱于美國紅魚。魚類的游泳能力通常以游泳速度或游泳時長作為指標。在實驗室條件下，一般通過控制水流流速，測定其在給定流速下的續航游泳時間。本研究中，續航游泳時間的測定是下一步開展海鱸游泳主要生理指標測量的重要依據。根據王萍等[21]的研究結果，鱸魚雖然與美國紅魚有著相似的紡錘形身體構造，但其肉質松散、鱗片相對粗糙，以及游泳習慣、尾鰭大小及擺動頻率的差異，因而游泳能力要遜于美國紅魚，但強于斜帶髭鯛。

4 結論

魚類游泳能力研究給實際生產的指導提供了重要的參考價值。所以在魚類海洋養殖區域的選址上需要考慮抵抗潮流的沖擊，并確定養殖海域中的最大潮流速度，從而將潛在的經濟損失降到最低，以保障養殖的成功和增加養殖戶的收入。本文對海鱸游泳能力和運動代謝的研究結果如下：

(1)海鱸的游泳續航能力強于大黃魚[37]，但明顯弱于美國紅魚[21]，續航時長與水流流速呈冪函數遞減關系。

(2)海鱸在以恒定流速游泳的過程中，血糖濃度會提高，肌糖原濃度顯著減少，肝糖原濃度顯著降低。當海鱸接近疲勞時，肝糖原濃度亦接近耗盡，表明其無法再為血糖平衡提供快速補充。由此猜測，血糖穩定對維持海鱸的體能具有關鍵作用。

(3)海鱸在恒定流速條件下游泳的過程中，其肌肉乳酸濃度增加較明顯，表明海鱸在100%疲勞程度時，因無氧呼吸導致的乳酸濃度升高，同樣是導致其疲勞的重要因素。

(4)當海鱸在流速大于0.4 m/s的水流中游泳時，其續航時長顯著縮短，說明海鱸不宜在流速超過0.4 m/s的海域持續游泳。這一結果可為今后網箱養殖海鱸幼魚選擇海域提供參考。