2018, Vol. 48
2. 青岛海洋科学与技术国家实验室，海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室，山东 青岛 266235;
3. 山东省荣成市渔业技术推广站，山东 威海 264300
虹鳟(Oncorhynchus mykiss)属鲑形目(Salmoniformes)鲑科(Salmonidae)大麻哈鱼属(Oncorhynchu)，在自然环境中适宜生活的温度为12~18 ℃，属典型的冷水性鱼类，具有高蛋白、无肌间刺、易加工和富含EPA和DHA等特点，适合冷水资源增殖放流和集约化养殖，是世界上普遍养殖的鱼种之一。硬头鳟是虹鳟的洄游型亚种，与陆封型虹鳟相比，硬头鳟具有生长快、个体大、性成熟时间晚等优良生产性状[1]，现已逐步推广海水网箱养殖。
深远海网箱养殖具有高投入、高产出、高效益的特点，具有巨大的发展潜力。目前，我国的鲑鳟鱼深远海网箱养殖仍然处于起步阶段，养殖技术亟待成熟与完善，尚需要大量基础研究为其提供理论指导[2]。
温度是影响鲑鳟鱼类生长和代谢的重要因素之一，作为变温动物，鲑鳟鱼的生理机能在不同水温状态下会发生显著变化。关于温度对鲑鳟鱼呼吸、摄食及排泄等影响的研究，国内外已经取得了一些进展。牟振波等[3]发现随着水温的上升，虹鳟的呼吸代谢增强，耗氧率和窒息点随之上升。Alanärä等[4]研究了温度对虹鳟摄食行为的影响，发现在一定温度范围内虹鳟的摄食率与温度呈正相关关系。Elliott等[5]研究了不同规格的虹鳟生长速率与温度的关系，并且对虹鳟在不同温度下的代谢耗能进行了测定，从能量收支的方面说明了温度对虹鳟呼吸排泄等生理活动的影响。除了研究鱼体能量收支过程之外，研究鱼体内糖类、脂肪和蛋白质等有机物的吸收消耗情况，可以更加详细地探讨虹鳟从摄食到排泄的整个生理过程。Mathers等[6]通过分子生物学手段，对虹鳟在不同温度下蛋白质代谢差异的分子机理进行了初步的研究。Capilla等[7]研究了不同温度下虹鳟对碳水化合物的利用情况。C、N、P是构成上述有机化学物质的主要成分，是生物体重要的营养要素。研究温度对海水环境中的硬头鳟C、N、P营养要素收支过程的影响，可以为硬头鳟的生长代谢等生理过程的研究提供理论依据，也为硬头鳟深远海网箱养殖环境容纳量的评估提供参考。目前，有关海水环境中温度对硬头鳟幼鱼C、N、P营养要素收支的影响尚未有研究报道。本实验选取了可以从淡水驯化入海的硬头鳟幼鱼为研究对象，测定了海水养殖过程中4个不同温度处理组内，鱼体对C、N、P营养要素的收支利用情况，旨在阐明不同温度条件下，其摄食过程及呼吸和排泄等代谢过程中对营养要素的需求变化和利用情况。
1 材料与方法 1.1 实验材料实验于2016年9月在中国海洋大学水产学院水产养殖生态学实验室进行。实验对象为硬头鳟幼鱼，购买自山东省日照市万泽丰公司鲑鳟鱼养殖基地，均为体色正常、健康活泼的个体。
硬头鳟幼鱼运回后，先进行暂养。暂养期间温度控制在(16±0.5)℃，光照周期为12L:12D，溶解氧大于5 mg/L，每天上午9:00使用配合饲料进行饱食投喂，及时吸底。每日彻底换水一次。暂养2周后开始进行盐度驯化和温度驯化。
实验盐度和温度驯化方式如下：从暂养的淡水开始，在盐度到达15前，每日提高5个盐度；盐度超过15后，每日提高2.5个盐度，直至海水的盐度到达30。继续暂养1周，待硬头鳟完全适应海水环境后，开始进行温度驯化，从暂养温度16 ℃开始，以1 ℃/d的速度向高温低温同时进行温度调节，直至实验设定的温度。驯化期间保持正常投喂。实验在自动控温的循环水族箱系统(60 cm×40 cm×30 cm)内进行, 低温采用冷水机和空调处理，高温采用加热棒加热，温度感应探头自动调控冷水机和加热棒开启和关闭。硬头鳟幼鱼在实验温度下培养7 d后，开始进行耗氧率和排泄率的测定。
1.2 实验设计实验设计4个温度水平，分别为9、13、16和19 ℃，实验所用的硬头鳟规格为(150.27±22.90)g，差异为不显著(P＞0.05)，每个温度水平下设5个重复，每个重复3条硬头鳟。硬头鳟体内的C、N、P营养要素的收支过程，即通过摄食获得C、N、P营养要素，除鱼体自身同化外，通过呼吸、排泄和排粪途径，支出C、N、P营养要素。
1.3 样品的收集和测定 1.3.1 摄食率和排粪率的测定实验时间持续24 h，各处理组于上午9:00进行饱食投喂，记录每个处理组投喂饵料的重量/粒数，30 min后，收集各处理组内未食用的饵料，由单位时间内投入饵料粒数与残饵粒数的差值乘以饵料粒重平均值再除以该处理组内硬头鳟的总重量计算硬头鳟的摄食率FIR (Feed Intake Rate, mg·g-1·h-1)；及时吸底，收集投喂后各处理组24 h内硬头鳟排出的粪便，将粪便70 ℃烘干并称重保存，由单位时间内收集到的粪便干重除以该处理组内硬头鳟的总重量计算排粪率FPR (Fecal Production Rate, mg·g-1·h-1)。
1.3.2 耗氧率和排泄率的测定经预实验确定，硬头鳟幼鱼在每天上午8:00~8:30的呼吸和排泄速率最接近一天的平均值。实验时，将于鱼体于上午8:00置于35 L密闭水族箱中，实验时间持续30 min，采用密闭静水法对水体中的溶解氧、氨氮(NH4+-N)和活性磷(PO43--P)含量的变化进行测定，得出硬头鳟耗氧率OR(Oxygen Consumption Rate, μg·g-1·h-1)、排氨率AER(Ammonium Excretion Rate, μg·g-1·h-1)和排磷率PER(Phosphorus Excretion Rate, μg·g-1·h-1)。
耗氧率(OR)使用溶氧仪(型号YSI-550A，美国)进行测定，根据实验前后水中溶解氧浓度的变化计算硬头鳟幼鱼的耗氧率(μg·g-1·h-1)：
| $ OR = \left[ {\left( {D{O_{\rm{t}}} - D{O_0}} \right) \times V} \right]/t。$ | (1) |
式中:DOt和DO0分别为有鱼代谢瓶内水样和空白对照代谢瓶内水样中DO变化量(μg/L); V为实验容器的体积(L); t为实验持续时间(h)。
氨氮(NH4+)排泄率和活性磷(PO43+)排泄率的测定分别采用靛酚蓝法和磷钼蓝法[8]，根据实验前后氨氮/活性磷浓度变化计算硬头鳟幼鱼的排氨率和排磷率：
| $ NR = \left[ {\left( {{N_{\rm{t}}} - {N_0}} \right) \times V} \right]/t。$ | (2) |
式中:Nt和N0分别为有鱼代谢瓶内水样和空白对照代谢瓶内水样中氨氮浓度/活性磷浓度(μg/L)变化量; V为实验容器的体积(L); t为实验持续时间(h)。
1.3.3 饲料和粪便中总有机碳、总有机氮和总磷的测定收集的饲料和粪便经过烘干、粉碎、过筛和无机物消耗处理后，包于锡箔内，利用CHNS/O元素分析仪(型号Vario EL Ⅲ，德国)测定总有机碳TOC(Total Organic Carbon, %)和总有机氮TON(Total Organic Nitrogen, %)TON。由于硬头鳟具有胃这一器官，可以直接吸收饲料中的无机P，故鲑鳟鱼饲料中一般添加无机磷酸盐作为P源，在本实验中用灼烧法测定饲料和粪便中的TP[9]。
1.4 生长余力和营养盐吸收效率的计算硬头鳟幼鱼对C、N、P营养要素的生长余力SFG(Scope for growth, mg·g-1·h-1)为其摄入率和排出率之差，参考Gao等[10]和孙侦龙等[11]方法：
| $ SFG = FIR \times \alpha \% - FPR \times \beta \% - R'。$ | (3) |
式中:FIR为鱼体摄食率(Feed Intake rate, mg·g-1·h-1); FPR为鱼体排粪率(Fecal Production Rate, mg·g-1·h-1); α%为饲料中有机C、N和总P所占百分比; β%为粪便中有机C、N和总P所占百分比; R′为C、N、P的排泄率。
硬头鳟对C、N、P营养要素的吸收效率AE(Absorption Efficiency, %)。
| $ AE\left( \% \right) = 100 \times SFG/\left( {FIR \times \alpha \% } \right)。$ | (4) |
式中:SFG为鱼体对C、N、P营养要素的生长余力(Scope for growth, mg·g-1·h-1); FIR为鱼体摄食率(Feed Intake rate, mg·g-1·h-1); α%为饲料中有机C、N和总P所占百分比。其中，耗氧率用基于0.85的平均呼吸系数转化为碳排泄率[12]，即1 mg O2≡0.32 mg C。硬头鳟主要通过呼吸活动排出C，通过排泄活动排出N和P。
1.5 数据分析所得数据均用SPSS21.0统计分析，以单因素方差分析(One-Way ANOVA)比较各温度处理组之间的差异显著性，并进行Duncan多重比较，以P＜0.05作为差异显著水平，P＜0.01作为差异极显著水平。
2 结果 2.1 不同温度处理组硬头鳟的摄食率和排粪率硬头鳟幼鱼的摄食率(见图 1(a))和排粪率(见图 1(b))在不同温度条件下差异显著(P＜0.05)。在9℃时硬头鳟的摄食率和排粪率最低，16℃时硬头鳟的摄食率和排粪率最高。随温度上升，硬头鳟的摄食率和排粪率增加，温度过高，硬头鳟的摄食率和排粪率反而下降。温度(T)与硬头鳟幼鱼的摄食率(FIR)和排粪率(FPR)之间的变化规律分别符合方程FIR=-0.011 8T2+0.352 7T-1.522 3(R2=0.885 4)和FPR=-0.001T2+0.031 6T-0.105 9(R2=0.654 7)。
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(不同字母表示处理组间差异显著(P＜0.05)。Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 levels among treatments.) 图 1 温度对硬头鳟幼鱼摄食率(a)和排粪率(b)的影响 Fig. 1 Impact of temperature on the feed intake rate(a) and fecal production rate(b) of juvenile steelhead trout |
在9、13和16 ℃ 3个温度处理组内，硬头鳟幼鱼的耗氧率随温度的升高显著增加(见图 2(a))，在16和19 ℃ 2个温度处理组内，耗氧率随温度的升高变化不显著。温度(T)与耗氧率(OR)之间的变化规律符合方程OR=-0.816 2T2+33.224T-28.689(R2=0.798 5)。
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(不同字母表示处理组间差异显著(P＜0.05)。Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 levels among treatments.) 图 2 温度对硬头鳟幼鱼耗氧率(a)、排氨率(b)和排磷率(c)的影响 Fig. 2 Impact of temperature on the rate of oxygen consumption(a), ammonium excretion rate(b) and phosphorus excretion rate(c) of juvenile steelhead trout |
硬头鳟的排氨率(见图 2(b))和排磷率(见图 2(c))在不同温度下差异显著(P＜0.05)，并且在16 ℃时达到最大值，分别为，7.173和0.577 μg·g-1·h-1。且温度(T)与排氨率(AER)和排磷率(PER)之间的变化规律分别符合方程AER=-0.071 1T2+2.160 4T-9.628 3(R2=0.867 4)和PER=-0.003 5T2+0.105 1T-0.234 5(R2=0.675 6)。
2.3 不同温度处理组硬头鳟对C、N、P营养要素的摄入率、生长余力和营养盐吸收效率不同温度处理中，投喂硬头鳟饵料一致，因此硬头鳟对C、N、P营养要素的摄入率与硬头鳟的摄食率是一致的。
从图 3可知，硬头鳟幼鱼对C、N和P营养要素的生长余力在13和16℃ 2个处理组中显著高于9和19 ℃ 2个处理组。
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(不同字母表示处理组间差异显著(P＜0.05)。Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 levels among treatments.) 图 3 不同温度条件下硬头鳟幼鱼对C(a)、N(b)、P(c)营养要素的生长余力 Fig. 3 The scope of growth of C(a), N(b) and P(c) of juvenile steelhead trout under different temperature conditions |
从图 4可知，C和N营养要素的吸收效率19 ℃这一处理组中显著低于其他3个处理组，在9、13和16 ℃ 3个处理组间差异不显著。P营养要素的吸收效率在19 ℃处理组中显著低于16 ℃处理组，且9、13和19 ℃ 3个处理组间无显著差异，9、13和19℃ 3个处理组间也没有显著差异。
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(不同字母表示处理组间差异显著(P＜0.05)。Different letters in the same column mean significant difference at 0.05 levels among treatments.) 图 4 不同温度条件下硬头鳟幼鱼对C(a)、N(b)、P(c)营养要素的吸收效率 Fig. 4 The absorption efficiency of C(a), N(b) and P(c) of juvenile steelhead trout under different temperature conditions |
水温与鱼类耗氧率之间具有密切关系。宋苏祥等[13]和杨贵强等[14]研究了史氏鲟(Acipener schrencki)稚鱼和溪红点鲑(Salvelinus fontinalus)幼鱼的耗氧率与温度的关系，发现在一定温度范围内，鱼体的耗氧率随温度的升高而增加，但是超过一定温度时，鱼体的耗氧率急剧下降。周波等[15]认为，鱼类作为变温动物，体温会随着环境温度的升高而升高，体内相关酶的活性增加，生化反应加速，鱼体基础代谢旺盛，活动强度增大，表现为鱼体耗氧率上升；但是当水温上升到适温范围之外时，一些机能性代谢因温度过高而减弱或停止，表现为耗氧率严重下降。Dickson等[16]也研究了不同温度下硬头鳟幼鱼的耗氧率情况，结果表明硬头鳟幼鱼在水温15~20 ℃时，耗氧率达到最高，超过20 ℃时，耗氧率显著下降。本研究中随温度的升高，在16 ℃以下，硬头鳟幼鱼的耗氧率显著上升(P＜0.05)，当水温到达19 ℃时，硬头鳟幼鱼的耗氧率增加不显著，并未观察到鱼体耗氧率下降的现象，这可能与高温处理组的温度选取较低，未能使鱼体耗氧率产生差异性变化。本实验表明，在一定温度范围内，硬头鳟的耗氧率与温度呈现正相关关系，硬头鳟的代谢能力随温度升高而增强，19 ℃仍处于硬头鳟幼鱼的适温呼吸范围。硬头鳟作为一种对溶解氧要求较高的鱼类，易受低氧环境的威胁，随着水温升高，水体的饱和溶解氧随之下降，加之微生物活动加剧进一步减少了水中的溶解氧含量，投喂饵料后鱼体耗氧率大幅上升[17]，容易造成鱼体缺氧甚至威胁其生存，这也在一定程度上解释了在鲑鳟鱼养殖过程中夏季高水温导致死亡率上升的原因。
Paulson等[18]发现，鱼体重、水温和N营养要素的摄入率均会对虹鳟的排氨率产生影响，并提出了预测虹鳟的排氨率随水温、规格和N营养要素摄入率变化的模型，本实验中，海水环境中硬头鳟幼鱼的排氨率随温度的变化情况与模型预测的排氨率变化趋势相符。孙丽华等[19]研究了温度对军曹鱼(Rachycentron canadum)氮收支的影响，认为在一定的温度范围内，温度的上升使得鱼体内催化脱氨反应的酶活性增强，表现为氨排泄率上升，如本实验过程中的9、13和16 ℃处理组；但当温度过高，超出酶的最适温度范围时，酶会失去部分活性，鱼体组织代谢减弱，表现为排泄率降低，如本实验过程中的19 ℃处理组。然而Savitz等[20]和Jobling等[21]分别对蓝鳃太阳鱼(Lepomis macrochirus)和欧洲鲽(Pleuronectes platessa L)的排泄率进行了研究，发现高温环境并不会使降低鱼体的排泄率，温度与鱼体的排泄率呈现正相关关系，这可能与实验对象的物种差异有关，超出实验动物最适温度的水温直接导致其死亡，故未观察到排泄率的下降现象。
3.2 水温对硬头鳟幼鱼C、N、P营养要素生长余力的影响Sun等[22]研究了温度对军曹鱼幼鱼生长和体成分的影响，发现在一定温度范围内，随着温度的升高，军曹鱼幼鱼体内的蛋白质和干物质含量上升，鱼体生长加快；而当温度超出这一范围时，鱼体生长减慢，体内的蛋白质含量和干物质含量也降低。Mäkinen等[23]研究了温度对虹鳟能量收支的影响，发现虹鳟的生长能随温度的升高出现先升高后降低的趋势，呈显著的二次函数关系；在15 ℃时，虹鳟的生长能达到最大值。在本实验中，硬头鳟幼鱼对C、N、P营养要素的摄入率和生长余力随温度的升高也呈现出相同的变化趋势，13和16 ℃处理组硬头鳟的摄食率和各营养要素生长余力差异不显著，且显著高于低温和高温处理组，这说明相较于9和19 ℃这2个处理组而言，13和16℃这2个处理组内的硬头鳟幼鱼表现出更好的生长性能。该现象也与生产实践中得出的硬头鳟最适温度范围为12~18 ℃的经验相符。
3.3 水温对硬头鳟幼鱼C、N、P营养要素吸收效率的影响朱祥宇等[24]研究了温度对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)子稚鱼C、N、P营养要素收支的影响，发现在低温处理组(15 ℃处理组)中草鱼对各种营养盐的吸收效率显著低于高温处理组(24和30 ℃处理组)，据此认为，作为一种广温性温水鱼类，低温环境会对一龄草鱼的C、N、P营养要素的吸收产生负面影响。Jobling[25]认为，在适温范围内，在饵料摄入不受限制的情况下，鱼体的摄食率和排泄率随着温度的上升而升高，同时鱼体的肠胃排空速率也加快，因此鱼体对营养要素的吸收效率差异不显著。在本实验中，19 ℃处理组的各营养盐吸收效率显著低于其他3个处理组，且该3个处理组的C、N、P营养要素的吸收效率彼此间不存在显著差异，说明硬头鳟作为一种冷水性鱼类，具备良好的适应低温环境的能力，在温度低于其适宜生长的温度范围时，对各个营养要素的吸收效率与正常情况相差不大；但高温会对硬头鳟幼鱼营养要素的吸收效率产生显著的不利影响，此时鱼体摄入的营养要素更多地以粪便和排泄物的形式损失，仅有少量用于生长，且容易对养殖水环境造成危害。该现象与生产实践中硬头鳟在高温下生长缓慢、体质羸弱且水质极易恶化的现象相符合。
4 结语硬头鳟作为一种典型的狭温性冷水鱼类，对低温具有较强的适应能力，当水温略低于其适温范围时，仍表现出较高的营养要素吸收效率；然而，高温会对其营养要素收支状况产生不利影响，具体表现在摄食下降、营养要素吸收效率降低等，同时，高温下鱼体较高的耗氧率和水环境中较低的溶解氧浓度也增加了硬头鳟的死亡风险。在生产实践中应特别关注水温对鱼体状态的影响。在工厂化养殖过程中，可使用冷水机将水温控制在12~18 ℃这一最适温度范围内，以保证硬头鳟获得最佳生长环境。在海水网箱养殖过程中，应特别注意对养殖海区的选址，尤其要避免夏季近岸高水温对硬头鳟的存活和生长造成不利影响。在水温高于18 ℃时，应酌情减少投喂，同时可通过向水体增加曝气或通入液氧的方式增加溶解氧含量，以避免大量投喂后鱼体大量消耗水体溶解氧带来的缺氧风险和鱼体排泄率上升、残饵和粪便分解造成的水质恶化。在水温低于12 ℃时，硬头鳟摄食活动和摄食率减弱，此时同样需酌情减少投喂量，投喂至鱼体不争食即可，以避免饵料浪费和残饵沉降带来的潜在水环境污染和底质富营养化风险。
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2. Function Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266235, China;
3. Rongcheng Fisheries Technology Promotion Station, Weihai 264300, China