近年来，随着经济社会发展，我国居民对海水产品的需求刚性增加，但目前近海养殖容量趋于饱和、新增空间非常有限，捕捞产量也不断下降。为实现我国海水养殖业的持续发展，减轻近岸养殖对海区的污染，拓展养殖空间，国家相继出台了关于深远海养殖的文件和意见[1-2]。“十四五”以来，在国家政策支持和各级政府的大力扶持下，重力式深水网箱、桁架类深远海网箱、养殖工船3种深远海养殖类型都有了初步的进展，但还不成熟[3-4]。发展深远海养殖，养殖装备和养殖鱼种是关键。我国现有的主要海水养殖鱼类包括军曹鱼(Rachycentron canadum)、鲈鱼(Lateolabrax japonicus)、美国红鱼(Sciaenops ocellatus)、大黄鱼(Larimichthys crocea)、石斑鱼(Epinephelus spp.)、卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)等温水性鱼类和牙鲆(Paralichthys olivaceus)、大菱鲆(Scophthalmus maximus)等冷水性鱼类[5]。其中，卵形鲳鲹，又称金鲳鱼，能抵抗较强的海流，全程可投喂人工配合饲料，养殖周期短，经济效益高，冷冻保鲜和加工技术较成熟，肉质鲜美，深受百姓喜欢，是我国南方网箱养殖的主要品种之一。2022年全国卵形鲳鲹养殖产量达24.54万t，占全国海水鱼养殖总量的12.74%，是拓展深远海养殖空间的重要品种之一[6]。目前，卵形鲳鲹的深水网箱养殖一般在水深20 m以内的近岸海域[7-8]，且多选择在湾内或有岛礁遮蔽的海域，养殖环境条件较好；但深远海养殖意味着走向更深更远的海域，流速、风浪、无遮蔽物等环境条件会极大影响养殖鱼类和养殖装备；鱼类被限制在一定的养殖空间内，时刻抵抗潮流冲击，海流流速过大不利于鱼体生长[9]，甚至会造成鱼体死亡。虽然在近岸网箱养殖和工厂化养殖中已经积累了较多的技术和经验，但鱼类能否适应深远海的环境并正常生长仍是需要关注的重点。因此，了解鱼类的游泳能力及其环境适应性是深远海养殖鱼种的选择关键因素之一。
目前，国内外对卵形鲳鲹的研究主要集中在养殖技术[8,10]、饲料[11-13]、基因[13-15]、生理代谢[16-18]等方面，有关卵形鲳鲹养殖海区的建议流速范围虽在部分养殖技术规程中有所提及[8,19-20]，但多为经验值，未有相关科学论证。本研究通过设计流速梯度，观察卵形鲳鲹应对流速的行为反应，测定不同流速下卵形鲳鲹的耗氧率及肌肉、肝脏和血液中的乳酸、葡萄糖等指标，旨在了解卵形鲳鲹的游泳能力、游泳行为及运动生理，初步揭示卵形鲳鲹应对流速改变的生理生化调节机制，为卵形鲳鲹深远海网箱养殖提供技术参考。
1 材料与方法
1.1 实验材料
实验用鱼取自广东省湛江市海思特水产养殖有限公司养殖的卵形鲳鲹，挑选优良个体共426尾进行实验。实验鱼分为两种规格：小规格(一般为标粗体长)共195尾，体长(4.06±0.43) cm，体重(2.61±0.79) g；大规格(一般为网箱放养体长)共231尾，体长(11.06±0.70) cm，体重(56.09±9.99) g。为减轻鱼类的应激反应，将两种规格的实验鱼分别置于1000 L养殖桶暂养7 d。暂养期间，每天早、晚各喂食一次，暂养水温为(27.00±1.50) ℃，溶解氧含量保持在8.0 mg/L以上，盐度30，光照采用自然光。游泳测定前禁食48 h，实验水温为(26.99±0.70) ℃，实验过程中用小水盆转运实验鱼至实验水槽中。
1.2 实验设备
采用丹麦Loligo Systems公司生产的大型游泳水槽SY28060 (图1)进行鱼类游泳行为实验。水槽测试区规格为40 cm×10 cm×10 cm。实验区的流场均匀稳定，流速变化范围为5~120 cm/s。仪器上方加装Sony摄像机便于记录及分析实验鱼的游泳行为。
图1
图1 丹麦Loligo System泳道呼吸仪
Fig. 1 Swim tunnel respirometer of Loligo system
1.3 感应流速、临界游泳速度、暴发游泳速度的测定
每次取1尾实验鱼置于测试水槽中，实验鱼头部指向水流顺流方向，适应1 h且实验鱼无突然变向游泳行为后，采用“流速递增法”：每隔5 s提升1 cm/s的流速变化，在调大测试水域的流速过程的同时观察鱼的游泳行为，当实验鱼掉转头部方向发生逆流游泳时，记录此时的流速作为实验鱼的感应流速(Uinduced)[21]。两种规格实验鱼各测定30尾，分别以Uinduced(small)和Uinduced(large)表示。
临界游泳速度(Ucrit)与暴发游泳速度(Uburst)测定几乎相同，均采用递增流速法[22]。每次取1尾实验鱼置于水槽测试区域，流速调至5 cm/s适应1 h后，若水流速度每10 min增加约1 BL/s (body length/second)，直至实验鱼游泳疲劳(若实验鱼贴至测试隔网处20 s后仍不能重新游动，则视其为疲劳[23])，记录此时水流速度，经计算得出临界游泳速度；若水流速度每20 s增加约1 BL/s，直至实验鱼游泳疲劳，则计算得出暴发游泳速度。两种流速、两种规格实验鱼各测定30尾，分别以Ucrit(small)、Ucrit(large)和Uburst(small)、Uburst(large)表示。
1.4 摆尾频率的测定
挑选两种规格实验鱼各64尾，根据实验获得的感应流速和临界游泳速度，设置20、30、40、50、60、70、80、90 cm/s共8个流速实验组，每次1尾，每组测试8尾。使用录像机对每尾实验鱼的游泳行为持续拍摄记录10 min，拍摄过程中用隔板遮挡在水槽周围，以防外界环境干扰。将录制的视频，通过KMPlayer视频软件进行逐帧分析。计算得到摆尾频率(tail beat frequency, TBF)。
1.5 静止耗氧率和运动耗氧率的测定
在测定耗氧率前，先进行预实验测定空白溶氧值以确保无其他干扰。经预实验测定空白溶氧值的变化小于1%，可忽略不计[24]。
根据实验测定的小规格实验鱼的绝对临界游泳速度设置了静止、20%、40%、60%、80%和100% Ucrit(small)共6个处理组，每组测试6尾，每次取1尾进行测试，适应1 h后密封水槽，测定初始溶解氧值，然后分别提速至预设的目标流速，进行6次溶解氧测定(分别在第10、20、30、40、50和60分钟)，并计算静止耗氧率(standard metabolic rate, SMR)和运动耗氧率(activity metabolic rate, AMR)[mg/(kg·h)]:
${\rm{SMR}} = \Delta {{\rm{O}}_2} \times Q/M$(1)
${\rm{AMR}} = Q\frac{{d\left( {{\rm{DO}}} \right)}}{{dt}}/M$(2)
式中，ΔO2为呼吸室与空白溶氧的差值[mg/(L·h)]; Q为游泳装置密封区的体积(L，本实验为10 L); M为实验鱼体重(kg); d(DO)/dt指在目标流速下溶解氧随时间变化的斜率[mg/(L·h)]。
大规格实验鱼的静止耗氧率和运动耗氧率测定方法及尾数与小规格实验鱼相同，只是绝对临界游泳速度改为Ucrit(large)。
1.6 单位距离耗能的计算
单位距离耗能(cost of transport, COT)[mg/(kg·m)]的计算公式为：
${\rm{COT}} = {\rm{AMR}}/U$(3)
式中，U为实验鱼的游泳速度(m/h)。
1.7 生理生化指标的取样与测定
取大规格实验鱼进行生理生化指标的取样和测定。设置20%、40%、60%、80%和100% Ucrit(large)共5个处理组和1个静止(0 cm/s)对照组，每组测定6尾鱼，每次测定1尾。将每尾实验鱼在目标流速中运动20 min后立即将鱼取出，转入有丁香酚麻醉液(100 mg/L)的水桶中进行麻醉，待鱼被完全麻醉后立即测量体长并称重，随后立即抽取血液(1 mL)，剪取尾部白肌和肝组织。其中，血液样品用含有肝素钠的EP管收集，在4 ℃下静置2 h，低温离心20 min (4 ℃, 4000 r/min)后收集上层血浆(0.3~0.5 mL)。将血浆、肝脏和肌肉样品均放入液氮罐中并转置于−80 ℃超低温冰箱中保存，乳酸和葡萄糖含量均由上海酶联生物科技有限公司采用试剂盒测定。ADDIN NE.Ref.{ECF1CCA3-34C1-484D-954F-52949889C36D}
1.8 数据分析
感应流速、临界游泳速度和暴发游泳速度的统计采用S-W检验进行正态性检验后，各速度的测定值以平均值±标准差($\bar x \pm {\rm{SD}}$)表示；生理生化指标数据经正态性检验和方差齐性检验满足条件后进行单因素方差分析(one-way ANOVA)法进行分析，若结果出现组间差异，则用LSD多重比较法对各组数据的差异进行显著性检验，显著性水平为P<0.05；对摆尾频率、耗氧率、单位距离耗能(COT)与流速的关系进行线性和非线性曲线拟合分析。所有数据采用Excel 2007和SPSS 26.0统计软件进行处理，图像使用Origin 2019绘制。
2 结果与分析
2.1 感应流速、临界游泳速度和暴发游泳速度
实验获得的卵形鲳鲹的感应流速、临界游泳速度和暴发游泳速度的统计结果如表1所示。
表1
表1 两种规格卵形鲳鲹的感应流速、临界游泳速度和暴发游泳速度
Tab. 1 Induced velocity, critical swimming speed and burst swimming speed of Trachinotus ovatus
项目 item
S-W检验(significance)S-W test (significance)
范围 range
μ±σ
感应流速 induced velocity
小规格 small scale
绝对absolute/(cm/s)
0.133
13.00-20.00
15.67±1.85
相对relative/(BL/s)
0.103
2.86-5.00
3.90±0.64
大规格 large scale
绝对absolute/(cm/s)
0.094
8.00-13.00
10.43±1.33
相对relative/(BL/s)
0.776
2.86-5.00
0.96±0.13
临界游泳速度 critical swimming speed
小规格 small scale
绝对absolute/(cm/s)
0.234
75.08-114.83
91.83±10.97
相对relative/(BL/s)
0.596
17.77-31.04
23.60±3.35
大规格 large scale
绝对absolute/(cm/s)
0.067
80.41-120.75
99.78±12.66
相对relative/(BL/s)
0.145
6.81-11.30
9.00±1.30
暴发游泳速度 burst swimming speed
小规格 small scale
绝对absolute/(cm/s)
0.001
80.4-124.00
112.20
相对relative/(BL/s)
0.182
19.23-38.44
26.50±4.32
大规格 large scale
绝对absolute/(cm/s)
0.001
86.00-125.00
114.25
相对relative/(BL/s)
0.230
7.59-13.59
10.17±1.59
注：绝对暴发游泳速度以中位数表示，其余速度以平均值±标准差表示.Note: Median is used to represent absolute burst swimming speed, other kinds of speed are represented by $\bar{x}\pm \text{SD}$.
表1 两种规格卵形鲳鲹的感应流速、临界游泳速度和暴发游泳速度
Tab. 1 Induced velocity, critical swimming speed and burst swimming speed of Trachinotus ovatus
除绝对暴发游泳速度外，两种规格卵形鲳鲹的感应流速、临界游泳速度和相对暴发游泳速度均符合正态分布(S-W检验，P>0.05)；而两种规格卵形鲳鲹的绝对暴发游泳速度均不符合正态性(P<0.05)，原因是在实验过程中，有部分实验鱼的暴发游泳速度超过了测定装置的最高速度测量值(120 cm/s)，记录为>120 cm/s，因此，绝对暴发游泳速度用中位数表示。
2.2 卵形鲳鲹的摆尾频率
两种规格卵形鲳鲹的摆尾频率与绝对流速(Uabsolute)、相对流速(Urelative)的关系如图2所示。可见，摆尾频率与流速均呈显著的线性正相关关系，相同绝对流速下小规格卵形鲳鲹的摆尾频率极显著高于大规格卵形鲳鲹的摆尾频率(P<0.01)。拟合的线性方程分别为：
TBFsmall=10.52Uabsolute+99.076 (R2=0.9392, P<0.05);
TBFlarge=8.0037Uabsolute-31.483 (R2=0.9706, P<0.05);
TBFsmall=0.7013Urelative+1.6513 (R2=0.9392, P<0.05);
TBFlarge=1.3339Urelative-0.9706 (R2=0.9706, P<0.05)。
图2
图2 两种规格卵形鲳鲹摆尾频率与流速的关系
Fig. 2 Relationship between tail beat frequency and velocity of two size of Trachinotus ovatus
2.3 耗氧率及其单位距离耗能
实验测得小、大规格卵形鲳鲹的静止耗氧率(SMR)分别为(899±111) mg/(kg·h)、(525± 95) mg/(kg·h)。不同流速下，两种规格卵形鲳鲹的运动耗氧率随流速的增大均与相对流速呈幂函数递增关系(图3)，其方程分别为：
AMRsmall=465+0.28$U_{{\rm{relative}}}^{2.504}$(R2=0.997, P<0.05);
AMRlarge=294+0.508$U_{{\rm{relative}}}^{3.015}$(R2=0.999, P<0.05)。
图3
图3 两种规格卵形鲳鲹在不同流速下的耗氧率
Fig. 3 Activity metabolic rate (AMR) of two size of Trachinotus ovatus at different velocities
两种规格卵形鲳鲹在不同流速条件下的单位距离耗能COT的拟合曲线均呈U型(图4)，拟合方程分别为：
COTsmall=193.89$U_{{\rm{relative}}}^{ - 1}$+0.12$U_{{\rm{relative}}}^{1.50}$(R2=0.996, P<0.05);
COTlarge=48.91$U_{{\rm{relative}}}^{ - 1}$+0.08$U_{{\rm{relative}}}^{2.01}$(R2=0.999, P<0.05)。
图4
图4 两种规格卵形鲳鲹在不同流速下的单位距离能耗(COT)
Fig. 4 Cost of transport (COT) of two size of Trachinotus ovatus at different velocities
最小COT均出现在约60% Ucrit流速下。
2.4 流速对卵形鲳鲹生理生化的影响
实验测得不同流速下卵形鲳鲹肌肉、肝脏和血液中乳酸和葡萄糖的含量如表2所示。结果表明，随着流速的增加，3种组织中乳酸的含量均大致经历了先升高后降低再升高的变化趋势，即由静水至40% Ucrit(large)流速时，乳酸含量是先升高的，至60% Ucrit(large)流速时乳酸含量迅速降低，流速继续增加至100% Ucrit(large)时乳酸含量再次升高并维持一个较高的水平。血液中葡萄糖的含量要远远高于肌肉和肝脏中葡萄糖的含量，而肌肉和肝脏中葡萄糖的含量相差不大。
表2
表2 不同流速下卵形鲳鲹肌肉、肝脏和血液中各代谢物的含量
Tab. 2 Contents of metabolite in muscle, liver and blood of Trachinotus ovatus at different velocities $\bar{x}\pm \text{SD}$
组织 tissues
代谢物/(μmol/g) metabolite
游泳速度/cm/s swimming speed
control
20% Ucrit(large)
40% Ucrit(large)
60% Ucrit(large)
80% Ucrit(large)
100% Ucrit(large)
肌肉 white muscle
乳酸 lactate
412.90±8.04c
531.53±12.58a
550.13±12.16a
439.36±5.58b
445.56±12.50b
543.51±9.99a
葡萄糖 glycogen
1.50±0.00d
2.02±0.02a
1.84±0.02b
1.74±0.03c
2.04±0.04a
2.00±0.02a
肝脏 liver
乳酸 lactate
447.21±2.11e
439.77±8.25e
569.97±6.10b
507.55±8.18d
593.94±9.28a
537.73±7.32c
葡萄糖 glycogen
1.90±0.00c
2.09±0.04b
2.15±0.03b
2.31±0.02a
2.36±0.04a
1.97±0.04c
血液 blood
乳酸 lactate
482.76±5.10d
542.69±2.11c
572.03±8.25b
450.10±9.28e
587.74±2.02a
598.48±3.56a
葡萄糖glycogen
18.21±0.30d
18.54±0.38d
20.61±0.38b
19.54±0.02c
19.83±0.02c
21.48±0.32a
注：同一行上标英文字母不同的数值间差异显著(P<0.05).Note: There is a significant difference between values with different superscripts in the same line(P<0.05).
表2 不同流速下卵形鲳鲹肌肉、肝脏和血液中各代谢物的含量
Tab. 2 Contents of metabolite in muscle, liver and blood of Trachinotus ovatus at different velocities $\bar{x}\pm \text{SD}$
3 讨论
3.1 卵形鲳鲹的游泳能力
鱼类生活在流水区域中因水流刺激鱼体感觉器官使其产生趋流性，为应对水流流场变化，鱼类依据不同环境情况调节游泳时的方向、速度，保持逆流游泳状态或持久地停留于某一固定的位置[25-26]。感应流速是鱼类的趋流性指标之一，是鱼类对水流产生响应的最低游泳速度[27]。实验测得大规格卵形鲳鲹的相对感应流速约为0.96 BL/s，低于同为海水鱼的黑鲷(Acanthopagrus schlegelii) (1.4 BL/s)[28]，这可能是由于卵形鲳鲹为暖水性中上层洄游鱼类，而黑鲷为浅海底层鱼类，不作远距离洄游，故卵形鲳鲹的敏感程度较低可能与其生活在相对复杂的海洋环境有关[29]。而小规格卵形鲳鲹的相对感应流速约为3.90 BL/s，远高于大规格卵形鲳鲹，是因为随着鱼体的生长，其鱼体的侧线系统发育更完善，获取水环境中的信息敏感性更强[29-30]。根据桂福坤等[31]对黑鲷的研究，卵形鲳鲹的适应流速宜控制在1.0 BL/s以内以避免测试前鱼类过多的能量损失。
临界游泳速度是鱼类有氧运动和游泳能力的重要参考指标[32-33]，对鱼体的各项生理活动有重要意义[33-35]。实验测得大规格卵形鲳鲹[体长(11.06± 0.70) cm]的临界游泳速度为(99.78±12.66) cm/s，高于相近规格黑鲷[体长(12.38±0.69) cm, 0.76 cm/s]和大黄鱼[36][体长(14.13±1.24) cm, 0.42 cm/s]的临界游泳速度；柴若愚等[37]研究证明体长差异不显著的美国红鱼(80 cm/s)比黑鲷(60 cm/s)具有更强的持续游泳能力。因此，可以得出几种海水鱼的持续游泳能力为卵形鲳鲹>美国红鱼>黑鲷>大黄鱼。而海南省地方标准卵形鲳鲹深远海网箱养殖技术规程中建议卵形鲳鲹的养殖海域流速小于100.00 cm/s是合适的[20]。
暴发游泳速度指鱼类在短时间内可以达到的最大速度，是鱼类在短时间内进行无氧运动的重要指标，可通过厌氧代谢得到较大能量[38]，反应了鱼类在极短时间内逃避敌害和越过水流障碍的能力[39]，也常在鱼类捕食、受到刺激后的应激过程中体现[40]。从绝对流速的角度看，两种规格卵形鲳鲹的暴发能力相当，分别为112.20 cm/s和114.25 cm/s。可见，在卵形鲳鲹生长过程中其暴发能力并没有较大的改变。有研究表明，鱼的暴发游泳速度一般大于10 BL/s[38]，本研究实验结果与其一致。汤保贵等[28]研究相近规格黑鲷的暴发游泳速度约为114 cm/s，可见，卵形鲳鲹和黑鲷的短时应激能力相当。
在鱼体前进过程中尾鳍对鱼体游泳行为产生的推力最大，通常用摆尾频率作为衡量鱼类运动强度的指标[26]。鱼类摆尾频率越快证明鱼类活动越剧烈，其游泳速度相应较高，能量消耗会增大[35]。摆尾频率与流速的拟合斜率反映了鱼体运动能力，斜率值越小说明运动过程中单位鱼体耗能越少，其能效就越高[41]。实验测得小、大规格卵形鲳鲹的摆尾频率与相对流速的拟合方程斜率分别为0.7013和1.3339，说明小规格卵形鲳鲹单位鱼体耗能能效比大规格卵形鲳鲹要高很多，接近2倍。可见，尽管采用了相对流速，但在同种鱼的不同规格中，其单位鱼体耗能能效也会表现出很大的差别。
3.2 卵形鲳鲹的运动生理
鱼类在不同生长阶段的代谢活动是不同的，幼鱼时期的单位体重在单位时间内耗氧率相对较高，而成鱼的相对较低[42-43]。实验测得小、大规格卵形鲳鲹的静止耗氧率分别约为899和525 mg/(kg·h)，均高于20%、40%和60% Ucrit流速组的运动耗氧率，而Farrell等[44]也观察到虹鳟(Oncorhynchus mykiss)最低耗氧率大约发生在30% Ucrit处。相近流速下小规格卵形鲳鲹的运动耗氧率明显高于大规格卵形鲳鲹的运动耗氧率，实验结果符合同一物种体重增加、耗氧量增加而耗氧率相对减小的规律[45-47]。单位距离能耗常用来估算运动过程中的效率以确定最佳运动速度[48]。实验中随着游泳速度增大，两种规格卵形鲳鲹的COT值呈先降低后上升的“U”型趋势，研究结果与鲫(Oncorhynchus mykiss)[49]、瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)[50]、鳊(Parabramis pekinensis)[51]、虹鳟[52]等的结果一致；两种规格卵形鲳鲹的最小COT均出现在60% Ucrit流速组。同样的结果还出现在乳酸的变化中，随着流速的增加，3种组织中乳酸的含量均大致经历了先升高后降低再升高的变化趋势，最低值也出现在60% Ucrit流速时。由上述分析可知，流速卵形鲳鲹最大有氧功率输出约在60% Ucrit处；同时有研究表明黑鲷的约在57%~ 65% Ucrit处[28]、三文鱼的约在80% Ucrit处[53]。
综上，根据实验结果，推荐卵形鲳鲹鱼苗深水网箱养殖的适应流速控制在1.0 BL/s以内；养殖流速不宜超过100 cm/s；最佳流速在54~60 cm/s。几种海水鱼的持续游泳能力为卵形鲳鲹>美国红鱼>黑鲷>大黄鱼。