Analysis of growth and development rules and growth curve fitting of Litopenaeus vannamei
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摘要:
该研究对不同生长发育时期凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)体质量和体长进行了测定，利用Logistic、Gompertz和Von Bertalanffy 3种非线性模型对凡纳滨对虾体质量和体长进行生长曲线拟合，并对体质量和体长的生长关系进行了分析。结果表明，3种曲线模型都能很好地模拟凡纳滨对虾体质量和体长的生长曲线，Gompertz模型模拟体质量生长曲线最优，拟合度R2=0.855，拐点在第169天，拐点体质量为16.81 g；Logistic模型模拟体长生长曲线最优，拟合度R2=0.917，拐点在第95天，拐点体长为74.44 mm；幂函数能很好地反映体质量和体长之间的关系，其拟合度R2=0.992。还计算了凡纳滨对虾体质量和体长的绝对生长率，分析了凡纳滨对虾生长发育规律，以期为凡纳滨对虾的养殖和选育提供基础资料。
Abstract:We measured the body weight and body length of Litopenaeus vannamei at different developmental stages by three kinds of nonlinear models (Logistic, Gompertz and Von Bertalanffy), and used the power function model to describe the relationship between body weight and body length. The results indicate that the three kinds of nonlinear models could fit the growth curves well. Gompertz model fit the growth curve of body weight best, and the fitting degree, inflection point of time and inflection point of body weight were 0.855, 169 d and 16.81 g, respectively. Logistic model fit the growth curve of body length best, and the fitting degree, inflection point of time and inflection point of body length were 0.917, 95 d and 74.44 mm, respectively. Power function model could fit the relationship between body weight and body length well, and the fitting degree was 0.992. We also calculated the absolute growth rate of body weight and body length, as well as analyzed growth and development rules of L. vannamei. The results provide references for selected breeding of L. vannamei.
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鱼粉是鳗鲡饲料中重要组成部分，不断攀升的鱼粉价格推高了鳗鱼养殖成本。同时，传统鳗鲡饲料配方中的高比例鱼粉也给养殖环境带来了很大的污染压力。因此，在保证鳗鲡正常生长的前提下，以廉价的动植物蛋白源替代昂贵的鱼粉既可以降低养殖成本[1]，也可以保护养殖资源环境。发酵豆粕作为新型植物蛋白源，具有促生长[2-3]和增强免疫功能[4]，价格优势使得其在养殖生产上得到了广泛的应用。国内部分厂家已将发酵豆粕应用于鳗鲡饲料，一般每吨饲料中添加发酵豆粕50 kg，即替代30 kg左右鱼粉，但使用效果褒贬不一，甚至有养殖者反映使用发酵豆粕后鳗鱼的体色不佳，而铜(Cu)等矿物元素是细胞色素氧化酶、酪氨酸酶和抗坏血酸氧化酶的成分，能够影响体表色素形成[20]。为此，笔者研究探讨了发酵豆粕部分替代鱼粉后对鳗鱼生长性能的影响，并从体内矿物元素的角度阐述发酵豆粕的使用对鳗鲡体色的影响，旨在确定发酵豆粕在鳗鱼饲料中的适宜用量，为鳗鱼饲料生产中多矿的使用提供科学依据。
1. 材料与方法
1.1 试验设计与饲料
试验所使用饲料中实用鳗鱼饲料和发酵豆粕均由东莞市银华生物科技有限公司提供，发酵豆粕商品名为普罗宝酶解蛋白粉。1#饲料为该公司常规饲料，不含发酵豆粕；2#饲料按每千克饲料添加200 g发酵豆粕，替代1#饲料中鱼粉使用量的20%，具体配方组成见表 1。试验共设5个组别，分别投喂由1#饲料和2#饲料按不同比例配合而成的饲料，具体比例为Ⅰ(全1#饲料)，Ⅱ(3 : 1)，Ⅲ(1 : 1)，Ⅳ(1 : 3)，Ⅴ(全2#饲料)。
表 1 饲料配方组成Table 1. Composition of experimental dietsg·kg-1 成分
ingredients对照组
control group
Ⅰ试验组 test group Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 发酵豆粕 fermented soybean meal 0 50 100 150 200 鱼粉 fish meal 600 570 540 510 480 膨化豆粕 extruded soybean meal 50 37.5 25 12.5 0 α淀粉 α-starch 250 250 250 250 250 酵母粉 yeast powder 30 26.5 23 19.5 16 蛋氨酸 Methionine 1 1.375 1.750 2.125 2.5 赖氨酸 Lysine 0 0.625 1.350 1.875 2.5 面粉 flour 64 59 54 49 44 鳗用多矿 mineral premix 5 5 5 5 5 鳗用多维 vitamin premix 2 2 2 2 2 营养组成 proximate composition 干物质/% dry matter 92.09 92.06 92.04 92.01 91.98 灰分/% crude ash 9.81 9.64 9.48 9.31 9.14 粗蛋白/% crude protein 46.03 46.02 46.01 46.00 45.98 粗脂肪/% crude lipid 7.13 6.99 6.84 6.70 6.55 注：Ⅱ组、Ⅲ组、Ⅳ组饲料配方和营养组成均为计算值
Note：Ingredients and composition of experimental dietsⅡ，Ⅲ and Ⅳ are calculated value.1.2 饲养管理
试验在东莞市银华生物科技有限公司清新鳗鱼养殖基地内进行。挑选30~40 g健康日本鳗鲡750尾，集中于池塘网箱内驯养1周，驯养期间投喂1#饲料。驯养后的鳗鱼平均体质量为(37.62±0.16)g，分成5个处理组，每个处理组3个重复，每个重复50尾鳗鱼。生长试验仍在池塘网箱内进行，罗茨鼓风机24 h不间断充氧，饲料与水按质量1 : 1比例拌成面团状投喂鳗鱼，每天饱食投喂2次，日投饵量为体质量的3%~5%。试验时间为2008年8月31日至2008年10月19日，共50 d。
1.3 生长指标测定
生长指标测定使用公式：
成活率(%)=100×试验末鳗鱼尾数/试验初鳗鱼尾数
相对增长率(%)=100×(Wt-W0)/W0
特定生长率(%)=100×(lnWt-lnW0)/t
饲料系数=F/(Wt-W0)
其中W0为每组鳗鱼初始体质量；Wt为每组鳗鱼终末体质量；t为代表养殖天数；F为消耗的饲料量。
1.4 矿物元素测定
试验结束后每个重复取3尾鳗鱼作为一个混合样，分析肌肉和皮肤中矿物元素，参考王友慧等[5]的方法进行样品前处理，委托中山大学检测中心测定肌肉中的钙(Ca)、Cu、钾(K)、磷(P)及皮肤中Cu元素质量分数，样品前处理后按GB/T 5009-2003提供的方法检测鱼体肌肉和皮肤矿物元素。
饲料中矿物元素委托华南植物研究所测试中心测定，样品经处理后采用等离子发射光谱仪optima 2000检测饲料中Ca、Cu、K、P、锰(Mn)、硼(B)、钠(Na)、铝(Al)、铁(Fe)和镁(Mg)。
1.5 数据处理
应用SPSS 10.0软件进行单尾方差分析和多重比较鳗鲡生长数据、肌肉和皮肤中矿物元素。
2. 结果与分析
2.1 对生长性能的影响
经过50 d的饲养，鳗鱼生长情况和饲料系数见表 2。发酵豆粕替代鱼粉后试验组鳗鱼增重率和特定生长率均高于对照组，且随着发酵豆粕替代鱼粉的比例升高，鳗鱼增重率和特定生长率呈先上升后下降的趋势，Ⅳ组(15%替代)最高；饲料系数则呈相反趋势，其中Ⅳ组(15%替代)饲料系数最低。发酵豆粕替代鳗鱼饲料中15%鱼粉组饲料系数与其他组的差异显著(P < 0.05)，但增长率、特定生长率与其他组的差异不显著(P>0.05)。
表 2 发酵豆粕不同比例替代鱼粉对鳗鱼生长的影响Table 2. Effects of replacement of FM by FSBM on growth performance生长指标 growth index 组别 group Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 初始质量/g IBW 38.07±0.47 38.00±2.82 36.80±1.60 37.07±0.70 36.73±1.64 终末质量/g FBW 81.40±0.50b 82.13±2.82b 80.87±0.67b 86.60±0.61a 80.00±0.53b 增重率/% WG 113.87±3.37 117.36±14.24 120.57±16.68 133.76±6.10 118.53±14.63 特定生长率/% SGR 1.52±0.03 1.55±0.13 1.58±0.15 1.70±0.05 1.56±0.13 饲料系数 FCR 1.51±0.02b 1.48±0.02b 1.49±0.11b 1.32±0.02a 1.51±0.07b 成活率/% survival 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 注：同一行中具不同上标字母者表示差异显著(P < 0.05)；后表同此
Note：Values with different superscripts in the same row are significantly different (P < 0.05)；The same case in the following tables.2.2 矿物元素的变化
发酵豆粕替代鳗鱼饲料中鱼粉使用量的20%后，鳗鱼饲料中的矿物元素情况见表 3。替代后2#饲料中的K、Fe和Mg元素质量分数比1#饲料的高，K元素增加幅度最大(28.01%)，Fe次之；而Ca、Cu、P、Mn、B、Na和Al质量分数降低，Al降低幅度最大(41.58%)，Cu次之(23.53%)。
表 3 发酵豆粕替代鱼粉后饲料中矿物元素Table 3. The mineral elements in fish diets矿物元素
mineral element饲料 diets 变化幅度/%
variation range1# 2# w(钙)/g·kg-1 Ca 29.337 25.236 -13.98 w(磷)/g·kg-1 P 17.955 16.190 -9.83 w(钾)/g·kg-1 K 7.684 9.836 28.01 w(钠)/g·kg-1 Na 6.620 5.823 -12.04 w(镁)/g·kg-1 Mg 2.000 2.086 4.30 w(铝)/g·kg-1 Al 0.101 0.059 -41.58 w(铁)/g·kg-1 Fe 0.461 0.504 9.32 w(锰)/mg·kg-1 Mn 27.74 27.83 0.36 w(硼)/mg·kg-1 B 11.392 8.675 -18.18 w(铜)/mg·kg-1 Cu 6.530 5.286 -23.53 发酵豆粕替代鳗鱼饲料中鱼粉后，鳗鱼肌肉和皮肤内的矿物元素情况见表 4。试验组鳗鱼肌肉和皮肤内的Ca、Cu、K、P元素与对照组相比均有所下降(除Ⅳ组的K、P元素外)，其中肌肉和皮肤中的Cu元素变化最明显，对照组显著高于试验组(P < 0.05)。
表 4 发酵豆粕替代鱼粉后对鳗鱼肌肉和皮肤内矿物元素的影响Table 4. Effects of replacement of FM by FSBM on mineral elements in fish muscle and skinμg·kg-1 组别
group肌肉 muscle 皮肤 skin w(钙)Ca w(钾)K w(磷)P w(铜)Cu w(铜) Cu Ⅰ 903.33±94.96a 7 490.00±213.78a 6 600.00±182.48a 1.16±0.34a 5.28±2.36a Ⅱ 669.33±145.22a 7 273.33±317.86a 6 600.00±177.86a 0.67±0.14bc 1.85±0.37b Ⅲ 867.33±341.38a 7 340.00±561.52a 6 493.33±312.14a 0.98±0.16ab 2.61±0.60b Ⅳ 900.33±99.16a 7 480.00±242.69a 6 446.67±174.73a 0.78±0.13bc 1.54±0.07b Ⅴ 689.00±106.61a 7 342.00±366.96a 6 326.67±369.10a 0.57±0.22c 2.21±0.07b 3. 讨论
3.1 发酵豆粕替代鱼粉的适宜用量
发酵豆粕是利用现代生物工程发酵技术，以优质豆粕为主要原料，将大豆蛋白降解为小分子蛋白、小肽、游离氨基酸和未知生长因子(UGF)等物质，同时有效地去除豆粕中多种抗营养因子，使豆粕中原来不能消化的多糖变得可消化、吸收和利用[6-7]，发酵豆粕还具有增强水产动物非特异性免疫力[3]和提高消化酶活性的功能[8]。现有的研究表明，不同品种的水产动物饲料中发酵豆粕替代鱼粉的适宜比例不尽相同[9-13]，生产中添加量一般为5%~15%。笔者试验以发酵豆粕替代鳗鱼饲料中0、5%、10%、15%和20%的鱼粉，从结果上看，尽管各组间增重率和特定生长率差异不显著，但随着发酵豆粕替代鱼粉比例的升高，增重率和特定生长率呈先升高后下降的趋势，15%组获得了最佳生长效果，且其饲料系数显著低于其他组别，表明发酵豆粕替代鳗鱼日粮中的鱼粉的合适比例应为15%左右(即适宜添加量为15%，150 kg·t-1)。但从生长效果比较来看，2#饲料的增重率、特定生长速度均大于1#饲料，而饲料系数相同，所以，从节约鱼粉使用量、保护养殖资源角度来看，在鳗鱼饲料配方中可以使用20%发酵豆粕，从而降低20%鱼粉的使用量。
3.2 发酵豆粕替代鱼粉对矿物元素的影响
矿物元素是鱼体的重要组成部分，与物质代谢、渗透调节等生理过程有着密切的关系[14]。饲料中缺乏矿物元素或量不足，鱼类会出现生长缓慢、贫血、皮肤及鳍发炎、糜烂，死亡率高等症状[15-16]。动物蛋白与植物蛋白在能量、必需氨基酸、矿物元素上都具有较大的营养差异。试验结果显示，发酵豆粕替代鳗鱼饲料中的鱼粉后，饲料中绝大部分矿物元素都发生了变化，按变化幅度大小排列顺序为Al>K>Cu>B>Ca>Na>P>Fe。尽管发酵豆粕替代鱼粉后饲料中的K、Cu、Ca和P元素都发生了变化，但各替代组(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ组)鳗鱼肌肉、皮肤中K、Ca和P与对照组(Ⅰ组)的差异并不显著(P>0.05)，而Cu的差异显著(P < 0.05)。
鳗鲡对矿物质的需要量比一般鱼类要高[17]，对Cu的需求量为5 mg·kg-1，鳗鱼饲料中Cu推荐添加量为15 mg·kg-1[18]。从笔者试验结果看，发酵豆粕替代20%鱼粉后鳗鱼饲料中Cu的质量分数仍可满足鳗鱼生长需求，但替代组与对照组鳗鱼肌肉和皮肤中的Cu却出现了显著差异，其原因可能有2种：1)直接原因。发酵豆粕中Cu的质量分数低于鱼粉，从而使得鳗鱼肌肉和皮肤中Cu质量分数降低；2)间接原因。作为植物蛋白，发酵豆粕中仍然存在一部分植酸等抗营养因子，从而影响到Cu元素的吸收[19]。尽管试验结果并未显示矿物元素的差异影响到鳗鱼的生长，但矿物元素影响鱼体生长发育、机体免疫力及产品品质，如Cu元素是细胞色素氧化酶、酪氨酸酶和抗坏血酸氧化酶的成分，具有影响体表色素形成，骨骼发育和生殖系统的功能[20]，这可能是部分养殖者反应发酵豆粕替代鱼粉后鳗鱼体色不好的主要原因。因此，发酵豆粕替代鱼粉后饲料配方中的矿物元素要做相应的调整，但如何调整还有待进一步研究。
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图 1 凡纳滨对虾体质量和体长的累积生长曲线(n=250)
Figure 1. Cumulative growth curve of body weight and body length of L. vannamei
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图 2 凡纳滨对虾体质量和体长每10天的绝对生长率
Figure 2. Absolute growth curve of body weight and body length of L. vannamei per 10 d
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图 3 凡纳滨对虾实际生长曲线与3种模型拟合生长结果的比较
Figure 3. Comparison between actual growth curve and three fitting curve models of L. vannamei
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图 4 凡纳滨对虾体质量和体长之间的散点图(n=2 700)
Figure 4. Scatter diagram of body weight and body length of L. vannamei
表 1 3种生长曲线模型
Table 1 Three kinds of growth curve models
模型
model表达式
expression拐点
(t，y)inflection pointLogistic y=A/[1+B*EXP(-K*t)] lnB/K，A/2 Gompertz y=A*EXP[-B*EXP(-K*t)] lnB/K，A/e Von Bertalanffy y=A[1-B*EXP(-K*t)]3 ln3B/K，8A/27 注： A为生长极限；B为参数；K为瞬时生长速率；t为自变量时间(d)
Note： A is growth limitation；B is parameter；K is instantaneous growth rate；t is time.
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表 2 凡纳滨对虾不同时期性状的统计量(n=270)
Table 2 Statistics of traits of L. vannamei at different developmental stages
性状
trait参数
parameter测量时间/d measurement time 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 体质量/g body weight 平均值Mean 0.85 1.34 1.90 2.56 3.85 5.41 6.73 8.37 9.92 12.28 标准差StDev 0.22 0.32 0.49 0.70 1.14 1.51 1.77 1.85 2.45 2.49 体长/mm body length 平均值Mean 44.14 51.33 57.02 64.22 72.86 81.55 87.29 95.04 101.18 108.40 标准差StDev 3.75 4.28 4.96 5.91 6.77 7.19 7.18 6.44 7.85 6.75
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表 3 3种模型模拟凡纳滨对虾体质量和体长生长曲线的拟合参数和拟合度
Table 3 Fitting degree and parameters of three fitting curve models of body weight and body length of L. vannamei
性状
trait模型
model拟合参数fitting parameter R2 拐点(t，y)
inflection pointA B K 体质量/g body weight Logistic 18.991 133.231 0.039 0.854 3 125.44，9.50 Gompertz 45.705 7.553 0.012 0.855 0 168.50，16.81 Von Bertalanffy 246.800 1.013 0.003 0.855 0 370.51，73.13 体长/mm body length Logistic 148.886 6.613 0.020 0.917 0 94.45，74.44 Gompertz 194.204 2.508 0.010 0.916 8 91.95，71.44 Von Bertalanffy 234.866 0.611 0.007 0.916 7 86.56，69.59
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表 4 凡纳滨对虾体质量和体长拟合的参数
Table 4 Fitting parameters of body weight and body length of L. vannamei
参数parameter 估计estimate 标准误S.E. 95%置信区间95% confidence interval A 9.108E-06 0.000 8.558E-06~9.659E-06 B 3.012 0.007 2.999~3.025 R2 0.992
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表 5 凡纳滨对虾体质量和体长实际测量值和拟合曲线估计值的比较
Table 5 Comparison between measured values and estimated values of three fitting curves for body weight and body length of L. vannamei
性状
trait模型
model测量时间/d measurement time 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 体质量/g body weight 测量值 0.85 1.34 1.90 2.56 3.85 5.41 6.73 8.37 9.92 12.28 Logistic 0.95 1.37 1.95 2.74 3.78 5.10 6.67 8.44 10.28 12.06 Gompertz 0.79 1.27 1.93 2.80 3.88 5.17 6.67 8.35 10.19 12.14 Von Bertalanffy 0.73 1.25 1.95 2.84 3.91 5.18 6.65 8.31 10.16 12.19 体长/mm body length 测量值 44.14 51.33 57.02 64.22 72.86 81.55 87.29 95.04 101.18 108.40 Logistic 44.07 50.67 57.71 65.09 72.65 80.25 87.74 94.95 101.77 108.10 Gompertz 43.78 50.74 57.95 65.32 72.75 80.18 87.51 94.70 101.67 108.40 Von Bertalanffy 43.69 50.78 58.04 65.39 72.77 80.14 87.43 94.61 101.65 108.50
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