光譜對許氏平鲉消化代謝節律及生理應激研究

房瑩瑩, 陳璐璐, 劉松濤, 孫 飛, 吳燕玲, 李 鑫, 劉 鷹, 馬 賀

光譜對許氏平鲉消化代謝節律及生理應激研究

房瑩瑩1, 2, 陳璐璐1, 2, 劉松濤1, 2, 孫 飛1, 2, 吳燕玲1, 2, 李 鑫1, 2, 劉 鷹1, 3, 馬 賀1, 2

(1. 大連海洋大學海洋科技與環境學院, 遼寧 大連 116023; 2. 設施漁業教育部重點實驗室, 遼寧 大連 116023; 3. 浙江大學生物系統工程與食品科學學院, 浙江 杭州 310058)

為探究不同光譜下許氏平鲉的消化代謝水平及外周激素節律, 在5種光譜(紅光、綠光、黃光、藍光、白光, 光周期12L∶12D)下, 通過對許氏平鲉的血清、腸道、肝臟進行24 h(8: 00, 12: 00, 16: 00, 20: 00, 24: 00)取樣, 結果顯示: 不同的光譜下許氏平鲉的消化代謝酶活性除胰蛋白酶(TRY)外均具有節律性, 紅光、黃光下α-淀粉酶(α-AMS)、脂肪酶(LPS)活性的峰值相位與白光組相比左移; 胰蛋白酶活性無時間差異性; 在綠光、黃光及紅光下乳酸脫氫酶(LDH)活性的峰值相位與白光組相比發生左移, 在五種光譜環境中, 紅、黃光影響消化酶活性峰值提前出現; 丙酮酸激酶(PK)活性在綠、藍及紅光下峰值相位左移; 己糖激酶(HK)的活性在綠、藍、黃光下, 其峰值相位與白光組相比發生左移, 在五種光譜環境中, 綠、藍光影響代謝酶活性類峰值提前出現。許氏平鲉血清中褪黑素含量呈現晝低夜高分泌水平; 皮質醇的含量表現為在白天降低, 午夜顯著升高至最高值后又持續降低。峰值相位的改變預示著生理節律的變動, 以上結果表明不同光譜可以影響魚類的生理代謝節律, 在今后養殖過程中需要充分考慮光譜對養殖生物的生物學作用, 進而制定更為合理的光照條件。

許氏平鲉; 光譜; 晝夜節律; 消化代謝; 應激

在自然界中, 幾乎所有生物體均具有晝夜節律, 稱為晝夜節律鐘(circadian time), 參與調節生物體的生理、生化功能和行為特征, 其標志是機體核心溫度和血漿中褪黑素、皮質醇的含量[1]。在控制晝夜節律的眾多因素中, 光(包括三個要素, 分別為光周期、光強和光譜)作為最重要的因素之一, 不僅影響生物體的生理, 也影響生殖和行為?？茖W家們早在20世紀90年代就已經開始了光照對水生生物影響的研究, 隨著研究的不斷深入, 越來越多的研究結果表明, 光照作為環境因子之一, 可以直接或間接地影響水生生物, 光照具有多方面的生態作用, 特別是對魚類的生長發育、攝食、存活、繁殖、行為、生物節律等方面的均有重要影響[2]。

光可以誘導或抑制水生生物節律中的激素分泌, 影響生殖能力、生長和行為[3]。有關光照對魚類生理節律的影響研究有較多報道。如, 學者發現真鯛()的生長及飼料利用率隨著光照時間的延長而增加[4], 而在大菱鲆[5]及南極石首魚()[6]上的研究上則發現長期光照對魚類的生長及飼料利用具有負面影響。另外, 還有學者發現長光照或短光照會改變花鱸()晝夜節律的振蕩強弱, 也會改變其峰值相位[7]; 光照對刺參()的攝食節律和消化酶(脂肪酶、淀粉酶、胰蛋白酶)活力晝夜變化都有顯著影響, 刺參具有提前分泌消化酶為即將到來的攝食做好準備的調節機制[8]。目前有關光照對魚類生理節律的研究多集中在光周期因子上,而光譜是否也會對魚類的生理節律產生影響鮮有報道。

許氏平鲉()隸屬于鲉形目(Scor-paeniformes)、鲉科(Scorpaenidae)、平鲉屬(),又稱黑鲪、黑寨等, 為卵胎生, 洄游范圍較小, 主要分布于西北太平洋沿岸地區, 特別是在東海、黃海以及日本和韓國的沿海地區。許氏平鲉口感鮮嫩, 營養價值高, 富含多種營養物質, 深受消費者的喜愛, 為黃、渤海地區近岸底層的主要經濟魚類, 同時也是近海網箱飼養和池塘放養的主要魚類之一[9]。目前在魚類中, 生物鐘的研究對象主要為一些模式物種, 如斑馬魚()、紅鰭東方鲀()、青鳉()等[10-12]; 僅有少量的養殖物種, 如歐洲鱸()、虹鱒()、大西洋鮭()、大西洋鱈()等[13-16]進行過生物鐘相關研究。目前國內外對于許氏平鲉大多數集中在生殖、消化道、攝食等方面, 而關于光譜對其晝夜節律的影響還未見報道。許氏平鲉養殖過程中相關的光照調控技術更是缺乏, 因此, 研究光譜對許氏平鲉生理節律的影響, 對探究魚類行為生理生態學、豐富并完善養殖光照調控技術、提高生產效率及生物福利水平等具有重要的理論指導意義。

本研究針對光譜對魚類生理節律影響尚不明晰的問題, 在實驗室條件下, 設置五種不同的光譜(白光、藍光、綠光、黃光、紅光)對許氏平鲉進行養殖處理, 通過監測其組織中消化代謝酶活性及血清中激素水平的晝夜變化規律, 探究不同光譜對許氏平鲉生理節律的影響, 通過檢測許氏平鲉的晝夜階段各指標差異, 解析光譜對許氏平鲉激素水平及生理指標變化的晝夜節律模式, 揭示光譜對魚類生物鐘節律的影響規律, 為實際養殖中光環境的調控提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

實驗用魚來自大連海洋大學水產設施養殖與裝備工程技術研究中心實驗室的循環水實驗系統, 許氏平鲉90日齡, 馴養一周后從中挑選450尾體質優良、大小均勻平均體質量為[(36±2.93) g, 平均體長(10.07±0.56) cm)]的許氏平鲉進行實驗。

1.2 實驗方法

本實驗設置5個LED光譜處理組: 綠光(波長525～ 530 nm)、藍光(波長450～455 nm)、黃光(波長590～ 595 nm)、紅光(波長625～630 nm)、白光(波長400～ 780 nm)。實驗采用LED光源, 光譜的選擇及具體布置方式均參考魏平平等人已發表的研究進行[17]。每個處理組下設置3個重復即放置3個養殖桶(內徑: 80 cm, 水深: 60 cm, 有效水體體積: 250 L), 每個重復養殖30尾許氏平鲉幼魚, 采用流水養殖, 光照強度統一設定為250 mW/m2, 光周期設定為12L∶12D(開燈時間7: 30、關燈時間19: 30), 實驗周期為75 d。為了避免各處理組之間光源的交叉污染, 每個處理組之間均用遮光布隔開。每日上午8: 30和下午16: 00各飽食投喂一次, 實驗期間投喂商業飼料, 每日投喂飼料的重量按每養殖桶內魚體總質量的2%進行計算。每天吸底2次, 用于清理殘餌糞便。

1.3 樣品采集與測定

作為實驗初始樣本, 實驗結束后, 實驗用魚均需停食24 h, 每個養殖桶隨機抽取3尾作為實驗后期樣本。樣品采集在一晝夜進行, 每隔4 h進行取樣(每個時間點分別為8: 00, 12: 00, 16: 00, 20: 00, 24: 00, 第二天04: 00, 8: 00, 分別對應時區(zone time, ZT) ZT4、ZT8、ZT12、ZT16、ZT20、ZT24)。取樣使用MS—222(200 mg/L)將魚麻醉, 使用肝素鈉粉末, 配制成1%肝素生理鹽溶液抗凝劑, 將抗凝劑潤濕注射器管壁, 從尾靜脈抽取血液, 分開放入1.5 mL離心管中, 4 ℃靜置一夜離心, –80 ℃冰箱保存備用, 每個時間點抽血后的實驗用魚立即活體解剖取其腸、肝臟。迅速置于液氮中, –80 ℃冰箱保存備用。

1.3.1 消化代謝酶活性的測定

樣品分析前于4 ℃冰箱內解凍, 在冰盤剪碎并迅速準確稱取組織重量(稱取0.1 g組織), 加入9倍體積的勻漿介質, 在冰水浴條件下機械勻漿, 制成10%勻漿, 4 ℃下2 500 r/min離心10 min, 取上清液測定消化代謝酶活力。腸道組織用于測定消化酶, 包括: α-淀粉酶(α-AMS)、胰蛋白酶(TRY)和脂肪酶(LPS); 肝臟組織用于測定代謝酶, 包括: 丙酮酸激酶(PK)、乳酸脫氫酶(LDH)和己糖激酶(HK)。所有酶活力測定均嚴格按照由南京建成生物工程研究所生產的試劑盒說明書進行。

1.3.2 血清皮質醇、褪黑素含量的測定

血清褪黑素、皮質醇含量測定按照酶聯免疫分析(ELISA)試劑盒(酶聯生物)的操作說明書使用雙抗體夾心法進行測定, 使用酶標儀450 nm波長下測定吸光度(OD值), 通過標準曲線計算樣品中褪黑素、皮質醇含量。

1.4 數據統計分析

實驗數據經Excel 2016初步處理后, 均以平均值±標準差表示。用 SPSS 22.0 軟件進行單因素方差分析(One-way ANOVA), 時間差異顯著性(ZT4、ZT8、ZT12、ZT16、ZT20、ZT24), 結果表示為<0.05。用Matlab 軟件進行余弦分析, 擬合余弦方程為()=+cos(/12?); 其中()是指時間對應的酶活性水平;為波動變化的中線稱為中值;為振幅;為峰值相位, 是振蕩達到峰值的時刻[13]。

2 結果與分析

2.1 不同光譜下許氏平鲉消化酶活性的晝夜變化

5種光譜條件下, 許氏平鲉腸內各消化酶: α-淀粉酶、脂肪酶活性有顯著性時間差異 (<0.05), 胰蛋白酶活性的時間差異不顯著。各消化酶在腸中活性的晝夜節律性參數見表1。

表1 許氏平鲉消化酶活性的晝夜節律性參數

注: 振幅為擬合波形峰值之間距離的一半; 中值為周期平均值; 峰值為相位周期最高幅度的時間點 (弧度);為不同時間點間比較的差異; “—” 表示時間差異不顯著。

2.1.1 不同光譜下許氏平鲉腸中α-淀粉酶活性的晝夜變化

5種光譜下許氏平鲉腸道淀粉酶活性的晝夜節律如圖3所示。結果顯示, 綠光下淀粉酶的活性在ZT24達到最大值。在8 h(ZT8)后降到最低點(圖1a), 活性較低。藍光組中, 淀粉酶的活性于ZT12至ZT24之間顯著增高<0.05), 并在ZT24達到峰值0.90后緩慢降低(圖1b)。黃光組中, 淀粉酶的活性在ZT8-ZT16內顯著增高, 并在ZT16達到最大值1.32, 在黑暗條件下ZT4降到最低點(圖1c)。紅光組中淀粉酶活性在ZT8到ZT16之間呈上升趨勢, 在ZT16達到最大值后出現下降趨勢, 在ZT20繼續緩慢下降在ZT24達到最低值, 隨后呈顯著上升趨勢(<0.05, 圖1d)。白光組中出現兩個峰值分別為ZT16、ZT24, 淀粉酶活性在ZT16達到最大后在4 h內顯著下降<0.05), 在ZT24達到峰值后顯著下降, 在ZT8達到最低值(圖1e)。綠、藍光在夜間淀粉酶活性水平相對較多高, 呈現夜高晝低現象, 而黃光與紅光組則呈現晝高夜低現象, 白光組峰值則出現在晝夜交替時, 無明顯的晝高夜低現象。綠光、藍光下許氏平鲉消化酶的活性水平在ZT24達到峰值, 藍光與綠光環境相比峰值酶活性水平較高, 黃光和紅光的峰值出現在ZT16, 黃光與紅光環境相比峰值活性水平較高, 白光組出現兩個消化酶的活性峰值分別為ZT16和ZT24。與白光相比, 黃光和紅光下酶活性的峰值相位均有不同程度的左移, 而綠、藍光下酶活性峰值相位出現的時間均出現右移。就平均活性來看(圖1f), 白光下淀粉酶平均活性量顯著高于其他光色, 藍光、黃光、紅光顯著高于綠光下的平均活性<0.05)。

2.1.2 不同光譜下許氏平鲉腸中脂肪酶活性的晝夜變化

5種光譜下許氏平鲉腸道脂肪酶活性的晝夜節律及平均活性水平變化如圖2所示。綠光下脂肪酶的活性在ZT16出現峰值后緩慢下降, 在ZT4達到最低活性, 隨后在4 h后顯著升高(<0.05, 圖2a)。藍光組分別在ZT20、ZT4出現峰值, 最大值為ZT20, ZT12到ZT20緩慢上升達到峰值后在ZT24顯著下降(< 0.05), 隨后呈上升趨勢(圖2b)。黃光組各組間無顯著性差異, 在ZT12脂肪酶的活性最低(圖2c)。紅光組中, ZT8-ZT12顯著下降(<0.05), 4 h后第三個時間點呈顯著上升趨勢, 在ZT20-ZT4呈緩慢下降趨勢, 在最后時間點脂肪酶的活性升高(圖2d)。白光組中峰值出現在ZT16, 在ZT8-ZT12呈現顯著下降趨勢, 隨后逐漸升高并在ZT16達到峰值, 在ZT4出現最低活性, 隨后上升(圖2e)。在綠、藍光下出現晝高夜低現象, 綠光環境下活性較高, 綠、藍光組的酶活性的峰值相位相較黃、紅光組發生右移。與白光相比, 綠、藍光下酶活性的峰值相位出現的時間均發生左移。在脂肪酶平均活性水平中(圖2f), 各光譜處理組活性無明顯差異。

圖1 5種光譜下許氏平鲉腸道淀粉酶活性水平的晝夜節律及平均活性水平變化

注: 統計時間點之間的差異(<0.05)由不同的字母符號(a, b, c)表示。圖片上方的條狀圖為光周期, 白色代表光照階段, 黑色代表黑暗階段

2.1.3 不同光譜下許氏平鲉腸中胰蛋白酶活性的晝夜變化

5種光譜下許氏平鲉腸道胰蛋白酶活性的晝夜節律及平均活性水平變化如圖3所示。綠光組中, 胰蛋白酶的活性在ZT8最高, 在ZT8-ZT20顯著下降(<0.05), ZT20-ZT24呈上升趨勢, 隨后下降(圖3a)。藍光組中, 在光照期階段顯著下降(<0.05), 在ZT16- ZT20持續升高達到峰值后繼續顯著下降(<0.05), 在ZT4到達最低點, 隨后升高(圖3b)。黃、紅、白光組的趨勢大致相同, 峰值出現在ZT12-ZT16(圖3 c、d、e), 綠光下胰蛋白酶活性的峰值在五種光譜環境中最低。黃、紅、白光環境下胰蛋白酶活性呈現晝高夜低的現象, 胰蛋白酶的平均活性水平各組間無明顯差異(圖3f)。

圖 2 5種光譜下許氏平鲉腸道脂肪酶活性水平的晝夜節律及平均活性水平變化

注: 統計時間點之間的差異(<0.05)由不同的字母符號(a, b, c)表示。圖片上方的條狀圖為光周期, 白色代表光照階段, 黑色代表黑暗階段

圖 3 5種光譜下許氏平鲉腸道胰蛋白酶活性水平的晝夜節律及平均活性水平變化

注: 統計時間點之間的差異(<0.05)由不同的字母符號(a, b, c)表示。圖片上方的條狀圖為光周期, 白色代表光照階段, 黑色代表黑暗階段

2.2 不同光譜下許氏平鲉肝臟中代謝活性的晝夜變化

5種光譜條件下, 許氏平鲉肝臟內各代謝酶: 己糖激酶、乳酸脫氫酶、丙酮酸激酶的活性有顯著性時間差異 (<0.05), 各代謝酶在肝臟中活性的晝夜節律性參數見表2。

表2 許氏平鲉代謝酶活性的晝夜節律性參數

注: 振幅為擬合波形峰值之間距離的一半; 中值為周期平均值; 峰值為相位周期最高幅度的時間點 (弧度);為時間點間的差異

2.2.1 不同光譜下許氏平鲉肝臟中己糖激酶活性晝夜變化

5種光譜下許氏平鲉肝臟中己糖激酶活性的晝夜節律及平均活性水平變化如圖5所示。綠光組中, 在ZT8-ZT24中基本保持緩慢下降趨勢, 在ZT24達到最小值, 隨后呈升高趨勢(圖4a)。藍光組中, 光照期階段呈下降趨勢, 在ZT24達到最低值, ZT24- ZT8呈上升趨勢(圖4b)。黃光下在ZT8-ZT24保持緩慢下降趨勢, 各組差異不大, 隨后呈逐漸上升趨勢(圖4c)。紅光和白光組(圖4e)均在ZT16達到峰值, 趨勢大致相同(圖4d、e)。白光組峰值活性水平在五種光譜環境中最高, 綠、藍、黃光組峰值相位左移, 各光譜組均出現晝高夜低現象, 峰值相位均出現在白天。就平均活性水平來看(圖4f), 紅光平均活性顯著高于其他各光色組, 綠、藍光活性顯著低于其他光色組。

2.2.2 不同光譜下許氏平鲉肝臟中乳酸脫氫酶活性的晝夜變化

5種光譜下許氏平鲉肝臟中乳酸脫氫酶活性的晝夜節律及平均活性水平變化如圖5所示。綠光組中,酶活性在ZT8-ZT12期間呈下降趨勢, 在ZT12時出現最小值, 4 h后出現峰值, 在光暗時期呈逐漸下降趨勢(圖5a)。藍光組中乳酸脫氫酶活性水平呈緩慢上升趨勢, 在ZT16達到峰值, 在4 h后顯著下降(<0.05), 隨后呈緩慢上升趨勢(圖5b)。黃光組中, 在分別在ZT20、ZT4出現峰值。紅光組(圖5d)中, 在ZT12達到最低值隨后呈緩慢上升趨勢, ZT24達到峰值后保持緩慢下降趨勢(圖5c)。白光組中, ZT8-ZT16呈緩慢下降趨勢, 4 h后呈顯著上升趨勢(<0.05), 在ZT20達到最大值, 隨后呈下降趨勢, 在ZT24達到最低值(圖5e)。白光組峰值活性水平在五種光譜環境中最高, 紅光組出現夜高晝低現象, 與白光組相比, 綠、黃、紅組峰值相位左移, 藍光組發生右移。各光色平均活性水平無明顯差異(圖5f)。

2.2.3 不同光譜下許氏平鲉肝臟中丙酮酸激酶活性的晝夜變化

5種光譜下許氏平鲉肝臟中丙酮酸激酶活性的晝夜節律及平均活性水平變化如圖6所示。綠光組呈現兩極化變化, 分別在ZT16、ZT24達到峰值, 在光周期第一時間段呈現下降趨勢, 4 h后逐漸升高, 在黑暗期第一時間段顯著降低(<0.05), ZT20-ZT24緩慢上升, 4 h后呈緩慢下降趨勢, ZT4-ZT8顯著上升(<0.05, 圖6a)。藍光組中, 光周期第一時間段緩慢上升, 在ZT16達到峰值, 隨后緩慢保持下降趨勢, 在ZT4達到最低值, 隨后在ZT4-ZT8顯著升高(<0.05, 圖6b)。

黃光組在ZT12的活性達到峰值, 4 h后顯著降低(<0.05), 在ZT16-ZT4變化緩慢后呈上升趨勢(圖6c)。紅光組中, 酶的活性水平一直保持下降趨勢, 在ZT20達到最低值, 隨后呈現上升趨勢(圖6d)。白光組中, 酶的活性水平呈現緩慢下降趨勢, 在ZT20達到最低值。隨后升高, 在ZT24達到峰值, 4 h后呈現緩慢上升趨勢(圖6e)。黃光組峰值活性在五種光譜環境中最高, 各光譜組的丙酮酸激酶的活性均出現晝高夜低現象。白光組與綠、藍光、紅光組相比峰值相位右移。黃光與白光組峰值相位基本一致。平均活性水平無明顯差異(圖6f)。

2.3 不同光譜下許氏平鲉血清皮質醇含量變化

皮質醇在許氏平鲉血清中表現出的含量變化如圖7。綠光組中, 含量呈現出兩極性的變化, 光周期階段(ZT8-ZT12)顯著上升, 直至第3個時間點(ZT16)持上升趨勢, 并在ZT16達到峰值, 隨后緩慢降低, 繼續保持緩慢上升的趨勢, 直到ZT24呈現下降趨勢(圖7a)。藍光組中, 在光周期階段(ZT8- ZT20)直至黑暗階段(ZT4)保持上升趨勢, ZT4激素的含量為最高峰, 隨后呈現下降趨勢(圖7b)。黃光、紅光組中, ZT8至ZT24保持上升趨勢, 在第一個黑暗階段(ZT24)出現緩慢下降趨勢, ZT24達到峰值 (圖7c、d)。白光組中, 峰值出現在ZT12, 在ZT12-ZT20顯著下降(<0.05), 在ZT20-ZT4保持緩慢上升趨勢(圖7e)。與白光組相比, 藍、黃、紅光組峰值均出現在黑暗時期, 峰值為ZT24-ZT4。各光譜組皮質醇無明顯晝夜節律, 白光組平均分泌量顯著低于其他光譜組(圖7f)。

圖4 5種光譜下許氏平鲉肝臟中己糖激酶活性水平的晝夜節律及平均活性水平變化

注: 統計時間點之間的差異(<0.05)由不同的字母符號(a, b, c)表示。圖片上方的條狀圖為光周期, 白色代表光照階段, 黑色代表黑暗階段

圖5 5種光譜下許氏平鲉肝臟中乳酸脫氫酶活性水平的晝夜節律及平均活性水平變化

注: 統計時間點之間的差異(<0.05)由不同的字母符號(a, b, c)表示。圖片上方的條狀圖為光周期, 白色代表光照階段, 黑色代表黑暗階段

2.4 不同光譜下許氏平鲉血清褪黑素含量變化

褪黑素在許氏平鲉血清中表現出的水平變化為: 綠光組中, 各組間無顯著性差異, 在ZT8-ZT16降低, ZT16-ZT24保持緩慢升高趨勢, ZT24-ZT4降低。在光周期階段保持緩慢升高趨勢(圖8a)。藍光組在ZT8-ZT4緩慢升高, ZT4達到高峰后激素含量降低(圖8b)。黃光組在ZT8-ZT12激素含量緩慢降低(圖8c), 并隨后在ZT12-ZT24顯著升高(<0.05)隨后降低。紅光組中, 在光周期階段ZT8-ZT12激素含量下降, 隨后緩慢升高, 在ZT24達到峰值, 黑暗階段顯著升高(<0.05), ZT24-ZT4激素含量緩慢降低(圖8d)。白光組中, 褪黑素含量在光照階段ZT8-ZT16緩慢降低, ZT16-ZT24時激素含量顯著升高(<0.05), ZT24-ZT8緩慢降低(圖8e)。與其他光譜組相比, 藍光組峰值相位右移至ZT4, 各光譜在夜間褪黑素分泌量較多, 但差異不顯著。綠、藍、紅光組平均分泌量顯著高于白、黃光組(圖8f)。

注: 統計時間點之間的差異(<0.05)由不同的字母符號(a, b, c)表示。圖片上方的條狀圖為光周期, 白色代表光照階段, 黑色代表黑暗階段

圖7 5種光譜下許氏平鲉血清中皮質醇含量的日變化及平均分泌量水平變化

注: 統計時間點之間的差異(<0.05)由不同的字母符號(a, b, c)表示。圖片上方的條狀圖為光周期, 白色代表光照階段, 黑色代表黑暗階段

圖8 5種光譜下許氏平鲉血清中褪黑素含量的日變化及平均分泌量水平變化

注: 統計時間點之間的差異(<0.05)由不同的字母符號(a, b, c)表示。圖片上方的條狀圖為光周期, 白色代表光照階段, 黑色代表黑暗階段

3 討論

3.1 不同LED光譜對許氏平鲉消化節律的影響

消化酶是一類具有催化活性和高度專一性的特殊蛋白質, 主要由消化腺和消化系統分泌, 其活性高低決定對營養物質消化吸收的能力。胰蛋白酶、脂肪酶與α-淀粉酶作為生物體消化吸收的重要酶類, 標志著對所進食食物的轉化能力, 轉化能力越高, 越有利于消化吸收, 進而影響生物體的生長發育。影響消化酶活性的因素很多, 如食性[18]、溫度[19]、pH值[20-22]、鹽度[23]、飼料成分[24-26]、馴飼方式[27]、環境因子[28]等。光作為最重要的環境因子之一, 會對水生生物產生一定的影響。有關光環境對水生生物消化酶活性的影響研究也有部分展開, 有研究發現, 鮸魚) 幼魚的脂肪酶活性隨著光周期的延長而顯著增加, 在18L: 6D和24L: 0D時明顯高于12L: 12D[29]。紅光環境下可以顯著降低斑點鱸()的胰蛋白酶活性[30]。但是消化酶在不同光環境下晝夜節律的變化尚不清楚。本實驗通過研究不同光譜下許氏平鲉消化酶活性的晝夜節律, 結果表明, 綠光下的許氏平鲉在ZT8出現胰蛋白酶活性峰值, 在ZT16出現脂肪酶活性峰值, 在ZT24出現淀粉酶活性峰值, 而藍光條件下于ZT24、ZT20依次出現淀粉酶、胰蛋白酶、脂肪酸酶活力峰。黃、白、紅光于ZT16出現消化酶活力峰。綠、藍光下的許氏平鲉在夜間淀粉酶活性較高, 出現夜高晝低現象。而黃、紅光則呈現晝高夜低現象, 這說明藍、綠光環境下消化高峰期可能在ZT20-ZT24, 出現在夜間, 而黃、紅光下的攝食高峰期可能與白光一樣, 出現在ZT16左右。曹香林[31]等人研究表明, 草魚的攝食高峰出現在ZT17左右, 在這個時段蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶活性較高, 與本研究在黃、紅光下研究結果類似。從實驗結果可以看出, 在五種光譜環境中, 紅、黃光會影響消化酶活性峰值提前出現, 消化節律發生改變。本實驗還發現光、黃光下淀粉酶、脂肪酶的峰值相位左移, 藍光、綠光下消化酶的峰值相位均右移; 胰蛋白酶無表達的時間差異性。有可能的原因是許氏平鲉的投喂存在時間差, 不同光譜下消化時間會略有不同。同時, 營養素存在消化時序, 消化酶活性與之相適應, 出現節律性。另外, 許氏平鲉消化酶活性的晝夜變化可能受激素的調節, 不同種類酶的調節機制不一定相同, 至于激素的種類、分布以及調節作用, 有待于從細胞水平和分子生物學水平進行更深入的研究。

3.2 不同LED光譜對許氏平鲉代謝節律的影響

丙酮酸激酶和己糖激酶作為糖酵解中的關鍵限速酶, 其活性的變化在糖代謝的調節中具有重要作用, 反映了糖酵解的水平[32]。乳酸脫氫酶在生物體中作為能量代謝參與糖酵解的一種重要的酶?？纱呋樗岷脱趸暂o酶I轉變為丙酮酸和還原性輔酶I, 進而參與機體的能量代謝。其活性的改變直接影響機體的能量代謝[33]。代謝酶活性作為反映魚類代謝機能的重要指標, 在不同光譜下有著不同的影響。有研究發現在藍光和綠光下, 皺紋盤鮑()肝胰臟中己糖激酶和丙酮酸激酶的活性較高, 表明在這些光照條件下有較高的糖酵解速率[34]; 劉松濤等人研究發現綠光組下的紅鰭東方鲀()己糖激酶、丙酮酸激酶活性較高, 與藍、黃、紅、白光相比生長發育較好[35]。在本實驗中, 一天24 h內, 不同光譜下許氏平鲉代謝酶活性均具有明顯的晝夜節律, 綠光于08: 00同時出現己糖激酶、丙酮酸激酶活性峰值, 藍光條件下于ZT8、ZT16依次出現己糖激酶、丙酮酸激酶、乳酸脫氫酶活力峰。黃光下各類代謝酶分別出現在ZT8、ZT12和ZT20。紅光于ZT8、 ZT16、 ZT24出現代謝酶活性峰, 白光在ZT8、ZT12和ZT16依次出現代謝酶活性峰值。許氏平鲉各光譜組的己糖激酶活性均出現晝高夜低現象, 從本實驗結果可以看出, 在五種光譜環境中, 綠、藍光影響代謝酶類活性峰值提前出現, 這說明綠、藍光環境改變了代謝節律。乳酸脫氫酶活性在綠、黃、紅光組下峰值相位左移, 藍光下峰值相位右移, 丙酮酸激酶活性在綠、藍、紅光組下峰值相位左移。在綠光下各代謝酶的活性峰值相位均會提前出現, 有研究表明丙酮酸激酶、己糖激酶活性的改變會影響ATP水平, 影響肝臟的能量供給, 進而影響糖酵解能力[36-37], 不同光譜影響了許氏平鲉的糖酵解能力, 峰值時間的變化意味在不同光譜下代謝酶產生不同的影響, 原因有可能是不同光譜擾亂了許氏平鲉的代謝節律。

3.3 不同LED光譜對許氏平鲉外周激素的影響

生理節律是受一系列與節律相關激素和基因構成的調控網絡來進行調控的, 通過研究相應激素(褪黑素、皮質醇)的時空表達模式對于了解生物鐘系統的調控機制與作用規律至關重要。褪黑素作為脊椎動物生物鐘系統的最重要輸出信號, 能夠把產生的節律信息傳遞到各個組織。它主要由松果體分泌產生[38]。同時, 褪黑素還具有多種功能, 主要功能是調節晝夜節律和季節節律[39], 此外還可以調節神經內分泌因子和抗氧化系統[40-41], 影響魚類行為、增加或減少運動和攝食活動[42]。相關研究證明, 褪黑素的合成及釋放受光調節, 黑暗可刺激褪黑素合成及釋放, 光線可抑制褪黑素合成及釋放[43]。相反, 皮質醇濃度在睡眠階段顯著升高, 日間活動期間持續降低[44-45]。水生生物體內的皮質醇參與許多過程, 例如應激反應、代謝、滲透調節、行為、生長和繁殖[46]。此前已經報道了許多魚類皮質醇的每日變化[47-50]。此外, 褪黑素水平受應激和皮質醇的影響, 其影響似乎與應激類型有關。例如, 高飼養密度增加了鯛魚體內的皮質醇和褪黑素水平[50]; 暴露于急性干擾應激的虹鱒的血漿褪黑素下降[1]。從本實驗的結果中可以觀察到, 許氏平鲉血清的褪黑素水平均在光照階段顯著降低, 黑暗階段顯著上升, 在尼羅河羅非魚 () 和非洲鯰魚()中有相似的研究結果[51], 就各光譜組平均分泌量來看, 白光、黃光組與綠光、藍光、紅光組平均分泌量差異顯著; 皮質醇在早上含量高, 白天降低, 并在午夜顯著升高至最高值后又開始持續降低。正如在其他晝間動物如人類和灌叢八齒鼠()[52-53]中觀察到的一樣, 皮質醇的節律在暗期到光照的過渡期顯示出峰值。兩種激素所測得的晝夜節律性與正常自然節律大致相同[54-55], 且大部分最低值都出現在ZT12-ZT16。因此, 推測許氏平鲉的生理性暗周期可能在ZT16(16: 00)開始, 而生理性光周期則可能在ZT24(24: 00)開始, 對于這一觀點還需進一步地研究論證。

4 結論

在長期的進化過程中, 每種生物都形成了自身的晝夜節律, 現在關于這方面的研究還處于種屬水平的資料累積階段。在本實驗中, 通過對許氏平鲉褪黑素、皮質醇和消化酶、代謝酶的晝夜變化規律進行初步的分析發現: 1)消化酶活性的晝夜節律均受光譜的影響。紅光、黃光下許氏平鲉淀粉酶、脂肪酶活性的峰值相位左移; 胰蛋白酶的活性無時間差異性; 2)代謝酶活性的晝夜節律受光譜影響, 綠、黃及紅光下乳酸脫氫酶活性水平的峰值相位發生左移; 丙酮酸激酶的活性在綠、藍及紅光下峰值相位發生左移; 綠、藍、黃光下己糖激酶活性的峰值相位左移; 3)皮質醇、褪黑素的晝夜節律性與正常自然節律大致相同。綜上所述, 在五種光譜環境中, 紅、黃光會影響消化酶活性峰值提前出現, 綠、藍光影響代謝酶類活性峰值提前出現, 光譜可以影響動物生理節律的峰值相位, 不合理的光環境也會擾亂其生理節律。以上結果為魚類生物鐘調節機制的進一步研究和魚類生理學的研究提供一定價值的基礎資料。

[1] MANCERA J M, VARGAS-CHACOFF L, A GARCIA- LOPEZ, et al. High density and food deprivation affect arginine vasotocin, isotocin and melatonin in gilthead sea bream ()[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 2008, 149(1): 92-97.

[2] 穆迎春, 王芳, 董雙林, 等. 去眼柄對凡納濱對蝦稚蝦耗氧率晝夜節律的影響[J]. 海洋湖沼通報, 2004(3): 42-46. MU Yingchun, WANG Fang, DONG Shuanglin, et al. Effects of eyestalk ablation on the diurnal rhythm of oxygen consumption of juvenile[J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 2004(3): 42-46.

[3] PIERCE L X, NOCHE R R, PONOMAREVA O, et al. Novel functions for Period 3 and Exorhodopsin in rhythmic transcription and melatonin biosynthesis within the zebrafish pineal organ[J]. Brain Research, 2008, 1223: 11-24.

[4] BISWAS A K, SEOKA M, TANAKA Y, et al. Effect of photoperiod manipulation on the growth performance and stress response of juvenile red sea bream ()[J]. Aquaculture, 2006, 258(1): 350-356.

[5] IMSLAND A K, GUNNARSSON S, ROTH B, et al. Long-term effect of photoperiod manipulation on growth, maturation and flesh quality in turbot[J]. Aquaculture, 2013, 416/417: 152-160.

[6] BALLAGH D A, PANKHURST P M, FIELDER D S. Photoperiod and feeding interval requirements of juvenile mulloway,[J]. Aquaculture, 2008, 277(1/2): 52-57.

[7] 袁滿, 王鵬飛, 閆路路, 等. 花鱸垂體和下丘腦中生物鐘基因在3種光周期下的表達節律分析[J]. 南方水產科學, 2020, 16(6): 39-46. YUAN Man, WANG Pengfei, YAN Lulu, et al. Circadian rhythmicity of clock genes in pituitary and hypothalamus of spotted sea perch () under three photoperiod conditions[J]. South China Fisheries Science, 2020, 16(6): 39-46.

[8] 孫佳敏, 王芳, 張立斌, 等. 不同光照周期對刺參攝食節律和消化生理的影響[J]. 海洋科學, 2015, 39(5): 1-8. SUN Jiamin, WANG Fang, ZHANG Libin, et al. Effects of photoperiods on feeding rhythm and digestive physiology of sea cucumber,[J]. Marine Sciences, 2015, 39(5): 1-8.

[9] 王曉杰, 張秀梅, 李文濤. 鹽度脅迫對許氏平鲉血液免疫酶活力的影響[J]. 海洋水產研究, 2005, 26(6): 17-21. WANG Xiaojie, ZHANG Xiumei, LI Wentao. Effects of salinity on the non-specific immuno-enzymetic activity of[J]. Progress in Fishery Sciences, 2005, 26(6): 17-21.

[10] 魏平平, 李鑫, 劉鷹, 等. 光周期對紅鰭東方鲀腦組織中GH和SS基因表達水平和晝夜表達模式的影響[J]. 大連海洋大學報, 2020, 35(1): 108-113. WEI Pingping, LI Xin, LIU Ying, et al. Effects of photoperiod on expression level and daily expression pattern of GH and SS genes in brain of tiger puffer[J]. Journal of Dalian Ocean University, 2020, 35(1): 108-113.

[11] WHITMORE D, FOULKES N S, STRAHLE U, et al. Zebrafish Clock rhythmic expression reveals independent peripheral circadian oscillators[J]. Nature Neuroscience, 1998, 1(8): 701-707.

[12] CUESTA I H, LAHIRI K, LOPEZ-OLMEDA J F, et al. Differential maturation of rhythmic clock gene expression during early development in medaka ()[J]. Chronobiol International, 2014, 31(4): 468-478.

[13] SANCHEZ J A, MADRID J A, SANCHEZ-VAZQUEZ F J. Molecular cloning, tissue distribution, and daily rhythms of expression of per1 gene in European sea bass ()[J]. Chronobiology International, 2010, 27(1): 19-33.

[14] PATINO M A, RODRIGUEZ-ILLAMOLA A, CONDE- SIEIRA M, et al. Daily rhythmic expression patterns of clock1a, bmal1, and per1 genes in retina and hypothalamus of the rainbow trout,[J]. Chronobiology International, 2011, 28(5): 381-389.

[15] HUANG T S, RUOFF P, FJELLDAL P G. Effect of continuous light on daily levels of plasma melatonin and cortisol and expression of clock genes in pineal gland, brain, and liver in Atlantic salmon postsmolts[J]. Chronobiology International, 2010, 27(9/10): 1715- 1734.

[16] LAZADO C C, NAGASAWA K, BABIAK I, et al. Circadian rhythmicity and photic plasticity of myosin gene transcription in fast skeletal muscle of Atlantic cod ()[J]. Marine Genomics, 2014, 18: 21-29.

[17] 魏平平, 李鑫, 費凡等. 光譜對紅鰭東方鲀仔稚魚生長及相關基因表達量的影響[J]. 大連海洋大學學報, 2019, 34(5): 668-673. WEI Pingping, LI Xin, FEI Fan, et al. Effects of light spectrum on growth and related gene expression of larval and juvenile tiger puffer[J]. Journal of Dalian Ocean University, 2019, 34(5): 668-673.

[18] JONAS E, RAGYANSZKI M, OLAH J, et al. Proteolytic digestive enzymes of carnivorous (L.), herbivorous (Val.) and omnivorous (L.) fishes[J]. Aquaculture, 1983, 30(1/4): 145-154.

[19] 方之平, 潘黔生, 何瑞國, 等. 溫度對彭澤鯽主要消化酶活力的影響[J]. 水利漁業, 1998 (2): 15-17, 47.

[20] 沈文英, 壽建昕, 祝堯榮, 等. 銀鯽消化酶活性與pH值的關系[J]. 水產科學, 2002, 21(6): 10-12.SHEN Wenying, SHOU Jianxin, ZHU Yaorong, et al. The effect of pH on activity of digestive enzymes of[J]. Fisheries Science, 2002, 21(6): 10-12.

[21] 伍莉, 陳鵬飛. pH值對黃鱔腸道和肝胰臟主要消化酶活力的影響[J]. 飼料工業, 2002, 23(8): 40-41. WU Li, CHEN Pengfei. The Impact of temperature on the activity of digestion enzymes in[J]. Feed Industry, 2002, 23(8): 40-41.

[22] 葉元土, 林仕梅, 羅莉, 等. 溫度、pH值對南方大口鯰、長吻鮠蛋白酶和淀粉酶活力的影響[J]. 大連水產學院學報, 1998, 13(2): 19-25. YE Yuantu, LIN Shimei, LUO Li, et al. The effect of temperature and pH value on activiies of proteases and amylases fromand[J]. Journal of Dalian Fisheries University, 1998, 13(2): 19-25.

[23] 李培倫, 劉偉, 王繼隆, 等. 鹽度對養殖大麻哈魚血液生化指標及消化酶活力的影響[J]. 西北農林科技大學學報(自然科學版), 2020, 48(9): 10-16. LI Peilun, LIU Wei, WANG Jilong, et al. Effects of salinity on blood biochemical parameters and digestive enzyme activities of farmed chum salmon ()[J]. Journal of Northwest A & F University(Natural Science Edition), 2020, 48(9): 10-16.

[24] 張家國, 王義強, 鄒師哲. 不同蛋白質能量比飼料與夏花草魚消化酶的關系[J]. 上海海洋大學學報, 1997, 6(1): 54-58. ZHANG Jiaguo, WANG Yiqiang, ZOU Shizhe. The relationship of dietary protein/energy ratios and activities of digestive enzyme of juvenile grass carp[J]. Journal of Shanghai Ocean University, 1997, 6(1): 54-58.

[25] 王紅權, 孫桂芳, 趙玉蓉. 異育銀鯽攝食5種不同動物蛋白源飼料后消化酶活性變動比較[J]. 內陸水產, 2000, 25(2): 9-11. WANG Hongquan, SUN Guifang, ZHAO Yurong. Comparison of changes in digestive enzyme activities after feeding 5 different animal protein sources in allotrophic silver crucian carp[J]. Current Fisheries, 2000, 25(2): 9-11.

[26] 田麗霞, 林鼎. 草魚攝食兩種蛋白質飼料后消化酶活性變動比較[J]. 水生生物學報, 1993, 17(1): 58-65. TIAN Lixia, LIN Ding. Changes in digestive enzyme activities in grass crapafter feeding of two test diets[J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 1993, 17(1): 58-65.

[27] 錢國英. 不同馴食方式對鱖魚胃腸道消化酶活性的影響[J]. 浙江農業大學學報, 1998, 24(2): 99-102. QIAN Guoying. Change of digestive enzyme activities in intestinal canal of domesticated mandarin fish[J]. Journal of Zhejiang University (Agriculture and Life Sciences), 1998, 24(2): 99-102.

[28] SINGH A, ZUTSHI B. Photoperiodic effects on somatic growth and gonadal maturation in Mickey Mouse platy,(Gunther, 1866)[J]. Fish Physiology and Biochemistry, 2020, 46(4): 1483-1495.

[29] SHAN X, XIAO Z, HUANG W, et al. Effects of photoperiod on growth, mortality and digestive enzymes in miiuy croaker larvae and juveniles[J]. Aquaculture, 2008, 281(1/4): 70-76.

[30] HOU Z S, WEN H S, LI J F, et al. Effects of photoperiod and light Spectrum on growth performance, digestive enzymes, hepatic biochemistry and peripheral hormones in spotted sea bass ()[J]. Aquaculture, 2019, 507: 419-427.

[31] 曹香林, 郭蓓, 彭墨, 等. 不同發育階段草魚消化酶活力的變化及其晝夜節律[J]. 河南農業科學, 2009, 38(7): 120-123. CAO Xianglin, GUO Bei, PENG Mo, et al. Circadian rhythms of digestive enzyme activities ofof different developmental stages[J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2009, 38(7): 120-123.

[32] 陳婉情. 5種光色對豹紋鰓棘鱸幼魚生長特征及生理生化功能的影響[D]. 上海: 上海海洋大學, 2016. CHEN Wanqing. The influences of light color on growth, physiological and biochemical indices of juvenile[D]. Shanghai: Shanghai Ocean University, 2016.

[33] ZAKHARTSEV M, JOHANSEN T, PORTNER H O, et al. Effects of temperature acclimation on lactate dehydrogenase of cod (): genetic, kinetic and thermodynamic aspects[J]. The Journal of Experimental Biology, 2004, 207(Pt1): 95-112.

[34] GAO X L, ZHANG M, LI X, et al. Effects of LED light quality on the growth, metabolism, and energy budgets of[J]. Aquaculture, 2016, 453: 31-39.

[35] 劉松濤, 李伊晗, 李鑫, 等.不同LED光譜對紅鰭東方鲀幼魚生長、攝食及消化酶活性的影響[J]. 中國水產科學, 2021, 28(8): 1011-1019. LIU Songtao, LI Yihan, LI Xin, et al. Effects of LED spectra on growth, feeding, and digestive enzyme activities of juvenile[J]. Journal of Fishery Sciences of China, 2021, 28(8): 1011-1019.

[36] MARQUEZE A, KUCHARSKI L C, SILVA R S M D. Effects of anoxia and post-anoxia recovery on carbohydrate metabolism in the jaw muscle of the crabmaintained on carbohydrate-rich or high-protein diets[J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2006, 332(2): 198-205.

[37] LAIZ-CARRION R, SANGIAO-ALVARELLOS S, GUZMAN J M, et al. Energy metabolism in fish tissues related to osmoregulation and cortisol action[J]. Fish Physiology and Biochemistry, 2002, 27(3/4): 179-188.

[38] BORNESTAF C, MAYER I, BORG B. Melatonin and maturation pace in female three-spined stickleback,[J]. General and Comparative Endocrinology, 2001, 122(3): 341-348.

[39] FALCON J. Cellular circadian clocks in the pineal[J]. Progress in Neurobiology, 1999, 58(2): 121-162.

[40] FALCON J, BESSEAU L, SAUZET S, et al. Melatonin effects on the hypothalamo-pituitary axis in fish[J]. Trends in Endocrinology & Metabolism, 2007, 18(2): 81-88.

[41] HARDELAND R, COTO-MONTES A, POEGGELER B. Circadian rhythms, oxidative stress, and antioxidative defense mechanisms[J]. Chronobiology international 2003, 20(6): 921-962.

[42] LOPEZ-OLMEDA J F, MADRID J A, SANCHEZ- VAZQUEZ F J. Melatonin effects on food intake and activity rhythms in two fish species with different activity patterns: Diurnal (goldfish) and nocturnal(tench)[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 2006, 144(2): 180-187.

[43] AMANO M, IIGO M, IKUTA K, et al. Roles of melatonin in gonadal maturation of underyearling precocious male masu salmon[J]. General and Comparative Endocrinology, 2000, 120(2): 190-197.

[44] 費廣鶴. 褪黑素和皮質醇水平的晝夜節律性變化及其mt1受體在中樞神經系統中的表達與支氣管哮喘[D]. 合肥: 中國科學技術大學, 2003. FEI Guanghe. Alterations in circadian rhythms of melatonin and cortisol, and expression of mt1 receptor in the central nervous with asthma[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2003.

[45] VELDHUIS J D, IRANMANESH A, JOHNSON M L, et al. Amplitude, but not frequency, modulation of adrenocorticotropin secretory bursts given rise to the nyctohemeral rhythm of the corticotrophic axis in man[J]. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism, 1990, 71(2): 452-463.

[46] MOMMSEN T P, VIJAYAN M M, MOON T W. Cortisol in teleosts: dynamics, mechanisms of action, and metabolic regulation[J]. Reviews in Fish Biology and Fisheries, 1999, 9(3): 211-268.

[47] JM CERDA-REVERTER, ZANUY S, CARRILLO M, et al. Time-course studies on plasma glucose, insulin, and cortisol in sea bass () held under different photoperiodic regimes[J]. Physiology & Behavior, 1998, 64(3): 245-250.

[48] EBBESSON L, BJORNSSON B T, EKSTROM P, et al. Daily endocrine profiles in parr and smolt Atlantic salmon[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 2008, 151(4): 698-704.

[49] LI Y Y, TAKEI Y. Ambient salinity-dependent effects of homologous natriuretic peptides (ANP, VNP, and CNP) on plasma cortisol level in the eel[J]. General and Comparative Endocrinology, 2003, 130(3): 317-323.

[50] POLAKOF S, CEINOS R M, FERNANDEZ-DURAN B, et al. Daily changes in parameters of energy metabolism in brain of rainbow trout: Dependence on feeding[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 2007, 146(2): 265-273.

[51] MARTINEZ-CHAVEZ C C, AL-KHAMEES S, CAMPOS- MENDOZA A, et al. Clock-controlled endogenous melatonin rhythms in Nile tilapia () and African catfish ()[J]. Chronobiology International, 2008, 25(1): 31-49.

[52] BAILEY S L, HEITKEMPER M M. et al. Circadian rhythmicity of cortisol and body temperature: Morningness-eveningness effects[J]. Chronobiology international, 2001, 18(2): 249-261.

[53] MOHAWK J A. Restraint stress delays reentrainment in male and female diurnal and nocturnal rodents[J]. Journal of Biological Rhythms, 2005, 20(3): 245-256.

[54] WHITSON P A, PUTCHA L, CHEN Y M, et al. Melatonin and cortisoI assessment of circadian shifts in astronauts before flight[J]. Journal of Pineal Research, 1995, 18(3): 141-147.

[55] KANEMATSU N, HONMA S, KATSUNO Y, et al. lmmediate response to light of rat pineal melatonin rhythm: analysis by in vivo microdialysis[J]. The American Journal of Physiology, 1994, 266(6): 1849-1855.

Effects of spectra on digestion, metabolic rhythm, and physiological stress of

FANG Ying-ying1, 2, CHEN Lu-lu1, 2, LIU Song-tao1, 2, SUN Fei1, 2, WU Yan-ling1, 2, LI Xin1, 2, LIU Ying1, 3, MA He1, 2

(1. College of Marine Technology and Environment, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China; 2. Key Laboratory of Environment Controlled Aquaculture (KLECA), Dalian 116023, China; 3. College of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

The serum, intestinal tract, and liver ofwere sampled over a period of 24 h (8: 00, 12: 00, 16: 00, 20: 00, and 24: 00) under five spectra (red, green, yellow, blue, and white lights, respectively; photoperiod 12L: 12D). to investigate the digestion and metabolism levels and peripheral hormone rhythms. Results revealed that the digestion and metabolism enzymes ofunder different spectra exhibited rhythmic patterns, except for trypsin. The peak phases of α-amylase (α-AMS) and lipase (LPS) under yellow light shifted to the left compared to those under white light, and trypsin (TRY) showed no temporal difference. The peak phase of Lactate dehydrogenase (LDH) under green, yellow, and red lights moved to the left compared to that under white light. In the five spectral environments, red and yellow light affected the peak of digestive enzyme activity earlier. The peak phase of pyruvate kinase (PK) shifted to the left under green, blue, and red lights. The secretion of hexokinase (HK) was observed under green, blue, and yellow lights, and its peak phase shifted to the left compared to that under white light. In five spectral environments, green and blue lights affected the peak of metabolic enzymes substantially. The melatonin level in the serum ofwas low during the day and high at night. Moreover, cortisol decreased during the day and began to diminish continuously after reaching its highest value at midnight. Changes in the peak phase indicate variations in circadian rhythms. The above results show that different spectra can influence the physiological metabolic rhythm of fish. Thus, future research should fully consider the biological effect of spectra on cultured organisms and then formulate appropriate lighting conditions.

; spectra; circadian rhythm; digestion and metabolism; stress

Aug. 19, 2022

[National Natural Science Foundation of China, No.32202961; Science & Technology Program of Liaoning Province, No. 2021JH2/10200011; Open Project of Key Laboratory of Environment Controlled Aquaculture (Dalian Ocean University) Ministry of Education, No. 202202; Modern Agro-industry Technology Research System, No. CARS-49]

S9645.3

A

1000-3096(2023)10-0094-18

10.11759/hykx20220819003

2022-08-19;

2022-11-09

國家自然基金(32202961); 遼寧省科學技術計劃項目(2021JH2/10200011); 設施漁業教育重點實驗開放課題(202202); 現代農業產業技術體系專項資金(CARS-49)

房瑩瑩(1997—), 女, 山東濟南人, 碩士研究生, 研究方向為海洋科學, E-mail: taylorfang1997@163.com;馬賀(1986—),通信作者, 女, 遼寧大連人, 講師, 研究方向為光環境與水生生物互作機理, E-mail: mahe@dlou.edu.cn

(本文編輯: 楊 悅)