长薄鳅幼鱼摄食节律及其胃排空模型的研究

黄颖颖，龙治海，周 波，汪 斌，李正一，徐 飞，陈春娜

（四川省农业科学院 水产研究所，四川 宜宾 644000）

营养会影响鱼类的生长、繁殖和健康，鱼类通过摄食满足自身对营养物质的需求，鱼类的摄食行为会同时受到外因（如水温、光照、繁殖状况等）和内因（摄食节律）的调节［1］。摄食节律是指鱼类为适应水温、光照、食物等周期性变化而形成的具有一定规律的摄食活动［2］，在实际的养殖生产中，根据养殖鱼类的摄食节律来调整养殖对象的投喂时间，可有效提高养殖效率。

鱼类的胃排空率是指摄食后食物从胃中排出的速率或胃内容物占摄食量百分比的下降比例［3-4］，鱼类胃排空率是鱼类摄食生态学和水生系统营养动力学研究的必要组成部分，它同摄食频率、转化率、吸收率一样是影响鱼类生长的重要因素［5］。胃排空率除被用来估算鱼类在自然界中的日摄食率外，还可以利用胃排空率实验获得的胃排空时间制定适当的喂养策略，优化养殖鱼的饲养方式，提高食物转化效率，促进鱼类生长，降低饲养成本和对养殖环境的污染。

长薄鳅［Leptobotia elongata （Bleeker）］是鳅科鱼类中最大的一种，主要分布于长江干流，属凶猛性底栖鱼类，为我国特有物种［6］，其个体大、生长快，适温范围广，营养价值丰富，由于环境的变化，其野生资源量明显枯竭，现为《中国濒危动物红皮书》（鱼类）保护名录鱼类之一。有关长薄鳅饲养繁殖、病害防治、生理生态及仔稚鱼的生长及摄食特性的研究已有相关报道［7-13］，但有关其幼鱼的日摄食节律及胃排空特征的研究尚未见报道。本研究以人工池塘养殖条件下的长薄鳅幼鱼为对象，对其昼夜摄食节律及胃排空率进行了研究，旨在阐明其摄食规律，掌握食欲恢复时间，制定合理的投喂策略，以期为指导长薄鳅的人工饲养提供参考，提高养殖效率。

1 材料与方法

1.1 实验鱼

实验鱼为四川省农业科学院水产研究所自行繁育的长薄鳅F1代幼鱼，随机挑选规格一致、体表无伤、体质健康的实验鱼暂养于室内池中的聚氯乙烯网箱中，保持暂养池微流水状态，实验用水为经过曝气和沉淀后的金沙江水，室内水温保持在（23±1）℃。

暂养期间每天饱食投喂新鲜并经杀菌处理的水蚯蚓1次，保持网箱内始终有饵料存在，待其适应室内环境后开始实验。

1.2 实验方法

1.2.1 日摄食节律 实验设计参照张鹏飞的方法［14］，采用两种投喂方式，方法1：分段式连续投喂法，将一天24 h平均分为8个时段，每3 h投喂1次，试验共1组，每组设3个重复，每缸日投喂8次，具体时间设置如下：6:00、9:00、12:00、15:00、18:00、21:00、0:00、3:00。方法2：一次性饱食投喂法，将一天24 h平均分为8个时段（时间设置同方法1），以上述各时间段分别作为一个处理组，试验共设8个组，每组均设置3个重复，每天每缸饱食投喂一次。

选取大小一致且健康的实验鱼270尾，称重后随机平均分成27组，分别放入27个实验鱼缸内，实验鱼初始体重为（9.67±0.34）g。

实验开始后，按照实验设计的条件，每天定时投喂过量经杀菌处理的鲜活水蚯蚓，投喂1 h后用虹吸方法将残饵吸出，投喂的水蚯蚓及回收的残饵均用滤纸吸水1 min后用电子天平（精度0.0001 g）称重，记录每次的投喂量。每天实验结束时，称量每缸鱼总重。实验共持续7 d，每天测定水温，每日换水1次。

1.2.2 胃排空率 选取300尾健康无病、规格一致、平均体质量为（9.87±0.66）g的实验鱼暂养于120 L水族箱，将实验鱼停食48 h后，随机取出10尾，解剖观察所有鱼胃内均无残余饵料，确保其处于空胃状态。根据摄食节律结果，选择在夜间00:00一次饱食投喂水蚯蚓，使所有的实验鱼充分摄食。投喂30 min后采用虹吸和换水的方式移除水族缸内的残饵，开始计时为0 h，随机取样10尾鱼，麻醉（50 mg/L MS-222）后测量体长体重，解剖称量胃内含物湿重（精确到0.0001 g），用于0 h的摄食量，以后每间隔2 h取样10尾，逐尾称量并计算胃内含物重量的平均值，以此作为该取样时间的胃内含物重量，当所有取样样本均为空胃时则结束实验。

1.3 模型选择

选用研究胃排空常用的3种数学模型，即指数模型、平方根模型和线性模型，分别对长薄鳅幼鱼摄食后胃内含物湿重随时间变化的实验数据进行拟合，并绘制胃排空率曲线。3种模型的数学表达式如下：

指数模型：Y=A×e-Bt

平方根模型：Y0.5=A-B×t

线性模型：Y=A-B×t

式中，Y为瞬时胃内含物湿重=胃内含物湿重（g）／鱼体质量（g）×100；A为常数；B为瞬时排空率（g/h）；t为摄食后时间（h）。

用Excel对实验数据进行统计和常规计算，用sigmaplot 14.0对数据进行拟合并获得相关参数。通过对各拟合模型的相关系数平方（R2）、残差平方和（RSS）的比较，筛选长薄鳅幼鱼胃排空的最优模型。

1.4 数据分析与统计

采用日摄食率作为评估摄食节律的指标。其计算公式如下：

日摄食量=日投喂总量‒日残饵量

日摄食率=100%×Wf / Wt

式中，Wt为日体重（g），Wf为日摄食量（g）。数据以平均值±标准误（Mean±SE）表示。采用SPSS 20.0统计软件进行数据分析，差异性比较采用单因素方差分析及Duncan多重比较，P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同投喂方式对日摄食节律的影响

整个实验期间长薄鳅活动正常，白天集群潜伏于缸底，夜晚则在缸底沿缸壁集群游动，表现出典型的夜行性活动节律。

图1 不同投喂方式下长薄鳅幼鱼昼夜摄食节律的变化

长薄鳅在两种投喂方式下得到的两种摄食节律结果如图1所示，不同投喂方式下，长薄鳅一天24 h的摄食强度在各时间段差异显著（图1）。在一次饱食投喂条件下，长薄鳅在不同时间段都有摄食，摄食活动从21:00开始上升，至00:00达最大值，06:00开始下降，除第6 d外，其余各组白天15:00的摄食率最低，经Duncan’S多重比较分析，21:00、00:00、03:00这3个时间段的摄食率差异不明显（P>0.05），但与其余时间段差异显著（P<0.05）。日摄食率在0.97%~4.59%，日平均摄食率为（2.44+0.15）%，7 d的平均摄食率也在00:00表现出摄食高峰，15:00为摄食低谷，结合整个实验期间的日摄食率来看，长薄鳅摄食表现为24 h的周期变动，摄食高峰出现在00:00。在分段式连续投喂下，实验期间每天之间的摄食率无显著性差异（P>0.05），一昼夜中每个时间点的摄食率均低于一次饱食投喂摄食率，其摄食率从21:00开始上升，高峰值出现在00:00，06:00后开始下降，至中午12:00~15:00时间段为一天中最低，与一次饱食投喂条件的变化趋势相似，表现为24 h一周期的摄食规律，日摄食率范围为0.16%~2.74%，日平均摄食率为（0.92±0.09）%。

2.2 胃排空时间及胃排空模型

用线性、指数和平方根3种数学模型估算体重为（9.87±0.66）g的长薄鳅幼鱼的胃排空率见图2，图2中的每一个黑点代表每条鱼胃内含物湿重，三角型代表每一组鱼胃内含物湿重的平均数，采用相关系数平方值（R2）、残差平方和（RSS）的值判断拟合效果，拟合线性模型表达式为y=1.1649‒0.0623t，R2=0.7196，RSS=11.00；平 方根模型表达式为y0.5=1.2614‒0.0703t，R2=0.9364，RSS=2.49；指 数 模 型 表 达 式 为y=1.8317e‒0.2004t，R2=0.9732，RSS=1.05，结果显示，上述3种数学模型的拟合结果都呈显著相关关系（P<0.01），其中以指数模型的R2为最大，RSS值最小，相对于线性模型和平方根模型，指数模型更适于描述长薄鳅幼鱼胃排空规律。

根据指数模型计算，长薄鳅幼鱼的胃排空率为0.2004 g/h，50%胃排空时间为3.5 h，99%胃排空时间为23 h，达到投喂前水平。

图2 长薄鳅幼鱼胃排空曲线的数学模型拟合

3 结论与讨论

3.1 不同投喂方式下，长薄鳅幼鱼的昼夜摄食节律

摄食节律是鱼类摄食生态研究的重要内容，鱼类的摄食行为表现出特定的摄食节律，是对所处环境的一种主动适应。本研究发现长薄鳅24 h一周期的摄食节律不受投喂方式的影响。在每天一次性饱食投喂的条件下，长薄鳅幼鱼21:00~03:00摄食率明显高于其它时间段；而在分段式连续投喂的条件下，长薄鳅幼鱼摄食节律变化情况同每天一次性饱食投喂条件下的情况相似，高峰出现在00:00，两种投喂方式均表现出24 h一次的摄食高峰，这与长吻鮠［15］（Leiocassis longirostris）和大菱鲆［16］（Scophthatmus maximus）幼鱼日摄食节律在一次饱食投喂条件下更符合实际的观点不同。长薄鳅属底栖群居性鱼类，抢食凶猛，消化速率快，从胃肠排空时间的结果来看，长薄鳅在摄食23 h后胃内含物排空约99%，因此两种实验方法均较好地反应了长薄鳅幼鱼的摄食节律。这与不同投喂方式对绿鳍马面鲀幼鱼昼夜摄食节律的结果相同［14］。由此可见，在实际养殖中不同养殖对象摄食节律受投喂方式变化的影响亦不同。

鱼类的摄食主要分为白天摄食、晚上摄食、晨昏摄食和无明显节律4种类型［17］。自然环境下，大多数鱼类的摄食活动表现出明显的昼夜节律变化，鱼类会根据饵料丰度、水环境条件及生物钟的影响而改变它们的进食时间［18］。本研究发现长薄鳅幼鱼在两种投喂条件下，日摄食率高峰值均出现在00:00，21:00~03:00的摄食率明显高于白天各时间段，说明长薄鳅为典型的夜间摄食鱼类。

分子遗传学的最新研究表明，昼夜节律是通过基因表达调控实现的，目前在鱼类中发现有4个昼夜节律基因，分别是Cry基因、Clock基因、Bmal基因和Per基因［19］。这些基因通过“转录-翻译-抑转录”机制形成正负调节环路，编码有价值的时间信息。光照、温度和摄食通过上述基因的节律性表达与摄食周期同步来起作用。

光照信息（强度、周期、光波组成等）可通过视网膜和松果体上的光感受器被鱼类所接受。鱼的松果体是一个直接的光感受器，可将外界环境的光照变化转化为褪黑激素周期性分泌，褪黑激素通过体液循环把光周期的信息传递到相应的靶器官（细胞），参与许多节律性生理过程（例如生殖，发育）和行为（例如摄食，运动活动）［20］。长薄鳅喜生活在江边水流较缓处的石砾缝间，眼小畏光，在本研究中发现长薄鳅摄食高峰出现在光照较弱的夜晚，而在光照强的白天则摄食率低，长薄鳅属于日伏夜出型鱼类，白天在遮蔽物下处于相对静止状态，夜晚摄食活动明显，这可能是因为长薄鳅为一种底栖性鱼类，对光线的变化非常敏感，光刺激通过长薄鳅的视网膜感受器转化为神经冲动，通过时钟基因的表达将光照信号传递给松果体促进褪黑激素的分泌，另一方面，褪黑激素和5-羟色胺（褪黑激素前体）之间形成的反馈回路，通过大脑和胃肠道的内分泌和旁分泌过程调节摄食。

3.2 长薄鳅幼鱼的胃排空特征

鱼类的胃排空受温度、季节、鱼体质量、代谢率、胃肠饱满度、饵料性质和生理状况等因素的影响［21］。鱼类在长期演化过程中，形成了一系列适应各自食性类型和摄食方式的消化道结构，因此鱼类胃排空的方式也存在种间差异［22］。目前最常见的有3种表现形式：第1种特征为摄食最初阶段排空速度最快，随着胃饱满度的下降，排空速度减慢［23］；第2种特征是胃内含物重量随时间呈直线下降的趋势［24］；第3种方式表现为排空速度由慢及快再减慢的过程［25］，不同鱼类的胃排空方式是其摄食习性和对不同食物类型适应的集中表现。

测量鱼类胃排空的常用方法除了胃内含物质量分析法外，还包括放射性标记法、染色法和X-射线法等［26-28］。本文以胃内含物质量分析法研究了平均体重为（9.87±0.66）g的长薄鳅的胃排空特点，其排空特征具体表现为摄食开始至摄食后8 h这一阶段快速排空，之后为一个缓慢下降的排空过程。通过分析认为，长薄鳅是肉食性鱼类，主要以小鱼、甲壳类（虾类）、底栖无脊椎动物和水生昆虫幼虫、大型浮游动物等为食，长薄鳅摄食后，大型浮游动物、底栖无脊椎动物、鱼肉等物质在消化酶的作用下较快被吸收，表现出快速减少的过程，之后由于动物性食物外壳、骨骼等较难消化部分对消化酶的化学和物理屏障作用，延迟了食糜的排出时间，进而表现出缓慢的下降过程。

3.3 长薄鳅幼鱼胃排空最优数学模型

由于鱼类的摄食排空方式受鱼体自身及环境因子的影响，因此用于表现不同鱼类胃排空方式的胃排空模型种类也较多［29］，常用的有3种，即指数模型、平方根模型和线性模型。本文通过比较上述3种数学模型的相关系数（R2）、残差平方和（RSS），认为指数模型是描述长薄鳅幼鱼胃内含物与时间变化关系的最佳模型，其次为平方根模型，线性模型最差。

已有研究发现，许多肉食物性鱼类如美国红鱼［24］等的最佳排空模型为线性模型，然而有研究也表明在描述一些肉食性鱼类的胃排空特征时也适用指数模型［30-31］。鱼类的胃排空是由神经及体液调节的复杂生理过程，由许多相互作用的生理因素包括胃肌产生的推动力、反馈抑制、中枢神经的控制以及胃幽门区域的解剖结构等共同决定，还受到多种环境因素的影响［32］，所以不同条件下选择的最适胃排空模型不尽相同。因此，本研究只表明了在本实验条件下以湿重表示胃内含物的变化时，9.87 g左右重的长薄鳅胃排空最佳描述模型为指数模型。

3.4 长薄鳅幼鱼的胃排空时间及其对摄食的影响

鱼类的胃排空程度与其食欲恢复密切相关。一般认为，食欲恢复的极限点为胃内残留物为零或胃内含物排空达100%［33］，当鱼类胃内含物排空达80%时，其食欲基本得到恢复［34］。在鱼类食欲恢复的时候投喂，可提高食物转化效率，促进鱼类生长，根据排空率制定鱼类的投喂策略具有生产指导意义。用胃排空模型可以预测胃排空时间，本研究根据指数模型，在水温23 ℃的条件下，长薄鳅幼鱼的胃排空率为0.2004 g/h，有关研究表明，在水温23 ℃的条件下，体质量为10.47 g的俄罗斯鲟幼鱼胃排空率为0.066 g/h［34］；体重为8.52 g的许氏平鲉在水温22 ℃的条件下，胃排空率为0.047 g/h［35］。和其它鱼类相比，长薄鳅的胃排空率较大，其消化食物的速度也相对较快，预测其胃排空达到50%（食欲恢复50%）所需时间为3.5 h，食欲基本恢复（胃排空达到80%）时间为8 h，食欲完全恢复（胃排空达到99%）时间为23 h，即理论上投喂间隔8 h时长薄鳅的食欲已基本得到恢复。但在养殖中发现，在白天自然光照环境下，即使长薄鳅食欲基本得到恢复，但其摄食率仍然偏低，结合其摄食节律，摄食率升高发生在傍晚18:00以后，直至夜间达到最大，因此，综合考虑其摄食节律及胃排空特点，建议长薄鳅幼鱼的投喂时间可安排在傍晚以后，每天投喂一次。