池塘養(yǎng)殖是我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要形式和水產(chǎn)品供應(yīng)的重要來(lái)源，但多數(shù)養(yǎng)殖場(chǎng)采取傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，其粗放生產(chǎn)、水資源浪費(fèi)、養(yǎng)殖污染等問題嚴(yán)重制約了池塘養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。池塘內(nèi)循環(huán)流水養(yǎng)殖是通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘進(jìn)行工程化改造，建造流水槽設(shè)施，與外部生態(tài)粗放養(yǎng)殖區(qū)相結(jié)合的一種現(xiàn)代集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖新模式,又稱流道養(yǎng)殖、跑道養(yǎng)殖和流水槽養(yǎng)殖等。現(xiàn)有研究表明，通過(guò)流水養(yǎng)殖、流水暫養(yǎng)等方式,可有效提升魚類生長(zhǎng)速度及肌肉品質(zhì)。而關(guān)于流水養(yǎng)殖對(duì)魚類生長(zhǎng)和品質(zhì)影響的內(nèi)在機(jī)理研究還很少。

近期，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所何力研究員牽頭的淡水產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)與質(zhì)量控制創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在環(huán)境因子對(duì)魚蝦類生理生化、生長(zhǎng)及品質(zhì)研究方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過(guò)組織學(xué)、生理生化、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、腸道微生物組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了流水養(yǎng)殖對(duì)魚類生長(zhǎng)及品質(zhì)影響的相關(guān)規(guī)律，明確了水體溶氧對(duì)蝦類生理生化影響的相關(guān)機(jī)理，揭示了流水及溶氧環(huán)境因子對(duì)魚蝦類不同組織的生理響應(yīng)，并篩選鑒定出了對(duì)流水及溶氧顯著應(yīng)答的基因和分子信號(hào)通路。

團(tuán)隊(duì)在環(huán)境因子對(duì)魚類生長(zhǎng)相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)能顯著提升草魚幼魚的生長(zhǎng)速率；同時(shí)運(yùn)動(dòng)能顯著誘導(dǎo)生長(zhǎng)相關(guān)基因（如ghr、igf1和igf1r）的表達(dá)，并激活PI3K-Akt和mTOR信號(hào)通路進(jìn)而促進(jìn)魚類生長(zhǎng)。該研究結(jié)果闡明了魚類在適度運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的肝臟分子調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)和功能基因的變化。相關(guān)研究論文《Comparative analyses of liver transcriptomes reveal the effect of exercise on growth-, glucose metabolism-, and oxygen transport-related genes and signaling pathways in grass carp (Ctenopharyngodon idella)》發(fā)表在JCR 1區(qū)期刊《Comparative Biochemistry and Physiology Part A-Molecular & Integrative Physiology》（IF = 2.32）上。

圖1. 轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析草魚肝臟應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期流水的分子響應(yīng)

團(tuán)隊(duì)在環(huán)境因子對(duì)魚類品質(zhì)相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，4周的流水養(yǎng)殖可顯著降低斑點(diǎn)叉尾鮰中C18: 1n9c含量，提升DGLA、ARA、DHA、Asp和Gly含量，說(shuō)明適度運(yùn)動(dòng)可提高斑點(diǎn)叉尾鮰的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值；流水將激活氨基酸及不飽和脂肪酸合成的信號(hào)通路；流水養(yǎng)殖能增加腸道菌群的多樣性和豐度，顯著提升與氨基酸合成相關(guān)的鏈球菌和普雷沃氏菌豐度。該研究初步解析了流水對(duì)魚類品質(zhì)提升的分子機(jī)理，并為流水養(yǎng)殖下魚類的功能基因和腸道菌群挖掘研究奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)論文《Effects of moderate exercise on hepatic amino acid and fatty acid composition, liver transcriptome, and intestinal microbiota in channel catfish (Ictalurus punctatus)》發(fā)表在期刊《Comparative Biochemistry and Physiology D-Genomics and Proteomics》(IF = 2.674)上。

圖2. 流水對(duì)斑點(diǎn)叉尾鮰營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響的分子解析

團(tuán)隊(duì)在環(huán)境因子對(duì)蝦類生理生化相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，低氧及復(fù)氧能顯著提升克氏原螯蝦抗氧化酶酶活及相關(guān)基因表達(dá)；低氧能顯著誘導(dǎo)與葡萄糖代謝相關(guān)基因(如gapdh、pyk和pck)和氧轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因(如egln、gapdh和pdk1)；低氧能激活與葡萄糖代謝(如糖酵解/糖異生、AMPK和胰島素信號(hào)通路)以及氧轉(zhuǎn)運(yùn)(如HIF-1、MAPK和PI3K-Akt信號(hào)通路)的信號(hào)通路。該研究結(jié)果表明，低氧能引起克氏原螯蝦的氧化應(yīng)激，同時(shí)克氏原螯蝦在缺氧條件下，可能利用“糖酵解/糖異生”來(lái)獲得能量并維持生理響應(yīng)，利用“HIF-1”獲得更多的氧氣。相關(guān)論文《Acute hypoxia and reoxygenation induces oxidative stress, glycometabolism, and oxygen transport change in red swamp crayfish (Procambarus clarkii): Application of transcriptome profiling in assessment of hypoxia》發(fā)表在JCR 1區(qū)期刊《Aquaculture Reports》(IF = 3.216)上。

圖3. 克氏原螯蝦肝胰腺應(yīng)對(duì)低氧的分子響應(yīng)

上述研究獲得中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(2020TD74)及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金(CARS-48)支持。張浪助理研究員為以上論文第一作者，何力為以上論文通訊作者。

相關(guān)論文鏈接為：

1.https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2021.111081
     2.https://doi.org/10.1016/j.cbd.2021.100921
     3.https://doi.org/10.1016/j.aqrep.2022.101029