A halak energiafogyasztásának korlátai: Az étrend-összetétel, az energia-anyagcsere és a szivárványos pisztráng energiafogyasztása közötti kapcsolat

Társulási akvakultúra és halászati csoport, Wageningeni Állattudományi Intézet (WIAS), Wageningen Egyetem, Wageningen, Hollandia, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), UR1067, Táplálkozás, anyagcsere és akvakultúra (NuMeA), Pôle d'Hydrobiologie INRA, Saint Pée-sur-Nivelle, Franciaország

Társulási akvakultúra és halászat, Wageningeni Állattudományi Intézet (WIAS), Wageningeni Egyetem, Wageningen, Hollandia

Társulás Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), UR1067, Táplálkozás, anyagcsere és akvakultúra (NuMeA), Pôle d'Hydrobiologie INRA, Saint Pée-sur-Nivelle, Franciaország

Társulási akvakultúra és halászat, Wageningeni Állattudományi Intézet (WIAS), Wageningeni Egyetem, Wageningen, Hollandia

Társulás Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), UR1067, Táplálkozás, anyagcsere és akvakultúra (NuMeA), Pôle d'Hydrobiologie INRA, Saint Pée-sur-Nivelle, Franciaország

Szubramanian Saravanan,
Johan W. Schrama,
A. Claudia Figueiredo-Silva,
Sadasivam J. Kaushik,
Johan A. J. Verreth,
Inge Geurden

Ábrák

Absztrakt

Azt a hipotézist tesztelték, hogy a makroelemek összetételében különbözõ izoenergetikus étrendekkel telített táplálékkal rendelkezõ halak emészthetõ energia-bevitele (DEI), de a teljes hõtermelés hasonló lesz. Négy izoenergetikus étrendet (2 × 2 faktoriális kialakítás) állítottak elő, amelyeknek kontrasztja i) a fehérje és az energia aránya (P/E): magas (HP/E) és alacsony (LP/E) és ii) a nem fehérje energiaforrás (NPE) típusa: zsír és szénhidrát, amelyek izoenergetikailag kicserélődtek. A szivárványos pisztráng három példányát (35 hal/tartály) naponta kétszer kezeltük minden étrendben jóllakásig, 6 hétig, nem korlátozó víz oxigén körülmények között. A pisztráng takarmányfelvételét (FI), DEI-jét (kJ kg −0,8 d −1) és növekedését (g kg −0,8 d −1) befolyásolta a P/E arány és az étrend NPE-forrása közötti kölcsönhatás (P 0,05). Adataink arra utalnak, hogy a pisztrángban a DEI szabályozása a hőtermelés függvénye lehet, ami viszont tükrözheti az oxidatív anyagcserével kapcsolatos fiziológiai határt.

Idézet: Saravanan S, Schrama JW, Figueiredo-Silva AC, Kaushik SJ, Verreth JAJ, Geurden I (2012) A halak energiafelvételének korlátai: Az étrend-összetétel, az energia-anyagcsere és az energia bevitele a szivárványos pisztrángban. PLoS ONE 7 (4): e34743. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0034743

Szerkesztő: Stephane Blanc, Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien, Franciaország

Fogadott: 2011. november 18 .; Elfogadott: 2012. március 5 .; Közzétett: 2012. április 9

Finanszírozás: Ezt a tanulmányt az INRA (Institut National de Recherche Agronomique) intézményi alapjai finanszírozták az INRA/WUR (Wageningen University Research) akvakultúra platform keretében. A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmányok tervezésében, adatgyűjtésben és elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

A tenyésztési körülmények között a halakat többnyire előre meghatározott mennyiségben táplálják egyetlen takarmánytípusból, így a halak nem képesek ellensúlyozni a takarmányfelvételt (FI) egy adott tápanyag esetleges hiánya vagy energiatartalma miatt, ami csökkent növekedéshez vezethet. Tehát a halak önkéntes FI szintjéhez közeli takarmányadag előrejelzése az étrend összetételétől és a tenyésztési körülményektől függően elengedhetetlen a növekedési sebesség és a takarmányfelhasználás maximalizálása, valamint a takarmánypazarlás minimalizálása érdekében a vízi környezetben. Ehhez jobban meg kell ismerni a FI-t befolyásoló étrendi, fiziológiai és környezeti tényezőket és azok mögöttes mechanizmusait.

Az emlősökhöz képest a FI-t ellenőrző mechanizmusokat viszonylag kevésbé kutatják a halakban. Megállapították, hogy „a halak, mint más állatok, energiaigényük kielégítése érdekében esznek” [1]. Az étrendi tényezők közül az emészthető energia (DE) tartalmat széles körben felvetették az FI-kontroll fő meghatározójának számos halfajban, például a szivárványos pisztrángban, az Oncorhynchus mykiss [2], [3], [4], [ 5], atlanti-óceáni lazac, Salmo salar [6], atlanti tőkehal, Gadus morhua [7], európai tengeri rák, Dicentrarchus labrax [8], rombuszhal, Scophthalmus maximus [9] és Csatorna-harcsa, Ictalurus punctatus [10].

Anyagok és metódusok

A kísérleteket a Francia Kutatási Minisztérium állatgondozásra vonatkozó nemzeti jogszabályainak irányelvei szerint (2001. május 29-i 2001-464. Sz. Rendelet) követték, és az INRA Etikai Bizottsága jóváhagyta (az INRA április 14-i 2002-36 szerint)., 2002).

Fogyókúrák

Négy étrendet fogalmaztak meg 2 × 2 faktoriális megtervezéssel, fehérje/energia arány (P/E) és nem fehérje energia (NPE) forrásként fő tényezőként, amelyek mindegyike két szintből áll: „magas” vagy „alacsony” és „zsír”, illetve „szénhidrát”. A diéták összetételét és összetevőit az 1. táblázat mutatja. Annak érdekében, hogy az étrendek között azonos legyen a tápanyag- és energiasűrűség, a cellulóz 15% -át bevonták a zsírdiétákba. Négy étrendünk volt (1. táblázat), azaz magas P/E arány zsírral mint energiaforrással (HP/EF), magas P/E arány szénhidráttal energiaforrással (HP/EC), alacsony P/E arány zsír mint energiaforrás (LP/EF) és alacsony P/E arány, szénhidrát mint energiaforrás (LP/EC). A várakozásoknak megfelelően mind a négy diéta hasonló emészthető energiatartalmat (∼18 kJ g −1) eredményezett, és a HP/E diéták (∼26 mg kJ −1) és az LP/E diéták (∼14 mg kJ) közötti P/E arányban kontrasztot mutattak. −1). Az egyes étrendek alkotóelemeit 2 mm-es szerszámmal extrudálták, szárították, szitálták és műanyag zacskókban tárolták (takarmány-extrudáló üzem, INRA Donzacq, Franciaország). A négy étrend elemzett tápanyag-összetételét az 1. táblázat részletezi.

Etetési kísérlet és mintavétel

Emészthetőségi vizsgálat

A 6 hetes etetési kísérlettel párhuzamosan külön 4 hetes emészthetőségi vizsgálatot végeztek az INRA haltenyésztő egységben (St Pée-sur-Nivelle, Franciaország) szivárványos pisztránggal, ugyanazon állományból, mint a takarmánybevitel vizsgálatában. Tizenöt halat (átlagos testtömeg, 65 g) raktunk 12 hengerkúpos tartályba (60 L), amelyek egy automatikus székletgyűjtő egységhez voltak csatlakoztatva [17], az étrendeket véletlenszerűen osztották ki három példányban lévő tartályok között. A tartályok folyamatos vízellátást (14 ± 1 ° C; átlag ± SD) kaptak a recirkulációs vízrendszerből, és a kísérlet során egyenletes körülmények között tartották őket. A széklet begyűjtése előtt a halakat egy hétig akklimatizálják a kísérleti körülményekhez és a hozzájuk tartozó kísérleti étrendhez. Az emészthetőség meghatározásához inert markerként Diamolt (savban oldhatatlan hamu, AIA) adtak a takarmányhoz. A halakat naponta kétszer etették (a testsúly 1,5% -a), és a székletet naponta kétszer, 3 hét alatt gyűjtötték össze, tartályonként egyesítették és -20 ° C-on tárolták.

Kémiai elemzések

Minden tartályból egész halat daráltak, egyesítettek és meghatározták a friss nedvességtartalmat. A halakat és a székletet ezután fagyasztva szárítottuk a további elemzések előtt. A halak tápanyag-összetételét, az étrendet és a székletet a következő eljárásokkal elemeztük. A takarmányokból, a székletből és az egész testből vett mintákat szárazanyag-tartalomra (105 ° C 24 órán át), fehérjére (Kjeldahl; N × 6,25) elemeztük savas emésztés után, a takarmány és a széklet zsírtartalmára [18] kloroform helyett diklór-metánt és a zsírt. a hal tartalma petroléter-extrakcióval (Soxhlet; 40–60 ° C) és a bruttó energiatartalom adiabatikus bombaboriméterrel (IKA-Werke C5000). A hamutartalmat muffenkemencében történő égetéssel határoztuk meg (550 ° C 12 órán át). A savban oldhatatlan hamu meghatározásához ugyanazokat a takarmány- és székletmintákat használtuk [19]. A keményítőtartalmat glükózként határoztuk meg az amiloglükozidáz/hexokináz/glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz módszerrel, etanolos (40%) extrakció és keményítő bontása után dimetil-szulfoxid/HCl-ben [20]. A plazma glükóz- és trigliceridszinteket a kereskedelmi készletekben szereplő eljárásokkal határoztuk meg, a Glucose RTU (61269) és a Triglycérides (PAP 150 n ° 61236) Bio-Mérieux-től (Marcy-L'Etoile, Franciaország).

Számítások

A halak átlagos kezdeti (Wi) és végső (Wf) testtömegét úgy kaptuk meg, hogy a tartály teljes kezdeti és végső biomasszáját elosztottuk a tartályban a halak számával a vizsgálat kezdetén és végén. A halak abszolút növekedését (g d −1-ben) kiszámítottuk a halak tartályonkénti átlagos átlagos végső (Wf) és kezdeti (Wi) testtömegének és a kísérleti időtartam (t) hányadosa között. A geometriai átlagos testsúlyt (WG; g-ban) úgy számolják, amelyből az átlagos metabolikus testtömeg (MBWG; 0,8 kg-ban) 0,8 (WG/1000). A metabolikus testtömeg növekedési sebességét (GRMBW; g kg-ban –0,8 d –1) kiszámítottuk (Wf-Wi)/(MBWG × t). A napi növekedési együtthatót (DGC,% d −1-ben) 100 × (Wf 1/3 −Wi 1/3)/t-ként számoltuk.

Az abszolút takarmányfelvételt (FIABS; g DM hal −1 d −1) kiszámítottuk szárazanyag (DM) alapon: FItot/(n × t), ahol FItot a tartályonkénti teljes takarmányfelvétel (g DM) a kísérleti időszak alatt, n a tartályban lévő halak száma, t pedig a kísérleti időszak. Az etetett FI-t (g hal –1 d –1) hasonló módon számoltuk, mint a FIABS-t, de táplálkozási alapon. A halak testtömeg százalékában kifejezett (FIPCT;% d −1) takarmánybevitelét (FIABS/WG) × 100/t és takarmánybevitelt egy metabolikus testtömegre számítva (FIMBW; g DM kg −0,8 d −1) FIABS/MBWG-ként számítottuk. A takarmánynövekedési arányt (FGR; szárazanyag bevitel/nedves súlygyarapodás) DM alapján számítottuk FIMBW/GRMBW.

A szárazanyag, a nyersfehérje, a nyerszsír, az összes szénhidrát, a bruttó energia és a hamu látszólagos emészthetőségi együtthatóit (ADC,% -ban) minden tartályhoz kiszámítottuk savval oldhatatlan hamu (AIA) alkalmazásával inert markerként, a korábban leírtak szerint [16]. A látszólagos emészthetőségi együtthatókat ADCX = (1− (AIAdiet/AIAfaeces) × (Xfaeces/Xdiet)) × 100 képlettel számoltuk, ahol X jelentése szárazanyag, nyersfehérje, nyers zsír, összes szénhidrát, bruttó energia és hamu, AIAdiet és AIAfaeces az étrendben és a székletben az AIA-tartalom, az Xdiet és az Xfaeces pedig az étrendben lévő X mennyisége, illetve a székletben.

Statisztikai eljárás

A statisztikai elemzéseket az SAS 9.2 (SAS Institute, Cary, NC, USA) segítségével végeztük. Az adatokat kétirányú ANOVA-val (PROC GLM) elemeztük a P/E arány, az NPE-forrás típusa és kölcsönhatásuk szempontjából. A maradványok normál eloszlását Kolmogorov-Smirnov teszt (PROC UNIVARIATE) segítségével ellenőriztük. A széklet zsírvesztesége (FF) felülbírálta a normális eloszlás feltételezését (P −1 d −1, g DM hal −1 d −1,% d −1 és g DM kg −0,8 d −1), a növekedést (gd-ben) −1 és g kg −0,8 d −1), valamint a takarmánynövekedési arányt (FGR) jelentősen befolyásolta a P/E arány és az étrend NPE-forrása, mindkét tényező között rendkívül szignifikáns kölcsönhatás volt (2. táblázat).

Test felépítés

A pisztráng kezdeti és végső testösszetételét a 3. táblázat mutatja be. A szárazanyag kivételével a végső testösszetétel egyéb paramétereit (fehérje, zsír, hamu és energia) befolyásolta (P 3. táblázat. Az étrendi kezelések hatása a végső testre a szivárványos pisztráng összetétele (friss tömeg alapján) 6 héten át táplálta a kísérleti étrendeket 1 .

Nitrogén, zsír és energia egyensúly

A 4. táblázat bemutatja a nitrogén-, zsír- és energiamérleg paramétereinek kiszámításához használt látszólagos tápanyag- és energia emészthetőségi együtthatókat (ADC), amelyeket az 5. táblázatban mutatunk be. Emészthető tápanyag-bevitel az emészthető nitrogén bevitel (DNI), az emészthető zsír bevitel (DFI) és a DEI szempontjából különbözött az étrendi csoportok között. A DNI érintett (P 0,3). A DNI 54% -kal magasabb volt HP/E-vel, mint LP/E-étrenddel, és 18% -kal alacsonyabb volt szénhidráttartalmú étrendben, összehasonlítva a zsírral, mint NPE-forrással. Annak ellenére, hogy mindkét HP/E diéta között különbségek voltak a DNI-ben, az RN hasonló volt a HP/EF és HP/EC étrendet tápláló pisztrángokban. Az LP/E diéták esetében azonban a visszatartott nitrogén (RN) jelentősen eltért a DNI-vel összhangban. A DFI-t befolyásolta (P 4. táblázat. A látszólagos tápanyag emészthetőségi együttható (%; ADC) négy kísérleti táplálékkal etetett szivárványos pisztrángban .

Az önkéntes DEI mennyiségét, amelyet a különféle étrendi makrotápanyagok szolgáltatnak, az 1. ábra mutatja. A DEI párhuzamosan adta a szárazanyag-bevitelt, ami szignifikáns kölcsönhatást mutat az étrendi P/E arány és az NPE forrása között (5. táblázat). A legalacsonyabb DEI értéket az LP/EC táplált csoportokban figyelték meg, míg a pisztránggal táplált étrend LP/EF DEI értéke nem különbözött szignifikánsan a HP/E csoportokétól. Nem volt szignifikáns különbség az metabolizálható energia bevitelben (MEI) a HP/EF és az LP/EF csoportok között, mindkettő magasabb volt, mint a szénhidráttal táplált csoportokban, mint NPE forrás. A visszatartott energia (RE) azonban különbözött, és mind a P/E arány, mind az étrend NPE-forrása jelentősen befolyásolta, alacsonyabb volt a pisztránggal táplált pisztrángban a HP/E-étrendhez viszonyítva és a pisztrángban táplált szénhidrátban a zsírhoz viszonyítva, mint NPE forrás. Bár a DEI és a RE különbözött, a teljes hőtermelést (H) nem befolyásolta (P> 0,05) a P/E arány, az NPE forrása és kölcsönhatásuk (2. ábra).

A halakat telített állapotban tápláltuk különböző makrotápanyag-összetételű izoenergetikus étrendekkel, amelyek P/E aránya (magas, HP/E vs. alacsony, LP/E) és NPE-forrása (zsír, F vs. szénhidrátok, C) 6% volt. hétig. Az oszlopok az emészthető fehérjékből, zsírokból és az összes szénhidrátból (nitrogénmentes kivonat) származó DEI mennyiségét mutatják az egyes diétás csoportok esetében. Különböző feliratok jelentős különbségeket jeleznek a teljes DEI-ben.

Hőtermelés (H; legkisebb négyzetek átlaga ± SD) a szaturációval táplált szivárványos pisztrángban a különböző makrotápanyag-összetételű izoenergetikus étrendeket, amelyek P/E arányban (magas, HP/E vs. alacsony, LP/E) és NPE-forrásban kontrasztosak (zsír, F vs. szénhidrátok, C). A H-t nem befolyásolta a P/E arány, az NPE-forrás és kölcsönhatásuk (P> 0,05).

Az étkezés utáni glükóz és triglicerid keringési szintek

A 3. ábra az étkezés utáni 7 órás plazma glükóz és triglicerid (TAG) szintjét ábrázolja a négy kísérleti étrendet tápláló szivárványos pisztrángban. A plazma glükózt (g L-1) befolyásolta (P 0,05) a P/E arány. A plazma TAG-on nem volt kölcsönhatás a P/E arány és az NPE-forrás között.

Hét órával az étkezés után a szivárványos pisztránggal táplált étrendek glükóz- és trigliceridtartalma (legkisebb négyzetek ± ± SD) a szivárványos pisztráng étrendjében, P/E arányban és NPE-forrásban kontrasztos. A glükózt befolyásolta az étrendi P/E arány, az NPE forrása és kölcsönhatásuk (P 0,05).

Vita

Jelen tanulmányban az önkéntes FI párhuzamosan párosította a DEI-t a megfogalmazott étrend hasonló DE-tartalma miatt. A szivárványos pisztrángban előforduló FI-t, mint számos más halfajban, a táplálék teljes DE-tartalma szabályozza [3], [4]. Jelen adatok azt mutatják, hogy telített táplálkozási körülmények között a szivárványos pisztráng különböző mennyiségű DE-t fogyasztott, az étrend összetételétől függően. Ezek az eredmények megegyeznek a szivárványos pisztráng [11], [12], [22] korábbi jelentéseivel, kiemelve azt a vitát, hogy a FI-t úgy állítják-e be, hogy a halakban állandó DEI-t tartson fenn. Ezenkívül ezek az eredmények azt sugallják, hogy a FI szabályozásában az étrendi DE-tartalomtól eltérő étrendi vagy fiziológiai tényezők is részt vesznek.

A FI szabályozásának liposztatikus elmélete szerint [31] a pisztránggal táplált LP/E étrend nem képes növelni a DEI-t és ezáltal kompenzálni a DNI-t az LP/E-vel táplált halak testteljesítményének magasabb relatív szintje okozhatja, mint a HP/E diéták. A magas testzsírtartalom negatív hatása a FI-re vagy a DEI-re [31], amelyet a leptin visszacsatolási mechanizmusa közvetít, jól dokumentált emlősökben [32]. Beszámoltak arról, hogy a lazacos halakban a FI adiposztatikus visszacsatolás-ellenőrzése is előfordul [29], [33], [34]. Az étrend által kiváltott zsírtartalom relatív szintjének növekedése, amely ráadásul a testmérettől függően változik [35], nem szükségszerűen csökkentette az étvágyat vagy az energiafogyasztást a szivárványos pisztrángban [11], [36]. Hasonlóképpen, hasonló DEI megfigyelése a pisztránggal táplált HP/EC és LP/EF étrendben, az adipozitás különbségének ellenére (61, illetve 111 g kg −1), a relatív testzsír alacsony visszacsatolású kontrolljára utal a DEI-n.