1、第42卷 第4期2023年 7月Vol.42 No.4July 2023,207214华中农业大学学报Journal of Huazhong Agricultural University不同光谱对大口黑鲈仔鱼生长性能、抗氧化和免疫功能的影响吕明睿,王萍,赵玉华,高坚华中农业大学水产学院/农业农村部淡水生物繁育重点实验室/长江经济带大宗水生生物产业绿色发展教育部工程研究中心,武汉 430070 摘要 为探究适合大口黑鲈(Micropterus salmoides)仔鱼培育的最佳光谱,于工厂化循环水养殖模式下设立全光谱组、红色光组、绿色光组和蓝色光组4个试验组,通过对比大口黑鲈仔鱼的趋光行为、生
2、长性能,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、溶菌酶(LZM)、碱性磷酸酶(AKP)活性,分析谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)含量,以及生长激素(gh)、类胰岛素生长因子1(igf-1)、促甲状腺激素(tsh)、热休克蛋白70(hsp70)、促肾上腺皮质激素释放因子(crf)、半胱天冬酶3(caspase3)等基因的相对表达水平,筛选适宜大口黑鲈苗种培育的光谱范围。结果显示:全光谱组、绿色光组、蓝色光组仔鱼的终末体长体质量、特定生长率、增重率及LZM活性均显著高于红色光组,而 MDA、GSH 含量及 SOD、CAT 活性均显著低于红色光组;全光谱组和绿色光组仔鱼AKP酶活性及生长
3、基因gh、igf-1、tsh的mRNA表达均显著高于红色光组,而应激相关基因hsp70、crf、caspase3 mRNA表达均显著低于红色光组和蓝色光组;全光谱组仔鱼存活率显著高于其余各组,并表现出较好的集群趋光行为。结果表明,全光谱光源最有利于工厂化循环水养殖模式下的大口黑鲈苗种培育。关键词 光谱;循环水养殖;大口黑鲈;苗种培育;生长性能;趋光行为中图分类号 S965.211 文献标识码 A 文章编号 1000-2421(2023)04-0207-08大口黑鲈(Micropterus salmoides)俗称加州鲈,隶属鲈形目、太阳鱼科、黑鲈属,为淡水肉食性鱼类,原产于北美,现已成为我国规
4、模化养殖的名优鱼类品种之一。由于易受环境因素(如光热变化、病虫害)的侵扰1,大口黑鲈在苗种培育阶段死亡率较高2。因此,合理调控大口黑鲈的生产环境是提高其苗种培育成功率的关键因素之一3。光照条件作为周期性环境信号因子对鱼类的诸多生理机能具有重要调节作用,其影响可以从胚胎发育延伸到性成熟的整个过程4。相关研究表明,光谱对水生生物各阶段的生长、存活、畸形、变态、褪壳、性腺发育、抗氧化能力和应激水平等方面均具有重要影响5-6。如条斑星鲽(Verasper moseri)在短波长蓝色光谱条件下生长速度更快7;梭鲈(Sander lucioperca)在红色光下溶菌酶活性增加8;长波长光可以诱导蓝刻齿雀鲷
5、(Chrysiptera cyaneus)性腺成熟,且以红色光最为显著9。目前关于光谱对鱼类影响的研究主要集中在海水鱼类、甲壳动物上10,而光谱对大口黑鲈苗种培育的影响仅表现在生长性能方面1,并不全面。因此,深入探究不同光谱对大口黑鲈苗种培育的影响,对优化大口黑鲈养殖模式,推进水产养殖的发展具有重要意义。因此,本研究于工厂化循环水养殖模式下,探讨不同光谱对大口黑鲈苗种培育过程中仔鱼生长性能、免疫功能、抗氧化能力及应激水平的影响,筛选其适宜的光谱范围,以期为工厂化循环水养殖模式下大口黑鲈苗种培育过程中光照条件的优化提供理论基础。1材料与方法1.1试验设计与日常管理在工厂化循环水养殖模式下,设置4
6、个不同的光谱收稿日期:2022 10 07基金项目:中央高校基本科研业务费专项(2662021SCPY002)吕明睿,E-mail:通信作者:高坚,E-mail:吕明睿,王萍,赵玉华,等.不同光谱对大口黑鲈仔鱼生长性能、抗氧化和免疫功能的影响 J.华中农业大学学报,2023,42(4):207214.DOI:10.13300/ki.hnlkxb.2023.04.024第 42 卷 华 中 农 业 大 学 学 报组别:全光谱(full-spectrum,FS:300780 nm)、红色光(red light,RL:622760 nm)、绿色光(green light,GL:492577 nm)和
7、蓝色光(blue light,BL:435450 nm),LED灯光为40 W,光强600 lx,光源距水面20 cm。试验用大口黑鲈仔鱼来自广州龙大水产有限公司,挑选初始体长(0.511 40.013 0)cm、初始体质量(0.002 00.000 3)g的6 000尾,平均随机放养于 12个(4个处理3个重复500 个体)挂在双层保温养殖缸中(半径:0.7 m;高度:0.75 m)并排布成田字形的网箱(长宽高:1 m1 m0.6 m,网目尺寸:0.15 mm)中。养殖周期为31 d,每天投喂8次,分为卤虫(112 d)、驯食(1320 d)、饲料(2131 d)3个投喂阶段。卤虫阶段,生物
8、饵料投喂量逐日增加15%;驯食阶段,首日投喂7次卤虫和1次饲料,随后每天增加1次投喂微粒饲料(150200 m,粗蛋白52%,粗脂肪8%,粗灰分16%,粗纤维3%)的次数;饲料阶段投喂微粒饲料,逐渐增加饲料颗粒大小(200500 m),并最终改投破碎饲料(粗蛋白50%,粗脂肪8%,粗灰分14%,粗纤维3%),饲料投喂量为总体质量的2%;每次投喂前5 min开灯,全光谱组、红色光组、绿色光组、蓝色光组开灯时间依次间隔10 min,全光谱组首次开灯时间为当日零点,3 h的投喂间隔保持135 min光照时长,全天光照时长为18 h(表1)。试验期间维持各项水体指标恒定(水温 24.526.6,溶氧
9、56 mg/L,氨氮0.05 mg/L,亚硝酸盐0.1 mg/L,pH 7.08.2),定期清理残饵、粪便和死鱼。1.2样品采集与保存处理于试验第3、7、11、15、19、23、27、31天每组随机采集15尾仔鱼(5尾3重复),用体式显微镜和电子天平测量体长和体质量;第6、16、26天,以大口黑鲈距离光源远近、聚集程度,人工观察评判大口黑鲈趋光性;试验结束后统计每组仔鱼总数,并随机采集30尾仔鱼,用体式显微镜和电子天平测量终末体长、体质量;试验结束后每组另采集15尾仔鱼(5尾3重复),C3H7NO2麻醉后用蒸馏水清洗并取肝脏,其中9个肝脏-20 保存,用于酶活性分析,另6个肝脏使用液氮速冻后置
10、于-80 冰箱保存,用于实时荧光定量PCR分析。1.3肝脏酶活性指标测定取-20 保存的肝脏样品,解冻后用磷酸盐缓冲溶液(PBS)按照1 9的比例稀释,在组织研磨机中充分研磨破碎后于4、3 000 r/min离心10 min,静置 5 min后取上清液,以 BCA法进行蛋白含量检测后备用。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、溶菌酶(lysozyme,LZM)、碱 性 磷 酸 酶(alkaline phosphatase,AKP)活性及谷胱甘肽(glutathione,GSH)、丙二醛(malonaldehyde,MDA)含
11、量按照中国南京建成生物工程研究所检测试剂盒并使用酶标仪进行测定。1.4生长和免疫相关基因表达水平检测取-80 保存的肝脏样品,用 Trizol 法提取总RNA,经超微量分光光度计检测各样品 OD值合格后,通过反转录得到 cDNA。根据 NCBI 数据库(http:/www.ncbi.nlh.gov/)获取生长激素(growth hormone,gh)、类胰岛素一号生长因子(insulin-like growth factors-1,igf-1)、促甲状腺激素(thyroid stimulating hormone,tsh)、热休克蛋白70(heat shock protein 70,hsp70
12、)、促肾上腺皮质激素释放因子(corticotropin releasing factor,crf)、半胱天冬酶 3(caspase-3)、-actin基因的mRNA序列,使用Primer Premier 6.0设计引物(表2)。定量PCR反应体系为10 L,其中cDNA 1.0 L,正向引物、反向引物各0.2 L,双蒸水3.6 L,qPCR SYBR Master Mix 5.0 L。实时荧表1不同时间各组灯光工作状态Table 1Working status of lights in each group at different times项目Item时刻 Time工作状态 Status
13、全光谱组 Full-spectrum00:00-02:1503:00-05:1506:00-08:1509:00-11:1512:00-14:1515:00-17:1518:00-20:1521:00-23:15On02:15-03:0005:15-06:0008:15-09:0011:15-12:0014:15-15:0017:15-18:0020:15-21:0023:15-00:00Off红色光组 Red light00:10-02:2503:10-05:2506:10-08:2509:10-11:2512:10-14:2515:10-17:2518:10-20:2521:10-23:2
14、5On02:25-03:1005:25-06:1008:25-09:1011:25-12:1014:25-15:1017:25-18:1020:25-21:1023:25-00:10Off绿色光组 Green light00:20-02:3503:20-05:3506:20-08:3509:20-11:3512:20-14:3515:20-17:3518:20-20:3521:20-23:35On02:35-03:2005:35-06:2008:35-09:2011:35-12:2014:35-15:2017:35-18:2020:35-21:2023:35-00:20Off蓝色光组 Blue
15、 light00:30-02:4503:30-05:4506:30-08:4509:30-11:4512:30-14:4515:30-17:4518:30-20:4521:30-23:45On02:45-03:3005:45-06:3008:45-09:3011:45-12:3014:45-15:3017:45-18:3020:45-21:3023:45-03:30Off208第 4 期吕明睿 等:不同光谱对大口黑鲈仔鱼生长性能、抗氧化和免疫功能的影响光定量 PCR 反应过程为:95 5 min;95 10 s,60 10 s,72 15 s,循环 40 次;95 5 s;65 1 min;4
16、 30 s。采用 2-Ct法分析目的基因与内参基因(-actin)的mRNA表达水平。1.5数据计算与分析特定生长率(specific growth rate,SGR)、增重率(weight gain rate,WGR)、存活率(survival rate,SR)等生长性能指标参考王艺等11方法。本试验中数据采用 SPSS18.0 统计软件中 t检验和 one-way ANOVA方差分析,用Duncan s 均值多重比较法对试验结果差异显著性进行分析。P0.05,表示差异显著;P0.05)。第 331天,全光谱组、红色光组、绿色光组、蓝色光组体长增长分别为1.04、0.82、1.00、1.05
17、 cm,体质量增长分别为 0.08、0.05、0.07、0.07 g,全光谱组体长、体质量增长相对较高;第 1131 天,红色光组体长、体质量显著低于其余 3 组(P0.05);除第 15 天全光谱组的体长(1.20 cm)、体质量(0.03 g)及第 19 天全光谱组的体质量(0.04 g)显著(P0.05)。全光谱与绿色光组体长数值对应点的分布相对分散,表现出更大的组内体长差异,这种差异同时也反映在体质量方面,红色光组与蓝色光组群体表2大口黑鲈生长和免疫相关基因定时定量PCR引物Table 2Primers for timed quantitative PCR of growth and
18、immune-related genes in largemouth bass目标基因 Target genesghigf-1tshhsp70crfcaspase-3-actin正向引物 Forward primer(5 3)TGGAGGAGCAGCGTCAACTCAAGCACAGCAGCCAGACAAGACAAGCTGTCTGCGAGTGCTCTGACGGCATTGACCTTGGCACTACCACCTCATCACCGCCTTCATCCTTGGCTGGTCTTCAAGGTGACGATGCCATCCTGCGTCTTGACTTG反向引物 Forward primer(3 5)TGCGTTGTGTC
19、TCGTGCTTGTCCCGTGTTGCCTCGACTGGAATTCCATAGTGTCTCCGTGCTTGCTACTGGGTGTGGTCCTGTTTCCTTGACGAGACGGCACCAAACCAGCCTGCTGCTCTACTGCTTCTGCGGCTGTGGTGGTGAAGGAGTA图内白色光点为大口黑鲈仔鱼 The white spots are largemouth bass larvae.图1 不同光谱处理下大口黑鲈仔鱼的趋光行为Fig.1 Phototaxis behavior of largemouth bass larval subject to different spectra
20、l treatments209第 42 卷 华 中 农 业 大 学 学 报内个体体质量差异略低于全光谱组与绿色光组(图3),显现出其群体较低的离散程度,个体大小相对均匀。不同光谱处理组间的SGR、WGR趋势一致:红色光组仔鱼 SGR、WGR 分别为 11.0%/d、2094%,显著低于其余3组(P0.05)(图4A、B);全光谱组仔鱼 SR 为 38.0%,显著高于其余试验组(P0.05)(图4C)。2.3不同光谱下大口黑鲈的抗氧化、免疫相关酶活性不同光谱下大口黑鲈的抗氧化、免疫相关酶活性变化情况见图5。红色光组大口黑鲈仔鱼的SOD、CAT活性与GSH、MDA含量均显著高于其余 3 组(P0.
21、05);全光谱组GSH含量最低,且显著低于绿色光组与蓝色光组(P0.05);绿色光组的 MDA显著低于全光谱组(P0.05)。红色光组大口黑鲈仔鱼LZM活性显著低于其余*:P 0.05,*:P 0.01,*:P 0.001.图3 不同光谱处理的大口黑鲈仔鱼终末体长(A)和体质量(B)差异Fig.3 Differences in final body length(A)and body mass(B)of largemouth bass larval subject to different spectral treatments同一指标中不同小写字母表示差异显著(P0.05),图5同。Not
22、containing the same lowercase letters in same item indicates significant differences(P0.05),the same as Fig.5.图4 不同光谱处理下大口黑鲈仔鱼的特定生长率(A)、增重率(B)和存活率(C)Fig.4 SGR(A),WGR(B)and SR(C)of largemouth bass larval subject to different spectral treatmentsFS:全光谱 Full-spectrum;RL:红色光 Red light;GL:绿色光 Green light;
23、BL:蓝色光 Blue light,下同。The same as below.同组中不含相同小写字母表示差异显著(P0.05),图 6同。Not containing the same lowercase letters in same group indicates significant differences(P0.05),the same as Fig.6.图2 不同养殖时间下各组体长(A)、体质量(B)生长趋势Fig.2 Growth trends of body length(A)and body mass(B)in each group under different breed
24、ing time210第 4 期吕明睿 等:不同光谱对大口黑鲈仔鱼生长性能、抗氧化和免疫功能的影响3 组(P0.05)(图5D);红色光组大口黑鲈仔鱼的 AKP酶活性显著低于全光谱组和绿色光组(P0.05)(图5E)。2.4不同光谱下大口黑鲈生长、应激相关基因的相对表达水平不同光谱处理下大口黑鲈仔鱼生长、应激相关基因的mRNA表达水平如图6所示。除红色光组与蓝色光组的igf-1 基因表达差异不显著(P0.05)外,红色光组的gh、igf-1、tsh的mRNA表达显著低于其他各组(P0.05)。全光谱组的gh、igf-1、tsh表达均较高,其中 igf-1 和 tsh 的表达与蓝色光组差异显著(
25、P0.05)。不同光谱处理的大口黑鲈仔鱼 hsp70、crf、caspase3的mRNA表达趋势一致,即红色光与蓝色光处理组的大口黑鲈仔鱼hsp70、crf、caspase3的mRNA表达水平显著高于全光谱与绿色光处理组的相应基因表达(P0.05)。其中,红色光组的hsp70与caspase3的mRNA表达水平最高,且显著高于其他各组(P0.05);全光谱组与绿色光组的相关应激基因表达最低,但 2组间的 hsp70、crf、caspase3的表达差异不显著(P0.05)。3讨论3.1不同光谱对大口黑鲈生长性能的影响本研究从第11天至试验结束,不同光谱处理的大口黑鲈仔鱼体长、体质量、SGR、WG
26、R 及 SR 均出现了显著性变化。其中红色光组的各项指标显著低于其余各组(P0.05),这与前人研究欧洲鲈(Dicentrarchus labrax)12、大 西 洋 鳕(Gadus morhua)13的结果一致;全光谱组表现出较佳的生长性能,这与Zhang等1的研究结果相一致。鱼类存在的视觉色素细胞能适应生活中的光波,会对不同的光谱产生不同的偏好性14,如孔雀鱼(Poecilia reticulata)幼鱼偏好蓝光而对红光的偏好性较弱15。考虑到大口黑鲈生活在中下水层,红光衰减较为严重,推测大口黑鲈对红光的适应能力较弱,因而红色光组大口黑鲈仔鱼表现出较差的生长性能。全光谱组的仔鱼表现出最佳的
27、集群趋光行为,能大大提高摄食率,保证其生存、生长,这与该组仔鱼的存活率显著高于其他各组的结果相吻合。图5 不同光谱处理下大口黑鲈仔鱼的超氧化物歧化酶(A)、过氧化氢酶(B)、溶菌酶(D)、碱性磷酸酶(E)活性和谷胱甘肽(C)、丙二醛(F)含量Fig.5 SOD(A),CAT(B),LZM(D),AKP(E)activities and GSH(C),MDA(F)content of largemouth bass larval subject to different spectral treatments图6 不同光谱处理下大口黑鲈生长、应激等相关基因相对表达水平Fig.6 Relative
28、 expression levels of growth and stress related genes of largemouth bass to different spectral treatments211第 42 卷 华 中 农 业 大 学 学 报研究发现,欧洲鲈的生长相关基因表达与其生长情况高度相关14。本研究中,除红色光组与蓝色光组的igf-1基因表达差异不显著外,接受红色光处理的大口黑鲈gh、igf-1、tsh的 mRNA表达水平均显著低于其余各组,而全光谱组的相应基因表达水平均较高。这与本研究中生长性能结果相符,也与前人报道结果16相一致。gh、igf-1及tsh对于调控鱼
29、类生长具有重要作用,其中gh是鱼体生长和代谢的主要调节因子,可以促进脂肪分解产生能量,供鱼体生长17,可以刺激细胞分化,增加细胞数量18,还可以增加鱼体摄食后的蛋白质转化效率,促进机体蛋白质的合成19-20;igf-1作为gh/igf生长轴的一环,具有调节细胞代谢、促进细胞增殖分化的功能21;tsh可调控甲状腺激素的合成与释放,而后者可促进营养代谢与鱼体生长。因此,gh、igf-1、tsh表达水平较低的红色光组仔鱼的生长性能较差。3.2不同光谱对大口黑鲈抗氧化、免疫能力的影响在本研究中,红色光处理的大口黑鲈仔鱼MDA、GSH含量与SOD、CAT活性均显著高于其余各组,表明鱼体处于较高的氧化应激
30、水平。因为MDA是生物体内脂质过氧化的终产物,其含量反映机体的脂质氧化程度和应激水平,而GSH是含有巯基的三肽化合物,具有较强的还原性,在维持机体稳态与防止氧化应激的过程中起着重要作用;氧化应激产生过量ROS会损伤抗氧化防御系统细胞和功能的完整性22-23,而CAT可分解由SOD将ROS转化后产生的 H2O2,从而降低其毒性24。本研究中,红色光组GSH、SOD、CAT的升高很可能是机体为了降低体内的MDA和ROS而做出的调节。Choi等25报道称红光的波长会导致鱼体产生压力,进而对鱼体的生理功能产生负面影响,而长期暴露于压力下的鱼体肝脏中的抗氧化酶活性会增加26,这与本研究中红色光组的 SO
31、D、CAT 活性较高的结果相一致。同时,红色光组表现出的较低LZM、AKP活性也证明了红光对大口黑鲈仔鱼免疫机能的不利影响。虽然绿色光组与全光谱组一样,机体呈现出较低的 SOD、CAT活性与较高的 LZM、AKP活性,但绿色光组MDA含量显著低于全光谱组,而GSH含量显著高于全光谱组。这表明虽然这2组仔鱼机体的氧化应激水平均较低,而免疫能力均较高,但绿色光组仔鱼机体的脂质氧化程度更低,且抗氧化剂的含量更高,与Shin等27报道的结果一致。3.3不同光谱对大口黑鲈应激相关基因表达的影响鱼体遭受高温等有害刺激时,hsp70的合成会显著升高而提高机体的抗应激能力28;crf则通过下丘脑-垂体-肾上腺
32、轴调控皮质醇的产生,从而在调控应激反应中起到关键作用29;而 caspase3的激活则与氧化应激相关30。hsp70、crf、caspase3等基因作为压力的感应器和调节器,各种环境压力均会导致它们表达的改变31-33。本研究中,红色光与蓝色光处理的大口黑鲈仔鱼hsp70、crf、caspase3的表达水平显著高于全光谱与绿色光处理的相应基因表达,而全光谱组与绿色光组的相应基因表达最低,且差异不显著。这说明红色光组与蓝色光组仔鱼机体的应激水平要明显高于全光谱组与绿色光组,但全光谱组与绿色光组的仔鱼机体间没有差异。而且这些结果与绿 色 光 谱 可 以 缓 解 抗 氧 化 防 御 系 统 高 活
33、跃 水平34-35、显著降低高温应激下牙鲆(Paralichthys olivaceus)caspase 3表达水平36,蓝光可能是大口黑鲈仔鱼的应激因子2等研究报道相一致。全光谱组应激相应基因hsp70、crf、caspase3的表达水平显著低于红色光组和蓝色光组,且全光谱组与绿色光组大口黑鲈机体呈现出较低的SOD、CAT活性与较高的LZM、AKP活性,呈现出较好的抗氧化、免疫功能和应激能力。综上所述,全光谱光源最有利于工厂化循环水养殖模式下的大口黑鲈苗种培育,绿色光也有助于提升大口黑鲈仔鱼的健康水平。参考文献References 1ZHANG Y D,HUANG X L,ZHAO J,et
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