瓦氏黄颡鱼的能量代谢昼夜变化研究

史庆超， 王 均， 颉 江， 覃川杰*， 李文嘉

（1.长江上游鱼类资源保护与利用四川省重点实验室，四川内江641000；2.内江师范学院生命科学学院，四川内江641000；3.河南省农业科学院畜牧兽医研究所，河南郑州450000）

我国水产业正朝向生态集约化养殖模式发展，投喂模式是集约化水产养殖管理的核心环节之一。鱼类的投喂应当建立在鱼类摄食节律基础之上。研究发现，鱼类的摄食节律与鱼类能量代谢规律密切相关，掌握鱼类的能量代谢规律对研究鱼类摄食节律，建立科学投喂模式起到关键作用（Hancz等，2017）。呼吸和排泄是鱼类代谢活动的重要表征，其可反映鱼类在外界环境中的生活状况（曹善茂等，2015）。通过测定鱼类耗氧率、二氧化碳排泄率和排氨率等指标的变化可以很好地评价鱼类的能量代谢水平及代谢规律（周银环等，2017）。目前，相关研究多集中在鱼类能量代谢水平上（王蕾等，2019；刘欢等，2016；杨培民等，2009；王波等，2004），而关于鱼类能量代谢规律的研究相对匮乏。

瓦氏黄颡鱼（Pelteobagrus vachelli）广泛分布于我国长江中上游水域，因其氨基酸含量丰富、肌间刺少、味道鲜美而深受人们喜爱，已成为我国淡水养殖的重要经济鱼类。已有学者对黄颡鱼能量代谢进行了研究，如廖志洪等（2004）对比研究了黄颡鱼仔、稚、幼鱼三个生长阶段的耗氧率和氨氮排泄率变化，陈玉翠等（2006）研究发现，温度可显著影响瓦氏黄颡鱼氨氮排泄率，杨凯等（2010）报道，水体溶氧水平会对黄颡鱼稚鱼的呼吸代谢造成影响，然而关于瓦氏黄颡鱼能量代谢昼夜变化的研究鲜见报道。鉴于此，本研究以瓦氏黄颡鱼为试验对象，研究瓦氏黄颡鱼在一个昼夜周期内的呼吸代谢规律，并进一步探讨能源物质的供能情况，以期掌握鱼类的能量代谢规律，为建立瓦氏黄颡鱼科学的投喂策略提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 瓦氏黄颡鱼购于内江市水产市场，试验前于室内白桶中暂养7 d。禁食24 h后选取重量约（14.52±0.31）g的规格均匀，活泼健康的4条鱼进行试验，每桶为一个重复，每个重复1条鱼。试验用水为充分曝气自来水。试验期间，水温为18.3℃，pH为7.0，溶氧量为6.2 mg/L。

1.2 试验方法 试验装置为自制密封止水式呼吸测定仪，用充分曝气的自来水盛于18 L塑料桶中，橡皮胶管采样，桶内放1尾瓦氏黄颡鱼后，立即用液体石蜡封住水面。在一个昼夜周期内，每隔3 h，以胶管插入250 mL容量瓶底部，溢流3 min，取250 mL水样，盖上瓶盖。取25 mL水样于比色管中测定水体中的二氧化碳含量、溶解氧、氨氮含量（时间节点分别为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便携式溶氧仪测定溶解氧（戴克洋等，2004），试验前与碘量法GB7489-1987进行对比测定，并对溶氧仪系数进行校正；纳氏试剂分光光度法测定氨氮含量（杨春蕾，2016）。

1.3 数据计算与处理 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的计算公式如下：

式中：R为二氧化碳排泄率、耗氧率或排氨率；V为代谢瓶容量，L；C0为开始时代谢桶中二氧化碳含量或氨氮含量或对照桶中溶解氧，mg/L；C1为结束时对照桶中的二氧化碳含量或氨氮含量或代谢桶中溶解氧，mg/L；m为鱼体质量，g；t为试验时间，h。

试验结果数据采用“平均值±标准差”表示，运用Excel和SPSS 17.0软件进行数据处理，利用单因素方差分析（ANOVA）和多重比较法来校验昼夜节律性对水体二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率影响的显著性。使用Excel的余弦函数Y=M+A×cos（Ωt+Φ）分析三个呼吸代谢指标的变化情况，其中M是中值，A是幅度，Ω是角频率（对于昼夜节律为2π/24），Φ是前相。用P＜0.05表示差异显著性。

能源物质供能比根据蛋白质、糖和脂肪的卡价、氧热价和实测的呼吸熵、耗氧率、氨氮排泄率进行计算。

2 结果与分析

2.1 CO2排泄率、耗氧率和排氨率的昼夜变化瓦氏黄颡鱼幼鱼在8个时间段的二氧化碳排泄率、耗氧率及排氨率如表1所示。一个昼夜周期内（24 h），瓦氏黄颡鱼的二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率从昼至夜均呈现为先上升再到下降的变化趋势，二氧化碳排泄率最高时间段在0:00～3:00，为（1.38±0.16）mg/h·g，最低时间段在12:00～15:00，为（0.83±0.07）mg/h·g；耗氧率最高时间段在0:00～3:00，为（1.25±0.06）mg/h·g，最低时间段在12:00～15:00，为（0.88±0.13）mg/h·g；排氨率最高时间段在21:00～0:00，为（1.21±0.18）μg/h·g，最低时间段也处于9:00～12:00，为（0.78±0.05）μg/h·g。三个指标在白昼段与夜间段相比尤为显著。

表1 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的昼夜变化情况

2.2 余弦函数分析 通过昼夜观测对瓦氏黄颡鱼呼吸代谢进行分析，作出其对应的余弦函数图像，以了解瓦氏黄颡鱼在一个昼夜周期内的活动代谢变化走向。余弦函数参数如表2所示。

表2 二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率的余弦函数参数

2.2.1 二氧化碳排出节律 瓦氏黄颡鱼幼鱼呼吸代谢中CO2排泄率的昼夜节律见图1。CO2排泄率余弦函数方程为Y=1.11+0.27×cos（0.26×t+0.08），CO2排泄率在23:41时呈现出最大值，为1.38 mg/h·g，CO2排泄率在11:53时呈现出最小值，为0.84 mg/h·g。白天（9:00～18:00）的平均CO2排泄率为0.95 mg/h·g；夜晚（18:00～9:00）的平均CO2排泄率为1.27 mg/h·g。夜间是白天的1.34倍，CO2排泄率昼夜间差异显著 （P＜0.05）。

图1 CO2排泄率余弦函数

2.2.2 耗氧节律 瓦氏黄颡鱼幼鱼呼吸代谢中的耗氧率的昼夜节律如图2所示。耗氧率余弦函数方程为Y=1.06+0.18×cos（0.26×t+0.27），耗氧率在1:02时呈现出最大值，为1.25 mg/h·g，在13:02时呈现出最小值，为0.88 mg/h·g。白天平均耗氧率为0.94 mg/h·g，夜间平均耗氧率为1.18 mg/h·g，夜间是白天的1.25倍，耗氧率昼夜差异显著（P＜0.05）。

图2 耗氧率余弦函数

2.2.3 排氨节律 瓦氏黄颡鱼幼鱼呼吸代谢中氨氮排泄率的昼夜节律见图3。排氨率余弦函数方程为Y=0.99+0.21×cos（0.26×t+0.55），排氨率在21:53时呈现出最大值，为1.21μg/h·g，在9:43时呈现出最小值，为0.78μg/h·g。白天平均排氨率为0.92μg/h·g，夜间平均排氨率为1.08 μg/h·g，夜间是白天的1.18倍，排氨率昼夜差异显著（P＜0.05）。

图3 排氨率余弦函数

2.3 能源物质供能比 根据二氧化碳含量、耗氧量摩尔数计算出呼吸熵，耗氧率和排氨率计算出氧氮比（O:N），结果见表3。瓦氏黄颡鱼的呼吸熵和氧氮比分别为0.72和23.74。

表3 瓦氏黄颡鱼呼吸熵及氧氮比

3 讨论

3.1 瓦氏黄颡鱼能量代谢的昼夜变化规律 已有研究表明，鱼类普遍存在着昼夜节律变化，且不同的鱼类昼夜节律性不尽相同（谢小军等，1989）。鱼类的昼夜节律性是由长期的生活习性所形成，受到光照周期、摄食特性和食性、生活习性等多种因素的影响。通常情况下，鱼类的代谢昼夜变化表现为3种类型：（1）白天＞夜间型，如大口胭脂鱼和平鲷（丁彦文等，2000；王佳喜等，1997）；（2）夜间＞白天型，如鳜、长薄鳅和青石斑鱼（邹桂伟等，1998；司亚东等，1995；戴庆年等，1994）；（3）昼夜变化不显著型，如半滑舌鳎和真鲷（王资生等，2004；王艺磊等，2002）。不同代谢特征不仅是鱼类长期适应进化的结果，而且也是考察鱼类昼夜节律的重要生理指标（曾令清等，2007）。本试验结果显示，瓦氏黄颡鱼幼鱼的二氧化碳排泄率、耗氧率与排氨率均呈现一定的昼夜节律性，且夜间的活动代谢强度显著高于白昼，属于第二种类型，行为学的研究发现瓦氏黄颡鱼通常表现为夜间摄食，其昼夜活动代谢周期变化情况与行为习性相符，因此可判定瓦氏黄颡鱼属晨昏摄食型鱼类（昼伏夜出习性）。另外，本试验中二氧化碳排泄率夜间是白天的1.34倍；耗氧率夜间为白天的1.25倍；排氨率夜间为白昼的1.18倍。表明瓦氏黄颡鱼夜间活动量增大，体内消耗的能量或其他元素均比白天高，因此掌握瓦氏黄颡鱼这一规律有助于为其设定理想的投饲时间。夜间高于白天的情况可能是由于昼夜环境因子，如光照、温度及气象条件等变幅对其的影响作用结果。

3.2 供能物质分析 根据呼吸熵的大小可以推测机体能量供应的主要来源，通常机体摄取的都是混合食物，因此体内代谢的呼吸熵为0.71～1.0。机体在特定时间内的呼吸熵与提供主要能量来源的营养物质有关。若能源主要来源于碳水化合物的氧化，呼吸熵为1.0；若主要是脂肪供能，则呼吸熵为0.71；蛋白质的呼吸熵为0.8（大森倍等，1987）。本试验结果显示，体重为（14.52±0.31）g的瓦氏黄颡鱼的呼吸熵为（0.72±0.04），推测该生长阶段的瓦氏黄颡鱼主要功能物质为蛋白质和脂肪。此外，O:N亦作为衡量动物机体代谢中能源配比的一个重要指标（王俊等，1999）。机体若完全以蛋白质为氧化基质提供能量，其O:N约为7（Mayzaud，1976）；若以蛋白质和脂肪供能时，其O:N约为24（Ikeda，1974）；若完全以脂肪或碳水化合物作为供能物质，其O:N将趋于无穷大（Conover等，1968）。本试验结果显示，氧氮比值为（23.84±5.23），表明所研究的瓦氏黄颡鱼的供能物质主要是脂肪和蛋白质，这也与前面的呼吸熵结果相一致。有研究认为，瓦氏黄颡鱼幼龄转向成熟阶段，主要是脂肪和蛋白质，其随着体质量的增长，脂肪供能的比例远高于蛋白质且瓦氏黄颡鱼鱼体脂肪含量远高于大多数鱼类（杨家云，1994）。此外瓦氏黄颡鱼对碳水化合物的利用情况甚少。这与瓦氏黄颡鱼对糖类的的耐受能力较高相一致（张世亮，2011）。但日粮水平中给瓦氏黄颡鱼饲喂过低含糖量的饲料会降低生长速度（杨莹，2011）。所以根据瓦氏黄颡鱼的代谢情况与摄食节律选择更加合理的投喂时间和能量饲料，可加快瓦氏黄颡鱼体质的生长，从而取得较高的经济价值和市场定位。

4 结论

在自然状态下，瓦氏黄颡鱼二氧化碳排泄率、耗氧率和排氨率存在着显著的昼夜节律性，其夜间的代谢活动均高于白昼。氧氮比和呼吸熵显示，瓦氏黄颡鱼最主要的供能物质为脂肪和蛋白质。