池塘養殖是我國水產養殖的主要形式和水產品供應的重要來源，但多數養殖場采取傳統的生產方式，其粗放生產、水資源浪費、養殖污染等問題嚴重制約了池塘養殖業的發展。池塘內循環流水養殖是通過對傳統養殖池塘進行工程化改造，建造流水槽設施，與外部生態粗放養殖區相結合的一種現代集約化水產養殖新模式,又稱流道養殖、跑道養殖和流水槽養殖等。現有研究表明，通過流水養殖、流水暫養等方式,可有效提升魚類生長速度及肌肉品質。而關于流水養殖對魚類生長和品質影響的內在機理研究還很少。

近期，中國水產科學研究院長江水產研究所何力研究員牽頭的淡水產品營養品質評價與質量控制創新團隊在環境因子對魚蝦類生理生化、生長及品質研究方面取得新進展。團隊通過組織學、生理生化、轉錄組學、腸道微生物組學分析，發現了流水養殖對魚類生長及品質影響的相關規律，明確了水體溶氧對蝦類生理生化影響的相關機理，揭示了流水及溶氧環境因子對魚蝦類不同組織的生理響應，并篩選鑒定出了對流水及溶氧顯著應答的基因和分子信號通路。

團隊在環境因子對魚類生長相關研究中發現，運動能顯著提升草魚幼魚的生長速率；同時運動能顯著誘導生長相關基因（如ghr、igf1和igf1r）的表達，并激活PI3K-Akt和mTOR信號通路進而促進魚類生長。該研究結果闡明了魚類在適度運動過程中發生的肝臟分子調節網絡和功能基因的變化。相關研究論文《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)》發表在JCR 1區期刊《Comparative Biochemistry and Physiology Part A-Molecular & Integrative Physiology》（IF = 2.32）上。

圖1. 轉錄組學分析草魚肝臟應對長期流水的分子響應

團隊在環境因子對魚類品質相關研究中發現，4周的流水養殖可顯著降低斑點叉尾鮰中C18: 1n9c含量，提升DGLA、ARA、DHA、Asp和Gly含量，說明適度運動可提高斑點叉尾鮰的營養價值；流水將激活氨基酸及不飽和脂肪酸合成的信號通路；流水養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的鏈球菌和普雷沃氏菌豐度。該研究初步解析了流水對魚類品質提升的分子機理，并為流水養殖下魚類的功能基因和腸道菌群挖掘研究奠定了基礎。相關論文《Effects of moderate exercise on hepatic amino acid and fatty acid composition, liver transcriptome, and intestinal microbiota in channel catfish (Ictalurus punctatus)》發表在期刊《Comparative Biochemistry and Physiology D-Genomics and Proteomics》(IF = 2.674)上。

圖2. 流水對斑點叉尾鮰營養品質影響的分子解析

團隊在環境因子對蝦類生理生化相關研究中發現，低氧及復氧能顯著提升克氏原螯蝦抗氧化酶酶活及相關基因表達；低氧能顯著誘導與葡萄糖代謝相關基因(如gapdh、pyk和pck)和氧轉運相關基因(如egln、gapdh和pdk1)；低氧能激活與葡萄糖代謝(如糖酵解/糖異生、AMPK和胰島素信號通路)以及氧轉運(如HIF-1、MAPK和PI3K-Akt信號通路)的信號通路。該研究結果表明，低氧能引起克氏原螯蝦的氧化應激，同時克氏原螯蝦在缺氧條件下，可能利用“糖酵解/糖異生”來獲得能量并維持生理響應，利用“HIF-1”獲得更多的氧氣。相關論文《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》發表在JCR 1區期刊《Aquaculture Reports》(IF = 3.216)上。

圖3. 克氏原螯蝦肝胰腺應對低氧的分子響應

上述研究獲得中國水產科學研究院基本科研業務費(2020TD74)及現代農業產業技術體系專項資金(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