光周期调控缢蛏摄食代谢与肠道菌群促进生长的机制研究及其在水产养殖中的应用

本研究针对工厂化养殖中光周期调控对缢蛏(Sinonovacula constricta)生长影响机制不明的问题，通过设置5种光周期(12D:12?L至20D:4?L)和4个授时因子时间点，系统分析了摄食率(FR)、消化酶活性(AMS/PEP/LPS)及相关基因表达、肠道菌群结构和生长性能的变化。结果表明18D:6?L光周期下缢蛏表现出最高的壳长增长率(LGR)、增重率(WGR)和特定生长率(SGR)，且夜间ZT12-20时段(20:00-4:00)生理活动最活跃。16S rRNA测序显示该条件下肠道菌群多样性和促生长菌群丰度更高。研究为优化缢蛏工厂化养殖的光照管理和投喂策略提供了重要理论依据。

　　

在蓝色农业蓬勃发展的今天，水产养殖业的精细化管理和可持续发展正面临新的挑战。作为我国重要的经济贝类，缢蛏（Sinonovacula constricta）的养殖模式逐渐从传统的滩涂养殖向工厂化养殖转变。然而，在室内可控环境中，如何通过优化环境因子来提高养殖效益，仍是亟待解决的问题。光照作为最重要的环境因子之一，通过光周期（昼夜时长比例）影响着水生生物的生理节律和行为模式。以往的研究表明，光周期能调控鱼、虾、蟹等水生动物的摄食、消化和生长性能，但关于贝类特别是缢蛏的相关研究却十分缺乏。在实际养殖中，投喂时间往往根据人工作息而非贝类的生理节律来安排，这可能导致饲料利用效率低下和生长受限。因此，探究光周期对缢蛏摄食行为、消化代谢、肠道菌群及生长的综合影响，不仅具有重要的理论价值，也对指导工厂化养殖实践具有现实意义。

为了系统揭示光周期对缢蛏生理生态的调控机制，研究人员开展了多角度的实验研究。他们采用了五种不同的光周期处理（12D:12?L、14D:10?L、16D:8?L、18D:6?L和20D:4?L），并在四个关键时间点（ZT0/08:00、ZT6/14:00、ZT12/20:00、ZT18/02:00）采样分析。实验样本来自宁波商业养殖场的一龄缢蛏（壳长57.4±4.1?mm）和宁波海洋与渔业科技创新基地的幼蛏（4月龄，壳长18.62±1.76?mm）。研究通过测定氧消耗率(OCR)和氨排泄率(AER)评估代谢活性，通过藻细胞计数法测定摄食率(FR)，采用生化试剂盒分析消化酶（α-淀粉酶AMS、胃蛋白酶PEP、脂肪酶LPS）活性，通过qRT-PCR检测消化酶相关基因（AMS、PEP、LPS）表达，开展60天的生长实验测量壳长增长率(LGR)、增重率(WGR)和特定生长率(SGR)，并基于16S rRNA基因扩增子测序分析肠道菌群结构和功能预测。

3.1. 氧消耗率和氨排泄率分析

结果显示，缢蛏的氧消耗率(OCR)在黑暗期间显著高于光照期，在各光周期下均于ZT18-20时段达到峰值。其中12D:12?L光周期下的OCR显著高于18D:6?L组。氨排泄率(AER)同样在黑暗期较高，在ZT18-20时段达到最高值，且随黑暗时间延长有升高趋势，但各组间无显著差异。这表明缢蛏的代谢活动在黑暗期更为活跃，特别是ZT18-20时段。

3.2. 摄食率分析

摄食率(FR)在不同时段存在显著差异，黑暗期显著高于光照期。在12D:12?L、14D:10?L和16D:8?L组中，ZT18-20时段的FR最高；在18D:6?L组中，FR在ZT0-2和ZT18-20出现高峰。整体而言，16D:8?L和20D:4?L组的平均黑暗期FR显著高于12D:12?L和14D:10?L组。这表明延长黑暗时间能提高缢蛏的摄食率。

3.3. 消化酶活性分析

消化酶活性分析显示，AMS和LPS活性在黑暗期高于光照期。在18D:6?L光周期下，三种消化酶活性在不同时段差异最显著，均在ZT12或ZT18达到峰值。平均黑暗期酶活性分析表明，AMS活性在18D:6?L组最高，显著高于14D:10?L、16D:8?L和20D:4?L组；LPS活性也在18D:6?L组最高。这表明18D:6?L光周期最有利于缢蛏的消化功能。

3.4. 消化酶相关基因表达分析

消化酶相关基因表达显示，AMS、PEP和LPS基因的表达水平均呈现黑暗期高于光照期的节律性变化模式。PEP基因表达在黑暗期显著高于光照期。平均黑暗期基因表达分析表明，AMS表达在14D:10?L组最高，LPS表达在16D:8?L组最高。这表明光周期通过调控消化酶基因表达来影响消化功能。

3.5. 生长分析

生长实验结果表明，18D:6?L组的最终壳长(32.94±2.66?mm)和湿重(2.55±0.57?g)均显著高于其他组。该组的壳长增长率(LGR, 76.95%)、增重率(WGR, 639.19%)和特定生长率(SGR)也显著最高。这表明18D:6?L光周期最有利于缢蛏生长。

3.6. 肠道菌群分析

肠道菌群分析显示，18D:6?L组的OTU数量最多(2464个)，其中1299个为该组特有。优势菌门包括Proteobacteria、Firmicutes、Spirochaetota和Bacteroidota，且在18D:6?L组丰度最高。α多样性分析表明18D:6?L组的Chao1指数、observed features和Shannon指数均最高。功能预测显示18D:6?L组肽聚糖生物合成与降解、淀粉和蔗糖代谢、糖酵解/糖异生等代谢通路丰度更高。在属水平上，Acinetobacter和Neptunomonas等益生菌在黑暗期丰度较高。

研究结论表明，18D:6?L的光周期最有利于缢蛏的生长性能，该条件下摄食率、消化酶活性及相关基因表达水平均较高，促进生长的益生菌丰度和肠道菌群多样性也更高。黑暗期特别是ZT12-20时段(20:00-4:00)是缢蛏生理代谢最活跃的时期。讨论部分强调，缢蛏作为夜行性动物，其生理活动和摄食行为在夜间更为旺盛，ZT18-20时段达到峰值。消化酶活性的节律性变化先于摄食高峰，可能是为即将到来的摄食活动做准备。较高的肠道菌群多样性有利于维持肠道稳定和功能，减少免疫能量消耗，将更多能量用于生长发育。研究结果对缢蛏工厂化养殖具有重要指导意义：通过控制光周期为18D:6?L并在夜间20:00-4:00增加投喂量，可有效提高缢蛏的摄食效率和生长速度，从而提升养殖产量和经济效益。该研究为贝类精准养殖提供了重要的理论依据和实践指导，对推动水产养殖业的可持续发展具有重要意义。