Effects on growth and hepatic glucose metabolism of grass carp fed with high dietary carbohydrates
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摘要:
为了从生长性状、器官健康和营养代谢水平方面探究草食性鱼类草鱼 (Ctenopharyngodon idella) 对高糖饲料的适应和利用能力，以初始体质量 (132.01±16.43) g的草鱼为研究对象，分别配制正常糖水平 (15%，对照组) 和高糖水平 (40%，高糖组) 的等氮等能饲料分组投喂草鱼140 d，每组设3个重复，每个重复300 尾鱼。结果显示，相较于对照组，第60、第80 和第140天时高糖组草鱼的体质量显著增加 (P<0.05)，第140天时，高糖组草鱼的脏体比、肠系膜脂肪系数、中肠绒毛高度和肝糖原含量均显著提高且肝脏和中肠肠道组织出现损伤。随实验时间的延长，高糖组葡萄糖激酶 (gk)、丙酮酸激酶 (pk)、糖原合酶 (gys2)、脂肪酸合成酶 (fas) 基因表达量呈下降趋势，磷酸烯醇式丙酮酸激酶 (pepck)、葡萄糖-6-磷酸酶 (g6pase) 基因表达量呈上升趋势，对照组gys2、fas、pepck和g6pase基因表达量变化趋势与高糖组一致，但gk、pk基因表达量在各时间点均无显著性变化。第140天时，与对照组相比，高糖组pk基因表达量显著下调，g6pase、pepck和fas基因表达量显著上调。综上，采用高糖饲料投喂草鱼可促进其体质量增加，但长期饲喂会对其生理指标造成一定负面影响，肝脏糖代谢相关基因表达变化显著。
Abstract:In order to explore the growth performance, organic health and nutritional metabolism level of Ctenopharyngodon idella, a fed herbivorous fish-grass carp, with high dietary carbohydrates, we divided 1 800 individuals of (132.01±16.43) g into normal carbohydrate diet group (Control group) and high carbohydrate diet group (Group H), feeding them with 15% and 45% level carbohydrate diets for 140 d. Each group included three replications and each replication included 300 individuals. The results show that compared with the control group, the body mass of Group H was higher significantly on 60th, 80th and 140th day (P<0.05). The visceral body ratio, mesenteric fat coefficient, villus height and hepatic glycogen content of Group H increased significantly on 140th day, and damage was observed in liver and intestinal tract. The expression of glucose kinase gene (gk), pyruvate kinase gene (pk), glycogen synthase 2 gene (gys2) and fatty acid synthetase gene (fas) showed a decreasing trend in Group H along with time, while phosphoenolpyruvate carboxykinase gene (pepck) and glucose-6-phosphatase gene (g6pase) showed an increasing trend. The expressions of gys2, fas, pepck and g6pase had the same trend in Group L as that in Group H, while no significant variation trend was observed in gk and pk gene at each time. Compared with the control group, the expression of pk was significantly lower, while those of g6pase, pepck and fas were significantly higher in Group H. In conclusion, 40% level dietary carbohydrate can improve the weight gain rate of grass carp, but high dietary carbohydrates have a negative impact on physiological indicators and significantly affect glucose metabolism at molecular level.
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Keywords:
- Ctenopharyngodon idella /
- Glucose metabolism /
- Liver /
- Intestinal structure
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浮游动物个体小、数量多、生长周期短、代谢旺盛，作为水体中的初级消费者将浮游植物、细菌、有机碎屑等转化为能被鱼类和其他水生动物利用的食物，其动态变化影响到以其为食的高级动物种群的生物量和分布，是水生态系统食物网结构的关键环节，对于整个生态系统的物质循环、能量流动和生物资源的补充等发挥着重要作用，也是水生态系统的重要组成部分[1-4]。浮游动物对外界水环境的变化较为敏感，其种群结构、数量变化、优势种及污染指示种、物种多样性等均可作为水体营养化的重要标志，能够很好地反映水体营养状况[5-8]。将浮游动物作为水环境检测和评价指标，可以弥补水体理化指标在水质评价上的不足[9]。同时，部分浮游动物还能积累和代谢一定量的污染物质，起到净化水质的作用，在水质监测调控、水污染修复治理等方面的作用逐渐受到重视[10]。
江门市水资源丰富，主要河流有西江、潭江及其支流和沿海诸小河。西江为珠江最大的主干支流，江门境内长76 km，自北向南流经鹤山。近年来关于江门境内的西江和潭江的水质调查研究主要集中在水体理化指标[11]、浮游植物群落结构[12]、底栖动物多样性[13]等方面，缺乏浮游动物群落结构等方面的调查研究。此外，西江引水工程于2010年9月建成通水，西江水作为饮用水输送到广州市，有效解决了广州市西北部水源水质型缺水问题[14]。本文研究了江门境内主要淡水河流西江、潭江及银洲湖浮游动物的种类组成、密度、生物量、群落结构时空变化等特征，并运用浮游动物相关环境水质指标评价了调查区域的水质状况，可为江门流域乃至整个珠江流域的水环境治理、水环境健康可持续发展等提供理论参考和依据。
1. 材料与方法
1.1 采样时间与采样点设置
2016年12月，2017年3、7和9月对江门境内主要河流进行了4次浮游动物群落结构调查研究。在潭江 (A1：赤坎；A2：荻龙桥；A3：牛湾大桥)、银洲湖 (A4：新会新港；A5:下沙口；A6：崖门炮台) 和西江 (A7：中兴村；A8：蓬江区大厂；A9：江顺大桥) 水域共设置9个采样点，每个采样点采集2个浮游动物样品。采样点主要设置于主要支流汇合口、汇合后与干流充分混合处，主要排污口附近、河口区等河段设置采样断面。个别站点A7，考虑到渔村对于渔船的使用实际情况，加上样点设置的均匀性，因此在这一位点设置站位；A1站点为本次调查的最上游，刚好位于潭江最下游大坝之下；A2—A5，A7—A8均为支流汇合口；A6为重要河口区，A2也是重要排污口区。具体采样位置见图1，所有采样点均经GPS定位。
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图 1 江门流域浮游动物采样点分布图A1. 赤坎；A2. 荻龙桥；A3. 牛湾大桥；A4. 新会新港；A5. 下沙口；A6. 崖门炮台；A7. 中兴村；A8. 蓬江区大厂；A9. 江顺大桥Fig. 1 Sampling sites of zooplankton in Jiangmen River BasinA1. Chikan; A2. Dilong Bridge; A3. Niuwan Bridge; A4. Xinhui Port; A5. Xiashakou; A6. Yamen Fort; A7. Zhongxing Village; A8. Pengjiang; A9. Jiangshun Bridge1.2 样品采集
1.2.1 浮游动物定性
以25号浮游生物网 (孔径64 μm) 在水面下0~0.5 m水层呈“∞”字形捞取3~5 min，并将滤取的样本放入标本瓶中，加4%甲醛溶液固定。
1.2.2 浮游甲壳动物定量
用5 L的有机玻璃采水器在表层和底层各采集10 L水样混合，再从混合样中取10 L用于大型浮游甲壳类的定量。10 L样先用13号浮游生物网过滤，收集于50 mL的塑料瓶中，并用4%甲醛溶液保存。
1.2.3 原生动物和轮虫定量
轮虫和原生动物定量样品用5 L有机玻璃采水器在水面下0.5和1.5 m处水层各采集5 L，混合后取1 L，用鲁哥氏碘液固定，静置 48 h后用虹吸管除去上清液，收集沉积物，浓缩至50 mL保存。
在每个样点采样时，同时利用YSI Pro Plus型多功能水质仪现场测定水温、溶解氧、pH、电导率、盐度等理化指标。各采集点的理化性质见表1。
表 1 江门流域水体理化性质Table 1 Physical and chemical properties of water in Jiangmen River Basin理化指标
Physical and chemical index采样点 Sampling site A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 水深 Depth/m 3.31 4.33 5.01 5.16 4.23 5.21 6.23 5.22 5.55 透明度 Water transparency/m 0.58 0.54 0.48 0.45 0.41 0.36 0.36 0.85 0.68 水温 Water temperature/℃ 24.56 25.23 24.60 24.94 24.63 24.16 23.46 23.26 23.09 溶解氧 Dissolved oxygen/(mg·L−1) 4.72 3.94 3.43 5.36 5.61 6.24 6.99 7.09 7.01 盐度 Salinity 0.11 0.10 0.13 0.40 0.77 3.38 0.16 0.13 0.12 pH 6.90 6.76 6.77 7.42 7.51 7.38 7.82 8.28 8.20 电导率 Conductivity/(μs·cm−1) 154.68 144.26 176.08 722.59 1 479.40 4 984.49 288.30 227.41 221.69 1.3 浮游动物样品的鉴定及计数
所有样品尽量鉴定到种，不能完全确定的种类鉴定到属。采用OLYMPUS BX53显微镜进行浮游动物鉴定和计数。鉴定依据的主要文献有：《微型生物监测新技术》[15]《中国淡水轮虫志》[16]《中国动物志 (淡水枝角类)》[17]《中国动物志 (淡水桡足类)》[18]。
计数按《淡水浮游生物调查研究方法》[19]的方法进行，即轮虫取沉淀水样1 mL全片计数；原生动物取沉淀水样0.1 mL全片计数，计数2片并取平均值；枝角类和桡足类将经网滤缩后的样品全部计数，然后将所得数值换算成每升水中的个数。生物量计算按《淡水浮游生物调查研究方法》[19]进行。
1.4 数据分析
运用优势度Y计算出优势物种，公式为：
$$ Y = \left( {{n_i}/N} \right){f_i} $$ (1) 式中ni为第i种的个体数，N为样品中浮游动物总个体数，fi为第i种的出现频率，Y>0.02为优势种。
用Shannon-Wiener指数 (H') 和Pielou指数 (J') 计算浮游动物群落结构多样性和物种均匀度。
$$ \begin{array}{c} H{\text{'}}=-\displaystyle\sum\left(\dfrac{n_{i}}{N}\right)\left(\log _{2} \frac{n_{i}}{N}\right) \end{array} $$ (2) $$ \begin{array}{c} J{\text{'}}=\dfrac{H{\text{'}}}{\log _{2} S} \end{array} $$ (3) 式中S为物种总数。
1.5 数据统计
浮游动物生物密度、生物量的季节差异、位点、区域差异的判别用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析 (One-way ANOVA)，以P<0.05作为差异显著性判定标准。
2. 结果
2.1 浮游动物的种类组成
在2016—2017年的4次采样调查中，共鉴定浮游动物157种，其中轮虫最多 (74种)，占浮游动物种类数的47.13%；其他类群依次是原生动物 (43种，27.39%)、枝角类 (21种，13.38%)、桡足类 (19种，12.10%)。潭江浮游动物种类数最多 (133种)，银洲湖次之 (98种)，西江最少 (89种)。江门3个区域均以轮虫种类数最多，其次是原生动物，潭江枝角类比桡足类多，而银洲湖和西江则刚好相反 (图2)。
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图 2 江门流域各区域浮游动物各类群种类数Fig. 2 Abundance of each species of zooplankton in different areas in Jiangmen River Basin从各个季节来看，春季浮游动物种类数最多 (93种)，冬季和夏季次之，秋季最少 (72种)。每个季节均以潭江浮游动物种类最多，银洲湖次之，西江最少 (仅春季除外，西江比银洲湖多)。潭江在夏季和冬季种类数最多 (均为72种)，春季次之 (63种)，秋季最少 (仅57种)；银洲湖夏季种类数最多 (59种)，其次依次是秋季 (47种)、冬季 (41种) 和春季 (39种)；西江则以春季最多 (50种)，其次依次是秋季 (45种)、冬季 (39种) 和夏季 (37种，图3)。
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图 3 江门流域不同季节浮游动物种类数Fig. 3 Seasonal variation of zooplankton species in Jiangmen River Basin2.2 浮游动物的密度与生物量
浮游动物年平均密度为1 651 个·L−1，其中原生动物为1 164 个·L−1，轮虫397 个·L−1，枝角类9 个·L−1，桡足类81 个·L−1。潭江浮游动物年平均密度最高 (3 030 个·L−1)，其次是银洲湖 (1 467 个·L−1)，西江最低 (456 个·L−1)。就类群而言，原生动物年平均密度在3个区域中均最高，均占平均密度的60%以上 (图4)。浮游动物年平均生物量为0.80 mg·L−1，其中原生动物为0.06 mg·L−1，轮虫0.37 mg·L−1，枝角类0.07 mg·L−1，桡足类0.31 mg·L−1。潭江浮游动物年平均生物量最高 (1.58 mg·L−1)，其次是银洲湖 (0.61 mg·L−1)，西江最低 (0.23 mg·L−1)。就类群而言，轮虫年平均生物量在潭江最大，而银洲湖和西江则是桡足类最大，均占到3个区域生物量的55%以上 (图4)。
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图 4 江门流域各区域浮游动物密度和生物量Fig. 4 Density and biomass of zooplankton in different areas of Jiangmen River Basin浮游动物各季节平均密度存在显著性差异 (F=3.186, P=0.037)，整体表现为春季 (3 575 个·L−1) >冬季 (1 358 个·L−1) >秋季 (853 个·L−1) >夏季 (820 个·L−1)。浮游动物各季节密度在区域方面也表现为一致规律 (仅银洲湖夏季比秋季密度略高)。原生动物平均密度各区域均是春季最多；轮虫平均密度均是秋季最多，银洲湖除外 (夏季最多)；枝角类、桡足类年平均密度均是冬季最多，潭江的桡足类除外 (夏季最多，表1)。
浮游动物各季节平均生物量差异不显著 (F=0.355, P=0.786)，表现为秋季 (1.00 mg·L−1) >冬季 (0.87 mg·L−1) >春季 (0.74 mg·L−1) >夏季 (0.61 mg·L−1)。浮游动物各季节生物量在区域方面也各有特点，潭江浮游动物各季节平均生物量差异不显著 (F=1.097, P=0.405)，秋季 (2.37 mg·L−1) >春季 (1.71 mg·L−1) >夏季 (1.13 mg·L−1) >冬季 (1.11 mg·L−1)；银洲湖浮游动物各季节平均生物量差异也不显著 (F=1.048, P=0.423)，冬季 (0.87 mg·L−1) >夏季 (0.64 mg·L−1) >秋季 (0.50 mg·L−1) >春季 (0.41 mg·L−1)；而西江的浮游动物各季节平均生物量差异极显著 (F=34.186, P<0.001)，冬季 (0.63 mg·L−1) >秋季 (0.14 mg·L−1) >春季 (0.10 mg·L−1) >夏季 (0.05 mg·L−1)。原生动物平均密度各区域均是春季最高；轮虫平均密度是潭江秋季最高，银洲湖和西江则是夏季最高；枝角类和桡足类年平均密度均是冬季最高，枝角类银洲湖是秋季最高，桡足类潭江是春季最高 (表2)。
表 2 江门流域不同季节浮游动物及各类群的密度和生物量Table 2 Seasonal variation of density and biomass of zooplankton and their taxas in Jiangmen River Basin季节
Season类群
Taxa密度 Density/(个·L−1) 生物量 Biomass/(mg·L−1) 潭江
TjR银洲湖
YzL西江
XjR江门流域
JmR潭江
TjR银洲湖
YzL西江
XjR江门流域
JmR春 Spring 原生动物 Protozoa 5 758.33 2 816.67 6 16.67 3 063.89 0.29 0.14 0.03 0.16 轮虫 Rotifera 1 125.00 33.33 8.33 388.89 0.45 0.03 0.01 0.16 枝角类 Cladocera 6.13 1.07 0.13 2.44 0.06 0.01 0.00 0.02 桡足类 Copepoda 278.83 61.40 12.47 117.57 0.91 0.22 0.05 0.40 浮游动物 Zooplankton 7 168.30 2 912.47 637.60 3 572.79 1.71 0.41 0.10 0.74 夏 Summer 原生动物 Protozoa 558.33 400.00 200.00 386.11 0.03 0.02 0.01 0.02 轮虫 Rotifera 833.33 383.33 50.00 422.22 1.02 0.45 0.03 0.50 枝角类 Cladocera 2.00 10.40 0.33 4.24 0.02 0.07 0.00 0.03 桡足类 Copepoda 8.33 12.07 0.60 7.00 0.07 0.10 0.01 0.06 浮游动物 Zooplankton 1 402.00 805.80 250.93 819.58 1.13 0.64 0.05 0.61 秋 Autumn 原生动物 Protozoa 166.67 391.67 191.67 250.00 0.01 0.02 0.01 0.01 轮虫 Rotifera 1 350.00 225.00 83.33 552.78 2.12 0.08 0.02 0.74 枝角类 Cladocera 9.58 7.92 1.77 6.42 0.12 0.08 0.02 0.07 桡足类 Copepoda 21.67 86.67 22.35 43.56 0.11 0.32 0.10 0.18 浮游动物 Zooplankton 1 547.92 711.25 299.12 852.76 2.37 0.50 0.14 1.00 冬 Winter 原生动物 Protozoa 1 137.50 1 258.33 470.83 955.56 0.06 0.06 0.03 0.05 轮虫 Rotifera 654.17 0.00 20.83 225.00 0.24 0.00 0.01 0.08 枝角类 Cladocera 42.52 10.42 10.65 21.20 0.28 0.07 0.07 0.14 桡足类 Copepoda 165.98 169.52 133.89 156.46 0.53 0.74 0.53 0.60 浮游动物 Zooplankton 2 000.17 1 438.28 636.21 1 358.22 1.11 0.87 0.63 0.87 各采样点浮游动物密度不存在显著差异 (F=1.546, P=0.188)，整体为331~4 696 个·L−1，而生物量在各采样点差异显著 (F=3.196, P=0.011)，整体为0.17~1.69 mg·L−1。浮游动物密度和生物量均表现为A1站点最高，A9站点最低；在区域方面，也表现为一致的规律，即浮游动物密度不存在显著差异 (F=2.305, P=0.156)，而生物量在各区域差异显著 (F=12.447, P=0.003)，潭江 (A1—A3) 从上游到下游依次降低，西江则刚好相反 (A9—A7)；银洲湖生物量中间位点A5最高，密度则是河口位点A6最高；银洲湖和西江密度和生物量整体表现为向河口的方向增加。无论是密度还是生物量均表现为潭江各站点>银洲湖各站点>西江各站点 (图5)。
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图 5 江门流域不同采样点浮游动物的密度和生物量Fig. 5 Density and biomass of zooplankton at different sampling sites of Jiangmen River Basin2.3 浮游动物的优势种
江门主要淡水流域浮游动物优势种共27种，全部是原生动物和轮虫，分别有15和12种 (表3)，潭江、银洲湖和西江浮游动物优势种分别为15、14和13种。没有任何一个种在各个区域全年均是优势种，裂痕龟纹轮虫 (Anuraeopsis fissa) 在潭江有3个季节成为种，王氏拟铃壳虫 (Tintinnopsis wangi) 在银洲湖和西江分别有3个季优势种。季节方面，夏季优势种最多 (14种)，其次依次是春季 (11种)、冬季 (10种) 和秋季 (9种)。从水体营养类型指示种来看，优势种中，富营养水体指示种均为轮虫，分别是曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)、螺形龟甲轮虫 (K. cochlearis)、无棘龟甲轮虫 (K. cochlearis tecta)、美洲龟甲轮虫 (K. americana)、镰状臂尾轮虫 (Brachionus falcatus)、角突臂尾轮虫 (B. angularis)、前节晶囊轮虫 (Asplanchna priodonta)、水轮虫 (Epiphanes sp.)、长肢多肢轮虫 (Polyarthra dolichoptera) 和懒轮虫 (Rotaria tardigrada)。优势种为富营养水体指示种仅分布在潭江和银洲湖，潭江在夏、秋、冬季均有分布，分别是秋、冬季各4种，夏季1种；银洲湖仅夏、秋季有分布，分别是7和4种。
表 3 各区域浮游动物优势种及优势度Table 3 Dominant species and dominance of zooplankton in different areas种类
Species春
Spring夏
Summer秋
Autumn冬
Winter指示种
Indicator species潭江
TjR银洲湖
YzL西江
XjR潭江
TjR银洲湖
YzL西江
XjR潭江
TjR银洲湖
YzL西江
XjR潭江
TjR银洲湖
YzL西江
XjR水体营养类型
Nutritional types
of water原生动物 Protozoa 雷殿拟铃壳虫 Tintinnopsis leidyi 0.41 长筒拟铃壳虫 T. longus 0.76 0.07 王氏拟铃壳虫 T. wangi 0.32 0.24 0.45 0.25 0.10 0.70 0.29 淡水薄铃虫 Leprotintinnus fluviatile 0.17 0.23 0.04 0.09 0.06 褐砂壳虫 Diffugia avellana 0.07 0.20 0.10 O 瓶砂壳虫 D. urceolata 0.02 O 球砂壳虫 D. globulosa 0.02 O 角甲藻 Ceratium hirundinella 0.06 0.03 0.15 0.04 尖尾裸藻 Euglena oxyuris 0.10 0.03 尾裸藻 E. caudata 0.04 棒形裸藻 E. clavata 0.03 长尾扁裸藻 Phacus longicauda 0.06 0.04 0.02 旋回侠盗虫 Strobilidum gyrans 0.09 O 单环桎纤毛虫 Didinium balhianii 0.03 钟虫 Vorticella sp. 0.15 轮虫 Rotifier 曲腿龟甲轮虫 Keratella valga 0.08 0.03 E 螺形龟甲轮虫 K. cochlearis 0.03 E 无棘龟甲轮虫 K. cochlearis tecta 0.02 0.08 E 美洲龟甲轮虫 K. americana 0.02 0.02 E 镰状臂尾轮虫 Brachionus falcatus 0.03 0.04 0.02 E 角突臂尾轮虫 B. angularis 0.05 E 罗氏异尾轮虫 Trichocerca rousseleti 0.09 0.04 0.06 O 裂痕龟纹轮虫 Anuraeopsis fissa 0.05 0.08 0.03 O 前节晶囊轮虫 Asplanchna priodonta 0.06 E 水轮虫 Epiphanes sp. 0.05 E 长肢多肢轮虫 Polyarthra dolichoptera 0.17 0.05 0.49 0.05 0.04 E 懒轮虫 Rotaria tardigrada 0.03 E 注：O. 寡营养型；E. 富营养型 Note: O. Oligotrophication; E. Eutrophication 2.4 浮游动物多样性指数和均匀度指数
各采样点的H'介于1.05~4.36，J'介于0.23~1.15 (图6)。H'<1.0表示水体重污染，1.0<H'<3.0表示水体中度污染，H'>3.0表示水体轻污染或无污染。J'小于0.3表示水体重污染，0.3<J'<0.5表示水体中度污染，0.5<J'<0.8表示水体轻污染或无污染。H'和J'均表明A3站点全年轻污染或无污染，其他站点均存在一定程度的污染。H'表明潭江 (A1—A3) 污染程度较低，仅A1和A2站点部分季节达到中度污染；银洲湖 (A4—A6) 和西江 (A7—A9) 污染较为严重，全年大部分站点均处于中度污染，A9更是全年均达到中度污染状态。银洲湖冬季和春季全部站点达到中度污染状态，其他季节仅个别站点达到污染级别；西江是夏季和春季全部站点、秋季2个站点达到中度污染状态，其他季节仅个别站点达到污染级别。J'表明潭江除了A1站点部分季节水体中污染或重污染外，其他站点全年水体轻污染或无污染；银洲湖和西江春季污染较为严重，所有调查站点都指示污染，银洲湖A6站点甚至达到重污染，其他季节仅有个别站点达到污染级别。
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图 6 江门流域各采样点浮游动物的生物多样性指数和物种均匀度指数Fig. 6 Shannon-Wiener index and Pielou evenness index of zooplankton at different sites in Jiangmen River Basin3. 讨论
本研究调查区域处于西珠江口内河区域，浮游动物组成以轮虫种类数最多，这一结果不仅与国内众多河流结果相似[20-22]，也与河口的研究一致[23-24]。在河流及河口生境中，轮虫通常占据浮游动物的主体部分，河流、河口的理化环境与水文条件波动较大，而轮虫为孤雌生殖，且个体小、繁殖快、生命周期短，能够在短时间内快速适应这种动态环境波动变化，成为这一区域的主要优势物种[20,23]。同时，本研究还发现了原产地为美洲的外来物种——美洲龟甲轮虫，该物种在我国华南地区3个省的湖泊或水库中均有检出，由于对这类小型生物通常缺少历史记录，对其扩散的时间和来源并不清楚[25]，该物种有何危害需要持续关注。
本研究结果表明大型浮游动物枝角类和桡足类的种类数较历史水平出现较显著下降，而小型浮游动物轮虫的种类数较历史水平出现较大幅度上升。20世纪80年代初期，珠江三角洲的大型浮游动物约75种[26-27]，2000年后下降到珠江八大内河口的45种[28]，2014—2015年进一步呈现下降趋势，磨刀门调查到的种类数为33~38种[29]，与本研究调查到的40种持平，说明目前大型浮游动物种类数仅为历史水平的一半左右。小型浮游动物轮虫在20世纪80年代初，珠江三角洲仅为38种[26]，2000年之后出现明显上升，2009—2010年仅磨刀门就高达56种[30]，2012年珠江三角洲河网调查为53种[31]，本研究又进一步升高，多达74种，也表明目前小型浮游动物轮虫的种类数达到了历史水平的2倍左右。这一升一降形成的原因主要有两方面：1) 轮虫适应力极强，能够快速应答水体环境和水文条件的改变，且生活史周期短，繁衍速度快[23]。珠江口水系不仅富营养化程度较以往明显增加，而且拦河筑坝也显著改变了下游的水文条件。研究表明，随着富营养化程度的增加，轮虫的食物来源更为丰富和多样，轮虫的丰度与水体的营养盐浓度呈正相关[32]。2) 过度捕捞和外来种的入侵，导致肉食性鱼类数量减少，同时间本项目组调查这一区域鱼类组成，优势鱼类是鲮 (Cirrhinus molitorella)、麦瑞加拉鲮 (C. mrigala，外来种)、罗非鱼 (外来种)、赤眼鳟(Squaliobarbus curriculus)、广东鲂 (Megalobrama hoffmanni)、多辐翼甲鲶 (Pterygoplichthys multiradiatus，俗称清道夫，外来种)、鲢 (Hypophthalmichthys molitrix) 和鳙 (H. nobilis) 等，这些鱼类大部分食性包含浮游动物，而鱼类在同等能量消耗下会优先选择捕食大个体的浮游动物[33]，从而直接导致大型浮游动物减少。由于鱼类控制大型浮游动物数量的下行效应，造成小型浮游动物轮虫和原生动物缺乏捕食者而出现大量繁殖。
与历史研究对比，浮游动物密度较历史水平显著增加，而生物量较历史水平显著减少。20世纪80年代初期，在珠江三角洲调查的浮游动物密度为107.19 个·L−1[26]；2000年后，珠江八大内河口的浮游动物密度为1.43~154.45 个·L−1[28]，变化不明显；2010年后呈现逐年显著增加趋势，2012年珠江三角洲河网浮游动物轮虫密度高达248.5 个·L−1[31]，2014—2015年在磨刀门调查的浮游动物密度为1501 个·L−1[29]，而本研究结果较2014—2015年进一步增加，达1651个·L−1，为历史水平的15倍之多。在20世纪80年代初，珠江三角洲浮游动物生物量为1.67 mg·L−1[26]，2000年后出现显著下降，珠江八大内河口的浮游动物生物量下降到仅为0.006 3~0.277 3 mg·L−1[28]；2010年后出现一定幅度的升高，2014—2015年在磨刀门调查的生物量升高至0.541 mg·L−1[29]，本研究结果较这一水平进一步增加，达0.80 mg·L−1。总体而言，目前浮游动物生物量仅为历史水平的一半，而密度显著增加，说明水体中大型浮游动物的个体数量较历史水平出现下降，而小型浮游动物的个体数量较历史水平出现上升。
优势种为富营养水体指示种仅西江全年没有分布，表明西江水质最好；潭江优势富营养指示种从夏季到冬季逐渐增加，银洲湖则刚好相反，冬季为0，这表明水体富营养化从夏季开始，并逐渐由银洲湖转移到上游的潭江，春季又恢复到无污染状态。冬季仅潭江有富营养水体指示种，这可能是枯水期造成上游水体流量大幅减小，而入河污染物持平，因此全年潭江水体受污染时间最长，银洲湖次之。银洲湖夏季富营养水体指示种远多于潭江，且全年远多于其他季节和区域，说明银洲湖夏季污染最为严重，原因可能是丰水期导致下游河口污染的聚集。整体而言，潭江污染最为严重，其次是银洲湖，西江水质最好。这一结果与理化数据刚好吻合，根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，潭江全年的溶解氧为4.03 mg·L−1，属于Ⅳ类水质，银洲湖全年的溶解氧为5.74 mg·L−1，属于Ⅲ类水质，西江全年的溶解氧为7.03 mg·L−1，属于Ⅱ类水质 (表1)。而根据H'和J'，潭江水质最好、西江次之、银洲湖最差。多样性指数与这两种方法的评价结果存在差异，这支持了水环境污染状况评价不能只采用某个标准，而应该整合多个标准综合分析，结果才能更准确、更客观[34]。这一结论也支持了麦戈等[35]的研究，其发现Shannon-Wiener浮游植物、浮游动物的多样性指数分析结果不能有效地反映珠江三角洲典型城市污染河道——佛山水道重污染区域的污染状况差异，所分析结果与实际污染状况有较大差距。因此仅仅依靠浮游动物多样性指数评价水质可能不够全面，需要结合水体理化指标等进行综合分析和评价。
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图 1 草鱼肝脏组织结构
注：a. 对照组草鱼肝脏 (400×)；b. 高糖组草鱼肝脏 (400×)；c. 对照组草鱼肝脏 (1 000×)；d. 高糖组草鱼肝脏 (1 000×)。
Figure 1. Tissue slices of liver of grass carp
Note: a. Liver of grass carp (400×); b. Liver in Group H of grass carp (400×); c. Liver in control group of grass carp (1 000×); d. Liver in Group H of grass carp (1 000×).
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图 2 草鱼中肠组织结构
注：a. 对照组草鱼中肠 (100×)；b. 高糖组草鱼中肠 (100×)；c. 对照组草鱼中肠 (400×)；d. 高糖组草鱼中肠 (400×)。
Figure 2. Tissue slices of midgut of grass carp
Note: a. Midgut in Control group grass carp (100 ×); b. Midgut in Group H of grass carp (100×); c. Midgut in control group of grass carp (400×); d. Midgut in Group H of grass carp (400×).
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图 3 高糖饲料对草鱼肠道组织绒毛高度、宽度和肌层厚度的影响
Figure 3. Effects of dietary carbohydrate on villus height, villus width and muscle layer thickness
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图 4 草鱼肝脏糖代谢相关基因的表达
注：方柱上的不同大写字母表示同一时间点高糖组、对照组的相对表达量差异显著，不同小写字母表示同一组在不同时间点的相对表达量差异显著 (P<0.05)。
Figure 4. Relative expression of genes related to liver glucose metabolism in grass carp
Note: Different uppercase letters on the square columns indicate significant differences in relative expression levels between the high glucose group and the control group at the same time point, while different lowercase letters on the square columns indicate significant differences in relative expression levels of the same group at different time points (P<0.05).
表 1 实验饲料配方及常规成分分析
Table 1 Formulation and proximate composition of diets
主要成分
Essential component普通饲料
Normal
diet/%高糖饲料
High-carbohydrate
diet/%鸡肉粉 Poultry meal 5 5 普通蒸汽级鱼粉 Ordinary fish meal 15 15 豆粕 Bean meal 33.57 33.57 木薯生淀粉 Raw cassava starch 15 40 豆油 Soybean oil 3 3 细统糠 Fine bran 25 0 多维多矿预混料① Premix (1%) 1 1 磷酸二氢钙 Ca(H2PO4)2 2 2 氯化胆碱 Choline chloride (50%) 0.2 0.2 食盐 Common salt 0.2 0.2 抗氧化剂 Antioxidant 0.03 0.03 合计 Total 100 100 营养成分 Nutritional ingredient 粗蛋白 Primary protein 28.55 28.55 粗脂肪 Crude fat 5.22 5.32 钙 Ca 1.35 1.35 磷 P 1.41 1.41 赖氨酸 Lys 1.83 1.83 蛋氨酸 Met 0.53 0.53 注：① 多维多矿预混料为商用预混料，由淮安市禾丰饲料有限公司提供。 Note: ① Multi-mineral premix is a commercial premix provided by Huai'an Hefeng Feed Co. Ltd.. 
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表 2 草鱼糖代谢相关基因 qRT-PCR 引物
Table 2 qRT-PCR primers of grass carp glycometabolism genes
基因
Gene引物序列 (5'—3')
Primer sequence (5'–3')GenBank 登录号
GenBank ID参考文献
Referencegk F: GGACAATGGTGAACTGGAGGACTTC
R: TAGCAGCACAAGACGCACAAGCGU065314 [19] pk F: GCCGAGAAAGTCTTCATCGCACAG
R: CGTCCAGAACCGCATTAGCCACJQ951928 [20] pepck F: ATCGTCACGGAGAACCAA
R: CCTGAACACCAAACTTAGCAJQ898294.1 [20] g6pase F: AAGGACAGCAGGTAGAAGAGG
R: ACGGAAAACAAGAAGAGCAGKY742725.1 gys2 F: CCTCCAGTAACAACTCACAACA
R: CAGATAGATTGGTGGTTACGCJQ792167 [19] fas F: GATGGGTCTAAGCCTGATGG
R: GACACCCTGTGGACATTGAGCMG241310 [19] β-actin F: GCTATGTGGCTCTTGACTTCG
R: GGGCACCTGAACCTCTCATTM25013.1 [21]
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表 3 高糖饲料对草鱼生长性能的影响
Table 3 Effects of dietary carbohydrate on growth performance of grass carp
项目
Item样本量/组
N/Group养殖时间
Culture time/d对照组
Control group高糖组
Group H初始体质量 Initial body mass/g 60 0 130.61±14.79 132.83±13.36 终末体质量 Final body mass/g 60 40 146.08±27.97 143.88±20.43 60 153.18±29.40 165.54±36.64* 80 168.71±36.73 195.53±48.70* 140 361.18±67.61 388.57±59.02** 体质量增长率 RF/% 60 40 109.98±15.64 110.18±9.33 60 121.24±4.21 133.28±4.09* 80 129.82±0.23 147.20±9.68* 140 271.78±13.07 297.51±15.85 体长 Body length/cm 60 40 20.74±1.29 20.13±1.05 60 20.34±1.21 20.75±1.41 80 21.21±1.71 21.58±2.16 140 29.27±0.82 29.22±1.09 体高 Body height/cm 60 40 4.90±0.37 4.96±0.37 60 4.88±0.44 5.20±0.51** 80 5.34±0.59 5.49±0.70 140 6.54±0.15 6.87±0.32** 肥满度 RF 60 40 1.61±0.13 1.76±0.32** 60 1.78±0.28 1.85±0.23 80 1.77±0.19 1.92±0.28** 140 1.48±0.13 1.72±0.17** 肝体比 RHI/% 30 40 1.94±0.47 2.19±0.62 60 1.68±0.61 2.14±0.60 80 2.17±0.27 2.29±0.49 140 1.23±0.24 1.39±0.14 脏体比 RVI/% 30 140 6.64±1.29 8.12±0.71** 肠系膜脂肪系数 RMFI/% 30 140 1.16±0.54 2.20±0.64** 空壳质量 WE/g 30 140 345.71±20.67 383.23±27.46** 注：*. 同一时期下高糖组与对照组相比差异显著 (P<0.05)；**. 差异极显著 (P<0.01)。后表同此。 Note: *. There are significant differences between the high glucose group and the control group during the same period (P<0.05); **. Extremely significant differences (P<0.01). The same case in the following table.
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表 4 高糖饲料对草鱼血糖、胰岛素、糖原的影响
Table 4 Effects of dietary carbohydrate on plasma glucose, insulin and glycogen of grass carp
项目
Item养殖时间
Culture time/d对照组
Control group高糖组
Group H血糖浓度 Blood glucose/(mmol·L−1) 40 10.95±0.99 10.99±1.17 60 11.46±2.15 13.65±1.63 80 9.77±1.77 10.79±1.78 140 13.39±0.63 12.78±1.00 胰岛素水平 Insulin level/(mIU·L−1) 140 9.23±1.18 10.31±1.17 肝糖原质量分数 Liver glycogen/(mg·g−1) 140 24.23±13.03 36.29±10.41* 肌糖原质量分数 Muscle glycogen/(mg·g−1) 140 0.15±0.06 0.24±0.08
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