《Aquaculture Reports》：Regulatory effects of different light spectra on growth, immunity, and intestinal health of mandarin fish (
Siniperca chuatsi) in recirculating aquaculture systems
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光光谱是循环水养殖系统（recirculating aquaculture systems, RAS）中的重要环境因子。为研究长期光谱暴露对自行设计的RAS中鳜鱼（*Siniperca chuatsi*）生长、免疫及肠道健康的影响，研究人员设置了六种光处理（红
光光谱是循环水养殖系统（recirculating aquaculture systems, RAS）中的重要环境因子。为研究长期光谱暴露对自行设计的RAS中鳜鱼（*Siniperca chuatsi*）生长、免疫及肠道健康的影响，研究人员设置了六种光处理（红光，RL；黄光，YL；绿光，GL；蓝光，BL；全光谱白光，WL；黑暗，DA），持续56天。结果显示，YL和WL显著增加了体重增长率，而BL抑制了生长和存活率并降低了饲料利用率。YL和WL组的血清葡萄糖和白蛋白水平较高，BL组皮质醇水平升高。GL组表现出最高的总超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase, T-SOD）活性和最低的丙二醛（malondialdehyde, MDA）水平，而RL和BL组MDA水平升高。YL组肠道淀粉酶和蛋白酶活性最高。组织学检查显示，BL组肝细胞空泡化程度最高，YL组肠壁厚度和绒毛长度最大。RL、BL、WL和DA组的肠道α多样性较高，而YL、GL和BL组中Fusobacteriota和Cetobacterium丰度增加，Bacillota和Mesomycoplasma丰度降低。qPCR结果显示，与DA组相比，WL组促炎细胞因子表达上调，所有光照组脂质代谢相关基因均上调。肝脏代谢组学分析显示，YL与BL之间存在179种差异代谢物，富集于辅因子生物合成（Biosynthesis of cofactors）、ABC转运蛋白（ABC transporters）和核苷酸代谢（Nucleotide metabolism）通路。综上所述，YL和WL促进了生长、抗氧化能力、免疫及肠道形态发育，而BL和RL则诱导应激并抑制生长。因此，黄光或白光被推荐为RAS中鳜鱼的首选光照方案。
近年来，循环水养殖系统（recirculating aquaculture systems, RAS）的快速发展推动水产养殖业向高密度集约化、高效水循环和全年稳定产出方向转型升级。然而，在该养殖模式下，鱼类长期暴露于人工光源，失去了自然昼夜光波动和季节性光谱变化。目前RAS中的光管理主要聚焦于光强度和光周期的调控，而对光谱组成的科学优化长期忽视，这可能导致鱼类摄食节律紊乱、代谢性肝病发生率增加、肠道菌群失调及免疫力下降等一系列问题。光谱作为水环境中最重要的物理因子之一，对鱼类生长发育、生理代谢、免疫功能和行为表现产生广泛而深刻的影响。不同鱼类对光谱的响应存在明显的种属特异性，例如虹鳟（*Oncorhynchus mykiss*）在红光下生长性能显著提升，而蓝光可降低应激水平；大菱鲆（*Scophthalmus maximus*）幼鱼长期暴露于长波长光（红光和橙光）会诱导显著应激反应，表现为热休克蛋白70（heat shock protein 70, HSP70）等应激基因上调和抗氧化酶活性抑制。鳜鱼（*Siniperca chuatsi*）是东亚地区最具商业价值的淡水鱼类之一，2024年中国养殖产量达539,800吨，产值超过200亿元人民币。近年来，配合饲料技术的突破推动了鳜鱼RAS养殖的快速发展，但已有研究主要关注光强度或光周期对鳜鱼的影响，关于长期光谱干预对鳜鱼生长、免疫和肠道健康的系统性整合研究仍然缺乏。为此，研究人员在自行设计的RAS中开展了一项为期56天的实验，将鳜鱼暴露于红光（red light, RL）、黄光（yellow light, YL）、绿光（green light, GL）、蓝光（blue light, BL）、全光谱白光（white light, WL）和完全黑暗（darkness, DA）六种光谱条件下，系统评估了不同光谱对生长性能、血清免疫指标、肝脏抗氧化酶活性、肠道消化酶活性、肠道组织形态、肠道微生物组成及相关基因表达的影响，并进一步通过代谢组学分析揭示黄光和蓝光处理间的代谢差异。
研究人员从湖州本奥农业发展有限公司购买鳜鱼，经过七天检疫期后，选取540尾健康个体（体重27.19±0.03 g）进行正式实验。实验在六套自设计的RAS中进行，每套系统包含三个养殖缸和一个水处理单元，养殖缸为圆柱形（直径1.00 m，水深0.60 m），LED光源置于水面以上0.50 m处，每个缸周围设置遮光帘。六种光处理设置为：RL（峰值波长637 nm）、YL（590 nm）、GL（518 nm）、BL（465 nm）、WL（447 nm）和DA。实验期间光强设定为200±50 lx，光周期为12 L:12D。鱼每日投喂商业膨化饲料（揭达，广东；粗蛋白54.25%，粗脂10.47%），日投喂率约为体重的2.5%，每周根据体重变化调整。养殖水温维持在25±1℃，溶氧>7.0 mg/L，pH 7.3–7.6，氨氮<0.1 mg/L，亚硝酸盐氮<0.02 mg/L。样品采集涵盖血液、肝脏、肠道和全鱼体成分。主要技术方法包括：血清生化指标测定（采用南京建成生物工程研究所试剂盒）；肝脏抗氧化酶活性测定（T-SOD、CAT、T-AOC和MDA）；肠道消化酶活性测定；肝脏和肠道组织的苏木精-伊红（hematoxylin and eosin, H&E）染色组织学观察；肠道内容物16S rRNA基因V3-V4区高通量测序（Illumina PE250平台）；肝脏免疫和脂质代谢相关基因的实时荧光定量PCR（quantitative real-time PCR, qRT-PCR）分析（以RPL13A为内参基因）；以及YL和BL组肝脏样本的液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）非靶向代谢组学分析。数据采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA），并以Duncan氏多重比较检验组间差异，显著性阈值设为P<0.05。
3.1 不同光谱下的生长和形态参数
通过56天养殖实验记录生长指标发现，YL和WL组的增重率（weight gain rate, WGR）和特定生长率（specific growth rate, SGR）显著高于其他组（P<0.05）。BL组终末体重、WGR和SGR均为最低，饲料转化率（feed conversion ratio, FCR）显著高于YL、WL和DA组（P<0.05），存活率（survival rate, SR）也显著低于YL组（P<0.05）。GL和BL组的脏体指数（viscerosomatic index, VSI）显著低于其他组（P<0.05）。各组间肥满度（condition factor, CF）和肝体指数（hepatosomatic index, HSI）无显著差异。
3.2 不同光谱下的血清生化指标
血清生化分析显示，YL、BL和WL组葡萄糖水平显著高于DA组（P<0.05）。BL组皮质醇水平显著高于RL和YL组（P<0.05）。YL和WL组白蛋白含量显著高于RL组（P<0.05）。YL组碱性磷酸酶活性显著高于RL、GL和DA组（P<0.05）。DA组天冬氨酸氨基转移酶活性显著低于所有光照组（P<0.05）。各组间溶菌酶和丙氨酸氨基转移酶活性无显著差异。
3.3 不同光谱下的全鱼体营养组成
全鱼体成分分析结果表明，YL和WL组水分含量显著低于RL、GL和BL组（P<0.05）。YL组粗脂含量显著高于所有其他组（P<0.05）。各组间粗蛋白和灰分含量无显著差异。
3.4 不同光谱下的肝脏和肠道组织学
肝脏组织学观察显示，所有组肝细胞均未见明显病理变化，但BL组肝细胞脂质空泡化率显著高于其他组（P<0.05），GL组最低。肠道组织学观察显示，YL组肠壁厚度显著大于其他组（P<0.05），且YL、GL和WL组肠道绒毛长度显著长于RL和BL组（P<0.05）。
3.5 不同光谱下的肝脏抗氧化酶活性
肝脏抗氧化指标测定显示，YL、GL、WL和DA组总抗氧化能力（total antioxidant capacity, T-AOC）显著高于RL和BL组（P<0.05）。RL、YL和WL组过氧化氢酶（catalase, CAT）活性显著高于BL组（P<0.05）。与DA组相比，RL和BL组丙二醛（malondialdehyde, MDA）水平显著升高（P<0.05），而GL组MDA水平显著降低（P<0.05）。GL组总超氧化物歧化酶（total superoxide dismutase, T-SOD）活性显著高于RL和DA组（P<0.05）。
3.6 不同光谱下的肠道消化酶活性
肠道消化酶活性测定显示，YL组淀粉酶和蛋白酶活性均为最高（P<0.05），而BL组蛋白酶活性最低（P<0.05）。RL和BL组脂肪酶活性显著高于其他组（P<0.05）。
3.7 不同光谱下的肠道菌群变化
16S rRNA基因测序分析显示，各组覆盖率指数均为1，测序深度满足后续分析要求。在α多样性方面，RL、BL、WL和DA组的Ace、Chao、Sobs和Shannon指数显著高于YL和GL组（P<0.05），而YL和GL组Simpson指数显著高于其他四组（P<0.05）。在门水平上，六组优势菌门基本一致，主要为Fusobacteriota、Bacillota和Pseudomonadota。与RL、WL和DA组相比，YL、GL和BL组中Fusobacteriota相对丰度显著增加，而Bacillota相对丰度显著降低。在属水平上，六组优势菌属为Cetobacterium和Mesomycoplasma，YL、GL和BL组中Cetobacterium丰度显著增加，而Mesomycoplasma丰度显著降低。
3.8 不同光谱下的基因表达
肝脏免疫相关基因表达分析显示，WL组肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor alpha, TNFα）表达水平显著高于BL和DA组（P<0.05）。WL组主要组织相容性复合体Ⅱ（major histocompatibility complex Ⅱ, MHC Ⅱ）和白细胞介素-6信号转导因子（interleukin-6 signal transducer, IL-6ST）表达水平显著高于其他组（P<0.05）。BL组白细胞介素-8（interleukin-8, IL-8）表达水平显著高于其他组（P<0.05）。与YL、BL和DA组相比，RL、GL和WL组干扰素诱导蛋白35（interferon-induced protein 35, IFP35）和核因子κB p65亚基（p65 subunit of nuclear factor kappa-B, p65-NF-κB）表达水平显著升高（P<0.05）。脂质代谢相关基因表达分析显示，与DA组相比，RL、BL和WL组脂肪酸合酶（fatty acid synthase, FAS）表达水平显著升高（P<0.05），RL、YL、BL和WL组乙酰辅酶A羧化酶α（acetyl-CoA carboxylase alpha, ACCα）表达水平显著升高（P<0.05），各组间激素敏感性脂肪酶（hormone-sensitive lipase, HSL）表达水平无显著差异。
3.9 不同光谱下的代谢物变化
基于生长和生理指标的显著差异，研究人员选取YL和BL组肝脏样本进行代谢组学分析。偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis, PLS-DA）显示两组样本点明显分离，表明代谢谱存在显著差异。火山图分析共鉴定出179种差异代谢物，其中在YL中显著上调69种、下调110种。上调代谢物主要富集于脂质及类脂分子（17种）和有机酸及其衍生物（10种），下调代谢物主要集中于有机氧化合物（30种）和苯丙素类及聚酮类化合物（23种）。KEGG通路富集分析显示，差异代谢物显著富集于“辅因子生物合成”、“ABC转运蛋白”、“核苷酸代谢”和“半乳糖代谢”等通路。
讨论部分指出，光谱对鱼类生长的影响具有显著的种属特异性。YL在本研究中表现出最佳生长性能，与鳜鱼对长波长光的行为偏好高度一致；而BL导致生长抑制，反映出鳜鱼对短波长环境适应性较差。BL组皮质醇水平显著升高伴随高血糖，呈现典型的应激协同模式，表明蓝光可能诱发慢性应激。YL和WL的高血糖更可能归因于摄食活动和能量代谢增强，而非病理性应激。GL组表现出最高的T-SOD活性和最低的MDA水平，显示强抗氧化潜力；RL和BL则导致不同程度的氧化应激。肠道组织学方面，YL组具备最大的肠壁厚度和绒毛长度，与最高的消化酶活性和最佳生长性能形成完整证据链。肠道菌群分析揭示，YL组在富集有益菌Cetobacterium的同时降低条件致病菌Mesomycoplasma丰度，为生长优势提供了微生态基础。值得注意的是，BL组虽然Cetobacterium丰度也增加，但表现出明显的肝细胞空泡化和肠道绒毛缩短，可能与蓝光诱导的系统性氧化应激增加肠道通透性，内毒素进入肝脏抵消部分有益菌效应有关。此外，YL组全鱼体粗脂含量显著升高，研究人员将其归因于底物供应、吸收效率和微生物代谢三个层面的协同整合。代谢组学结果提示，BL可能通过影响辅因子供给、干扰跨膜营养物质转运和半乳糖代谢，导致下游代谢网络无法将脂质导向有效储存，从而造成代谢紊乱和肝脏损伤。
本研究系统评估了长期光谱暴露对RAS中鳜鱼生长、免疫和肠道健康的影响。结果表明，黄光和白色光显著促进了生长、饲料利用、肠道形态和免疫功能，而蓝光和红光诱导应激并抑制生长。绿光表现出最强的抗氧化和保肝效应。此外，YL、GL和BL组肠道Fusobacteriota/Cetobacterium丰度增加，Bacillota/Mesomycoplasma丰度减少，以及YL与BL间差异代谢物富集于辅因子生物合成、ABC转运蛋白和核苷酸代谢通路，表明光谱效应重塑了肠道菌群和代谢途径。因此，黄光或白光被推荐为RAS中鳜鱼的首选光照方案。
