食性对草鱼消化道发育及三种消化酶活性的影响

作者：暨南大学生命科学技术学院　张杏波 梁旭方 朱 滔 彭敏燕 于海静

关键词: 草鱼； 食性； 消化道发育； 胰蛋白酶； 淀粉酶； 脂肪酶

草鱼(Ctenopharyngodon idellus)是我国主要的淡水养殖经济鱼类之一, 其食性随着生长发育而改变, 能利用植物性和动物性两类饵料。草鱼幼鱼期食性分为三个阶段: 浮游动物食性、食性转变阶段和草食性。草鱼食性在其早期发育中变化很大。动物性饵料, 如浮游动物、底栖无脊椎动物是早期生长发育阶段重要的饵料成分； 随着草鱼的生长, 浮游甲壳动物和摇蚊幼虫则成为较重要的饵料； 草鱼在全长约50mm时转向以大型植物为食。

由于食性转变阶段是草鱼生长的关键阶段, 消化器官和消化酶处于转变时期, 如何促进该阶段消化道发育及消化吸收能力成为鱼类营养学的热点问题。鱼类摄取的饵料需经过消化系统的物理消化以及各种消化酶的化学性消化才能分解成为氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子物质, 最终被消化道上皮吸收, 以提供鱼类生长所需营养物质与能量。鱼类的食性与消化器官发育、消化机能及消化酶有重要关联性。目前研究主要集中在草鱼与其他鱼类的消化道发育和消化酶活力的横向比较, 以及温度、人工饲料等对草鱼消化酶的影响, 而关于不同食性对草鱼消化道发育的影响以及饵料消化利用的研究尚未见系统报道。

本研究以处在食性转变阶段的草鱼为实验对象, 分别用动物性天然饵料摇蚊幼虫和植物性天然饵料浮萍投喂, 研究不同食性对草鱼的生长发育, 尤其是消化器官发育的影响, 分析消化酶活力和食性之间的关系, 旨在初步阐明在不同食性下草鱼生长发育及其对饵料消化利用的情况, 对不同生长阶段草鱼的养殖及培育方法具有一定的指导作用, 丰富草鱼消化生理的基础资料。

1  材料与方法

1.1  实验鱼和饲养

草鱼苗500尾[体重(1.81±0.42)g, 体长(43.18±3.71)mm], 由广东省罗非鱼良种厂提供。饲养在(5m×1.2m×1m)的长方形水泥池中。水温25—34℃, 24h充气, 使溶氧大于6mg/L, pH保持6.5—7.5, 光照周期为夏天天然光照周期。稳定两周后随机取样42尾作为初始组, 然后将余下的草鱼随机平均分为两组, 饲养于上述的水泥池中: A组投喂摇蚊幼虫, B组投喂剪碎的浮萍。每天上午9:00、下午4:00 喂食两次, 足量投喂一月。

1.2  形态学指标测量

投喂结束, 每组分别随机取样26尾, 将鱼在冰水中处理, 之后用电子游标卡尺测量鱼全长、体长, 用电子天平测量鱼体重。于冰盘内解剖, 取出全部肝胰脏和肠道,测肠长； 剔除脂肪, 剪开肠道, 用冰冻去离子水冲去肠内容物, 用滤纸轻轻擦干, 称取肝胰重及肠重。

计算公式: 比肠长=肠长/体长

比肠重=肠重/体重

比肝胰=肝胰重/体重

1.3 消化酶活性测定及定义

每组分别取8尾草鱼解剖所得肝胰脏及肠组织制成粗酶液, 在24h内测定胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶三种消化酶活性, 按试剂盒说明书所示方法测定(3种消化酶活性测定试剂盒及考马斯亮兰蛋白测定试剂盒均购于南京建成生物工程研究所)。

胰蛋白酶单位定义: 在pH 8.0, 37℃条件下, 每毫克蛋白中含有的胰蛋白酶每分钟使吸光度变化0.003即为一个酶活力单位。

脂肪酶单位定义: 在37℃条件下, 每克组织蛋白在本反应体系中与底物反应1min, 每消耗1μmol底物为一个酶活力单位。

淀粉酶单位定义: 组织中每毫克蛋白在37℃与底物作用30min, 水解10mg淀粉定义为一个淀粉酶活力单位。

1.4 数据处理及分析

采用SPSS12.0统计软件对实验数据作统计分析。数值显示均为平均值±标准误(Mean±SE)。

2 结果

2.1 不同食性与草鱼消化道发育关系

测量及计算出各组26尾草鱼全长、体长、肠长、体重、肝胰重、肠重、比肠长、比肠重、比肝胰重(表1)。


注: A.食摇蚊幼虫组, B.食浮萍组； 平均数后上标小写字母不同表示处理组间差异显著(P<0.05)



饲喂一月后食浮萍组体长和体重均显著大于食摇蚊幼虫组(P<0.05)。草鱼消化道形态存在较大的差异, 食浮萍组的比肠长显著大于食摇蚊幼虫组的比肠长(P<0.05), 食浮萍组的比肠重大于食摇蚊幼虫组的比肠重。随着草鱼体重增加, 比肝胰重都有所增加, 但食摇蚊幼虫组与食浮萍组未呈现差异。

2.2 不同食性对草鱼胰蛋白酶活性的影响

A 组肝脏、肠道胰蛋白酶活力分别为(558.77±70.93)U/mgprot、(1724.69±161.90)U/mgprot, 分别低于B组肝脏、肠道胰蛋白酶活力(1419.88±251.17)U/mgprot、(2628.35±1119.49)U/mgprot(图1)。不存在显著性差异。


图1 不同食性对草鱼胰蛋白酶活性影响

2.3 不同食性对草鱼脂肪酶活性的影响

A 组肝脏脂肪酶活力为(22.94±2.96)U/mgprot, 极其显著高于B组肝脏脂肪酶活力(4.92±0.68)U/mgprot； A组肠道脂肪酶活力为(15.07±5.19)U/mgprot, 高于B组肠道脂肪酶活力(11.07±2.21)U/mgprot (图2)。食摇蚊幼虫组脂肪酶的活性均高于食浮萍组, 在肝脏中脂肪酶的活性具有显著性差异(P<0.05), 在肠道中无显著性差异。

图2 不同食性对草鱼脂肪酶活性影响

A. 食摇蚊幼虫组； B. 食浮萍组； 图列上方标*表示不同处理组间同一器官脂肪酶活性存在显著差异(P<0.05)； 下同

2.4 不同食性对草鱼淀粉酶活性的影响

A组肝脏淀粉酶活力为(8.10±1.03)U/mgprot, 高于B组肝脏淀粉酶活力(4.97±2.65)U/mgprot； A组肠道淀粉酶活力为(10.76±0.09)U/mgprot, 显著高于B组肠道淀粉酶活力(2.43±0.08)U/mgprot (图3)。食摇蚊幼虫组淀粉酶的活性均高于食浮萍组, 在肝脏中两组无显著性差异, 在肠道中两组具有显著性差异(P<0.05)。


图3 不同食性对草鱼淀粉酶活性影响

3 讨论

3.1 不同食性与草鱼消化道发育关系

草鱼的食性与消化能力和肠道结构是相适应的。草鱼是无胃鱼类, 从组织学上观察未发现胃腺, 其食道与肠道直接相通, 肠替代了胃的消化作用。鱼的比肠长是反映鱼类食性的主要特征, 大多数研究认为, 肉食性鱼类的比肠长小于1, 草食性或杂食性鱼类的比肠长都大于1。在本研究中草鱼的比肠长大于1, 与草食性或杂食性鱼类的相关参数一致。体长(43.18±3.71)mm 的幼鱼肠道较短, 比肠长为(1.81±0.24), 处于食性转变阶段, 既能摄食动物性饵料, 如枝角类、挠足类、水生昆虫等, 又可以摄食植物性饵料萍类、水草、鹅菜及麦麸等。本研究结果显示, 饲喂一个月后, 食摇蚊幼虫组与食浮萍组的幼鱼的肠长和比肠长都存在明显增长, 体长也分别生长至(60.11±5.59)mm 和(64.52±9.46)mm。草鱼的比肠长随着个体的增长而相应的增大, 表明肠道对于食物的消化吸收起着重要的作用。食浮萍组的体长和体重均显著高于食摇蚊幼虫组, 其比肠长和比肠重也均大于食摇蚊幼虫组,且肠道盘曲较多。这说明在食性转变阶段草食性对于草鱼肠道发育更有利, 肠道发育更健全, 增加了食物在肠道中滞留的时间, 与消化酶接触的时间也相对增多, 能够更充分消化吸收食物中的营养来满足自身的生长需要。在本研究中草鱼比肝胰重随体重的变化表现为正相关, 可能是随草鱼体重增加, 肝胰脏逐渐成为脂肪积累的主要代谢器官, 实验不同处理组间比肝胰重未呈现差异,因此要以比肝胰重判断不同食性草鱼消化代谢能力, 还需进一步研究各种因素对其肝胰重的影响。

3.2 不同食性对草鱼胰蛋白酶活性的影响

胰蛋白酶属于丝氨酸蛋白酶家族, 广泛存在于鱼类的幽门盲囊、肝胰脏、肠道, 具有肽链内切酶活性, 对由碱性氨基酸(精氨酸、赖氨酸)的羧基与其他氨基酸的氨基所形成的键具有高度的专一性, 在蛋白消化中发挥着关键作用。在本研究中草鱼肠道的胰蛋白酶活性比肝脏内胰蛋白酶活性高, 表明鱼体消化道中不同器官蛋白酶活力是不同的, 草鱼肠道对食物中蛋白质的消化起主要作用。这一结果与吴婷婷等的研究结果相同, 但与黄耀桐等的研究结果不一致。可能是因为本实验给草鱼饲喂浮萍和摇蚊幼虫等天然性饵料, 而黄耀桐等是用不同蛋白质含量配合饲料喂养草鱼, 从而造成结果不一致。由此间接证明, 当饵料组成变化时, 鱼类胰蛋白酶活性及其分布也会发生变化。在肠道和肝脏中, 食浮萍组草鱼胰蛋白酶活性要比食摇蚊幼虫组略高, 但没有显著性差异。可能因为浮萍中主要为植物性蛋白, 摇蚊幼虫中主要为动物性蛋白, 草鱼胰蛋白酶在长期进化过程中形成了对植物性蛋白的高适应性, 对动物性蛋白的适应程度不如植物性蛋白, 所以草鱼对植物性蛋白的消化效率与蛋白酶活力更高, 草鱼胰蛋白酶活力与其食性种类具有一定的适应性。

3.3 不同食性对草鱼脂肪酶活性的影响

脂肪是维持鱼类正常生长、发育和繁殖的必需营养素, 它是必需脂肪酸和能量来源, 又是脂溶性维生素的载体, 在鱼类生命活动过程中发挥着重要的作用。脂肪在脂肪酶的作用下, 分解成甘油酯和自由脂肪酸的混合物而被鱼类吸收。Hoehne-Reitan, et al.研究表明, 在稚鱼生长发育时期, 脂肪酶的分泌似乎会受到饵料中脂肪的诱导。尾崎久雄研究表明脂肪酶活性与鱼的食物脂肪含量具有相关性, 呈正相关。本实验与上述研究结果一致, 摇蚊幼虫脂肪含量高于浮萍, 食摇蚊幼虫组的脂肪酶活性均高于食浮萍组的脂肪酶活性, 并在肝脏中脂肪酶活性具有显著性差异(P<0.05), 说明脂肪酶活性与饵料中脂肪含量呈正相关, 与食性有密切的关系, 进而可能影响草鱼的摄食和生长。初始组脂肪酶活性较低, 可能草鱼在长期的进化过程中, 形成与其食性相适应的消化机能, 消化器官所分泌的脂肪酶较少。

3.4 不同食性对草鱼淀粉酶活性的影响

淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称, 能水解淀粉、糖原和有关多糖糖苷键。在本实验中食摇蚊幼虫组淀粉酶的活性高于食浮萍组, 在肠组织中淀粉酶的活性两组具有显著性差异(P<0.05), 在肝脏中两组无显著性差异。可能与草鱼处在食性转变这一特殊的发育阶段有关,淀粉酶活力变化较为复杂。同时本实验研究显示草鱼肝脏的淀粉酶活力低, 肠道淀粉酶活力相对较高。不同消化器官淀粉酶存在着一定的差异, 与其机体组织的生理功能有关。可能是因为草鱼肠道中的淀粉酶来自肝胰脏中胰腺组织的分泌和肠黏膜组织的分泌, 整个肠组织均有淀粉酶分布, 为碳水化合物的主要消化吸收场所, 淀粉酶需在肠道中的肠激活酶进一步激活才有酶活力。

在草鱼食性转变阶段, 不同食性对其消化道发育有显著影响, 饲喂植物性饵料浮萍的草鱼生长发育速度明显快于饲喂动物性饵料摇蚊幼虫组, 其比肠长也显著高于食摇蚊幼虫组。消化酶活性与食性的种类呈一定的相关性, 但从目前的研究来看, 食性对鱼类消化酶活性的影响效应在不同的试验研究中表现出较大的差异, 仍较为复杂, 它们之间的关系有待进一步的研究。