霍润明 王萍 娄宇栋 柴若愚 尹恒 桂福坤
(浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心，浙江省海洋养殖装备与工程技术重点实验室，浙江舟山 316022)
海鲈(Lateolabraxjaponicus)学名日本真鲈，又称花鲈、七星鲈，隶属于鲈形目(Perciformes)、鲈亚目(Percoidei)、花鲈科(Lateolabracidae)、花鲈属(Lateolabrax)，是我国沿海重要的经济鱼类[1]。海鲈地理分布较广，在太平洋和大西洋沿岸均有分布，其中在亚洲的主要产地是日本海、黄海和渤海[2]。海鲈肉质鲜嫩口感好，不仅含有丰富的蛋白质，还含有矿物质、维生素、必需氨基酸等多种营养成分，营养价值很高[3-5]。近年来，我国鲈鱼养殖业发展迅速，2020年海水鲈鱼养殖量已达18万吨[6]。
鱼类的游泳能力主要是指鱼类的游泳速度和可持续游泳时间(续航时间)。游泳能力是许多鱼类逃离追捕、觅食、洄游、求偶和避灾的重要手段，对鱼类等水生动物的生存至关重要[7-9]。海水养殖的经济效益受到养殖鱼类的游泳能力、生理代谢能力以及养殖海域水流速度的影响，所以根据鱼类的游泳能力和生理代谢能力来选择合适的养殖海域至关重要[10]。如果养殖区域水流过小，会导致网箱和水体环境的物质交换受阻，因养殖空间有限而使鱼类生长受到限制，并且容易暴发鱼病；
如果养殖区域水流过大，则鱼类需消耗大量的能量以维持自身稳定，且容易造成鱼类贴网受伤甚至死亡，造成大量的经济损失[4]。
不同环境、体型和种类的鱼的游泳能力均存在显著性差异[10-11]。关于鱼类游泳能力各项指标的分类、测定方法及影响已经有了较为广泛和深入的研究[12-14]。近年来，对美国红鱼(Sciaenopsocellatus)[15-17]、黑鲷(Acanthopagrusschlegelii)[18]和其他淡水鱼类[19-20]的游泳能力、肝脏转录组和能量代谢方面的相关研究已取得一定进展，但有关海鲈的游泳能力和能量代谢的报道很少。
注：A. 测试水槽的剖面;B. 测试水槽的截面。
本文以常见的网箱养殖的海鲈为研究对象，通过水槽试验，研究海鲈在最适流速条件下游泳的主要能量物质和代谢产物(包括血糖、肌糖原、肝糖原和乳酸脱氢酶)的浓度和变化规律，并与同规格网箱内其他鱼类的游泳续航时间和能量代谢规律进行比较，旨在为深水网箱、浅海围网等养殖海域的选择提供参考数据。
1.1 试验材料
试验用海鲈取自浙江舟山某深水网箱养殖基地(29°59′23.2″N，122°09′56.4″E)，共100尾，其中72尾用于试验。试验鱼平均体质量为(44.69±3.01)g(体长和体质量的数据均为试验后测定)。试验用海水取自舟山市定海区长峙岛附近的海域，经沉淀过滤后注入养殖桶。在暂养过程中，使用气泵持续增氧，保持养殖水体溶解氧充足。试验前，将海鲈运至国家海洋设施养殖工程技术研究中心117实验室，放入养殖桶内暂养。养殖桶直径为1 m，高1 m，共20个。暂养期间，随机挑选5个养殖桶进行试验，另外5个作备用。试验海水盐度为34，水温控制在20～21 ℃，光照为自然光照。每天按鱼体质量的1.5%进行投饲，饲料为“峰华牌”4号料(粗蛋白质47.0%，粗脂肪5.0%，粗纤维5.0%)。
1.2 试验仪器和设备
试验在浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程技术研究中心116实验室的多功能双体池中进行。多功能双体水槽总长17 m，可以通过调节电机的转速来改变水槽内的水流速度。水槽主体分为水槽1和水槽2两个部分，两个部分独立运行，可以分别控制水流速度，互不影响。其中，水槽1的横截面大小固定为50 cm×80 cm，在水槽1中，试验鱼不管处于什么位置，水流速度不会发生变化。水槽2的横截面积则从右到左逐渐减小，截面最小处仅为20 cm×80 cm，最大处为80 cm×80 cm，流速从左到右逐渐减缓。由于水槽底部的流速相对其他区域较为平缓，为防止试验鱼在试验过程中出现贴底游泳现象，两个水槽底部均放置了专门设计的金属网片。试验装置如图1所示。
1.3 试验方法
1.3.1 海鲈的游泳续航时间测试
参照王萍等[21]的试验方法，设定5组水流速度分别为0.3、0.4、0.5、0.6和0.7 m/s。试验开始前，首先调整水槽内的水温、光照和盐度，直到循环水槽与暂养桶的水体环境相近。从暂养桶中取出36尾鱼[平均体质量为(44.69±3.01)g]，放入循环水槽1中，以0 m/s的流速适应1 h。适应结束后，在1 min内将流速由0均匀加速至设计流速，然后通过远程监控观察试验鱼的游动状态，直至鱼触网放弃游泳20 s以上后测试结束，记录其触网时间。每组流速保证有6次有效试验，即当试验鱼出现明显异常时，放弃该组试验，重新选择试验鱼进行试验，直至具有6次有效试验数据。试验时，为避免鱼相互干扰，每次只选取1尾试验鱼。试验结束后，测量试验鱼的体质量、体长等规格参数。每组流速测6尾鱼，记录每种流速下每尾鱼触网的时间及每尾鱼的体质量、体长。
1.3.2 海鲈游泳过程中的生理指标检测
试验环境条件与1.3.1中游泳续航试验的测试条件一致，根据上述试验结果设定流速为0.3 m/s，在此流速下海鲈的平均续航时间为200 min左右。为测试海鲈在整个游泳过程中主要生理指标的变化，分别在0、40、80、120、160和200 min设定6个采样时间点，且分别对应0、20%、40%、60%、80%、100%疲劳程度。试验前，设置水槽2中的水深为0.4 m，在试验过程中保持一致。从暂养桶中选取36尾规格相近的试验鱼，放入循环水槽中以0.5 BL/s(BL代表试验海鲈的平均体长)的流速适应1 h。适应结束后，在60 s内将流速从适应流速均匀加至0.3 m/s，当试验鱼游泳到达设定的采样节点时，立刻停止试验。迅速取出试验鱼，用1 mL无菌注射器从试验鱼的尾静脉抽取血液，解剖鱼体获得肝脏和肌肉。将血液在4 ℃下保存，肝脏和肌肉在-80 ℃下保存，之后分别测量血糖、肌糖原、肝糖原和乳酸脱氢酶等指标。每个采样节点进行6次采样。血糖浓度的测量参照《食品血糖指数(GI)的测定和食物分类的建议》(ISO 26642—2010)，采用葡萄糖氧化酶法测定；
肝糖原和肌糖原浓度采用比色法测定；
肌肉乳酸的浓度采用乳酸脱氢酶法测定。血糖、糖原和乳酸脱氢酶的试剂盒购自南京建成生物工程研究所，并按照说明书进行操作[17]。
1.4 数据处理和统计
试验数据采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，若差异性显著，再用Turkey’s方法进行多重比较，设P<0.05为差异显著。用Origin 2019 b软件绘图。
2.1 海鲈游泳能力
由试验结果整理可得，在0.3 m/s的流速条件下，海鲈的平均游泳时长可达180 min左右。但在0.3～0.4 m/s的流速范围内，试验鱼的持续时长迅速缩短，在0.4 m/s的流速条件下，其平均持续游泳时长在40 min左右；
当流速高达0.7 m/s时，海鲈的游泳续航时长几乎为0。海鲈的续航游泳时长与流速呈幂函数递减关系，采用幂函数模型用最小二乘法对续航时间和流速进行拟合，所得流速与续航时间的模型见图2。
T= 0.756 5v-4.444，R2=0.983 3
(1)
式(1)中，T为续航游泳时长(min)；
v为游泳速度或水流速度(m/s)。
图2 海鲈持续游泳时长与流速的关系
2.2 海鲈游泳主要生理指标
2.2.1 血糖和糖原浓度的变化
海鲈在流速为0.3 m/s的试验条件下，不同时间节点的血糖、肌糖原、肝糖原浓度变化情况见图3～图5，其中图3和图4中的实线为平均值线。在游泳过程中，海鲈的血糖浓度不降反升(见图3)。试验结果显示，在0 min时，海鲈的血糖浓度为1.17 mg/mL，到200 min时，其血糖浓度升高到1.59 mg/mL，增加了1.36倍，总体来说上升较为缓慢。当海鲈游泳时，其肌糖原浓度在缓慢下降，从0 min时的1.37 mg/g缓慢降低到200 min时的0.71 mg/g(见图4)。海鲈在游泳时，其肝糖原的浓度则随着游泳时长的增加而快速降低，几乎与游泳时长呈线性关系，当持续游泳时长达到200 min时，试验鱼的肝糖原浓度仅为0.06 mg/g，远低于初始浓度0.47 mg/g(见图5)。这表明肝糖原在游泳过程中迅速消耗，几乎与游泳时长呈线性关系，当鱼接近疲劳时，肝糖原几乎消耗殆尽。对肝糖原浓度随游泳时长的变化情况进行线性拟合，可得到以下的拟合公式：
Ch (t)=0.41-Kv·t
(2)
式(2)中，Kv为肝糖原衰减速率，与鱼的游泳速度v有关。本文中Kv= 0.001 9 mg/(g·s)；
t为游泳时长(min)；
Ch(t)为肝糖原在t时刻的浓度。
图3 海鲈血糖浓度随时长的变化情况
图4 海鲈肌糖原浓度随时长的变化情况
图5 海鲈肝糖原浓度随时长的变化情况
2.2.2 乳酸脱氢酶浓度变化
海鲈肌肉乳酸脱氢酶浓度随游泳时长的变化情况见图6。图6中的实线为平均值线。由图6可见，在游泳过程中，海鲈肌肉乳酸脱氢酶的浓度随着时间的推移而升高，由0 min时的2 545.01 U/L升高到200 min时的4 235.12 U/L，升高了约1.66倍，但各时间段的乳酸脱氢酶浓度差异不显著(P>0.05)。
图6 海鲈肌肉乳酸脱氢酶浓度随时长的变化情况
3.1 海鲈游泳过程中的主要生理变化
本研究主要关注在海鲈游泳过程中，跟游泳能力密切相关的体内能量物质和代谢物等主要生理指标的变化规律，主要包括血糖、肝糖原、肌糖原、乳酸脱氢酶等。当流速为0.3 m/s时，海鲈可进行长时间游泳，主要进行有氧代谢[16]。在有氧代谢的过程中，海鲈的血糖浓度随着游泳时长的增加而升高，促使肝糖原和肌糖原等能量物质加速分解进入血管进行能量代谢。为了维持游泳状态，血糖浓度不断升高以满足鱼体需求。由于鱼体对能量需求的增加，血糖的持续消耗需要肝糖原和肌糖原的快速补充。本研究表明，海鲈在游泳时肌糖原略有减少，而肝糖原迅速减少，说明肝糖原在海鲈游泳时对血糖的补充起主要作用。在持续高强度的游泳过程中，有氧呼吸是能量代谢的主要方式，随着续航时间的增加，海鲈机体内的无氧呼吸加强，其体内的乳酸浓度显著上升，表现为乳酸脱氢酶浓度的上升。乳酸脱氢酶是一种参与糖酵解和糖异生过程中氧化还原反应的重要酶类，与乳酸浓度成正比，且存在于所有组织细胞中[22-23]，因此可以用来判断海鲈肌肉的乳酸浓度。大黄鱼和黑尾近红鲌在运输过程中，随着运输时间的增加，无氧呼吸加剧，使得其体内的乳酸水平显著升高[24-25]。日本黄姑鱼在力竭性运动后肌肉乳酸浓度也显著升高[26]。在试验中发现，海鲈在持续游泳过程中肌肉乳酸脱氢酶呈上升趋势，但在试验中并未发现海鲈肌肉乳酸脱氢酶浓度的最大值，因此肌肉乳酸不能作为海鲈疲劳的关键因子，只能作为海鲈疲劳的影响因子。
糖类是生物细胞膜的主要成分，也是生物体主要供能物质之一，还是鱼类合成脂肪和蛋白质的原料。葡萄糖有氧分解是哺乳动物主要的供能方式之一[27]，但鱼类对糖的利用率相对较低[18]。在本试验中发现，海鲈的血糖浓度随着持续游泳时长的增加而缓慢升高，但未呈现出线性规律，因此，血糖浓度不能作为影响海鲈疲劳的关键因子。高等哺乳动物在运动过程中，肌糖原是其主要的供能物质，运动时间越长，消耗的肌糖原越多[28]，产生的乳酸也越多，耗氧量也随之增加。本试验结果表明，海鲈的肌糖原随着持续游泳时长的增加而缓慢减少，且其肌糖原浓度与游泳时长不呈线性关系，所以肌糖原浓度也只能作为海鲈疲劳的影响因子之一。
肝脏是动物重要的器官，在高等哺乳动物中，肝糖原分解是血糖的主要来源之一，即葡萄糖也可储存在肝脏中，肝脏对于调节糖代谢起了重要的作用，是有效降低肝糖原积累的重要途径[29]。大量研究表明，小鼠在运动时肝糖原浓度会降低[30]，而肝糖原浓度不足会导致血糖浓度不足，容易造成疲劳[31]。本试验结果显示，海鲈在持续游泳过程中，肝糖原浓度随着时间的增加逐渐下降，当海鲈接近疲劳时，肝糖原几乎消耗殆尽。研究表明，肝糖原浓度越高，动物抗疲劳能力越强[32]。晁帅等[33]在对美国红鱼游泳能力的研究中发现，随着游泳时间的增加，美国红鱼肝糖原的浓度逐渐下降，当美国红鱼接近疲劳时肝糖原浓度接近为0。这与本试验结果一致。本试验结果显示，海鲈的肝糖原浓度随着游泳时间的增加而下降，二者呈线性关系，当海鲈接近疲劳时，其肝糖原浓度接近于0。因此，肝糖原浓度是影响海鲈游泳过程中疲劳程度的关键因子。
3.2 海鲈游泳能力的分析
游泳速度是评价鱼类游泳能力的重要指标[34]，鱼类游泳的临界速度更是受到研究者的关注。本试验结果，海鲈的续航时长是200 min，且续航时长在流速大于0.4 m/s后迅速缩短。同种鱼类，体质量不同，其游泳能力也有差别，通常鱼体越大，水流对其影响程度越小，游泳能力就越强[18]。李阳希等[35]在对大渡河软刺裸裂尻鱼(Schizopygopsismalacanthus)的研究中发现，体积越大的鱼，其游泳能力就越强。吴寿昌等[36]对不同体长的黄颡鱼(Pelteobagrusfulvidraco)游泳能力的研究中也得到了同样的规律。本研究中，海鲈的持续游泳时长随着水流速度的增大而呈幂函数下降。相同体积不同种类的鱼类，因其身体构造和肉质不同，游泳能力也不同。在体质量和体长相近的情况下，美国红鱼的游泳能力明显强于鲈鱼(Lateolabraxmaculatus)和斜带髭鲷(Hapalogenysnitens)，而鲈鱼和斜带髭鲷的游泳能力相近[21]。娄宇栋等[37]在对相同体积的大黄鱼、黑鲷和美国红鱼游泳能力的研究中发现，美国红鱼的游泳能力最强，大黄鱼的游泳能力最弱。本研究中海鲈的游泳能力强于大黄鱼而弱于美国红鱼。鱼类的游泳能力通常以游泳速度或游泳时长作为指标。在实验室条件下，一般通过控制水流流速，测定其在给定流速下的续航游泳时间。本研究中，续航游泳时间的测定是下一步开展海鲈游泳主要生理指标测量的重要依据。根据王萍等[21]的研究结果，鲈鱼虽然与美国红鱼有着相似的纺锤形身体构造，但其肉质松散、鳞片相对粗糙，以及游泳习惯、尾鳍大小及摆动频率的差异，因而游泳能力要逊于美国红鱼，但强于斜带髭鲷。
鱼类游泳能力研究给实际生产的指导提供了重要的参考价值。所以在鱼类海洋养殖区域的选址上需要考虑抵抗潮流的冲击，并确定养殖海域中的最大潮流速度，从而将潜在的经济损失降到最低，以保障养殖的成功和增加养殖户的收入。本文对海鲈游泳能力和运动代谢的研究结果如下：
(1)海鲈的游泳续航能力强于大黄鱼[37]，但明显弱于美国红鱼[21]，续航时长与水流流速呈幂函数递减关系。
(2)海鲈在以恒定流速游泳的过程中，血糖浓度会提高，肌糖原浓度显著减少，肝糖原浓度显著降低。当海鲈接近疲劳时，肝糖原浓度亦接近耗尽，表明其无法再为血糖平衡提供快速补充。由此猜测，血糖稳定对维持海鲈的体能具有关键作用。
(3)海鲈在恒定流速条件下游泳的过程中，其肌肉乳酸浓度增加较明显，表明海鲈在100%疲劳程度时，因无氧呼吸导致的乳酸浓度升高，同样是导致其疲劳的重要因素。
(4)当海鲈在流速大于0.4 m/s的水流中游泳时，其续航时长显著缩短，说明海鲈不宜在流速超过0.4 m/s的海域持续游泳。这一结果可为今后网箱养殖海鲈幼鱼选择海域提供参考。
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