Обмеження надходження енергії в рибу: зв’язок між складом раціону, метаболізмом енергії та споживанням енергії у райдужній форелі

Affiliations Aquaculture and Fisheries Group, Wageningen Institute of Animal Sciences (WIAS), Wageningen University, Wageningen, the Netherlands, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), UR1067, Харчування, обмін речовин та аквакультура (NuMeA), Pôle d'Hydrobiologie INRA, Сен-Пе-сюр-Нівель, Франція

Група з аквакультури та рибного господарства, Інститут наук про тварин Вагенінгена (WIAS), Університет Вагенінгена, Вагенінген, Нідерланди

Affiliation Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), UR1067, Харчування, метаболізм та аквакультура (NuMeA), Pôle d'Hydrobiologie INRA, Saint Pée-sur-Nivelle, Франція

Субраманський Сараванан,
Йохан В. Шрама,
А. Клаудія Фігейредо-Сільва,
Садасівам Й. Каушик,
Йохан А. Дж. Веррет,
Інге Герден

Цифри

Анотація

Було перевірено гіпотезу, що риби, насичені насиченими ізоенергетичними дієтами, що відрізняються складом макроелементів, матимуть різний енергозабір, що засвоюється (DEI), але подібне загальне виробництво тепла. Було сформульовано чотири ізоенергетичні дієти (факторний дизайн 2 × 2) з контрастом: i) співвідношення білка до енергії (P/E): висока (HP/E) проти низької (LP/E) та ii) тип джерела небілкової енергії (NPE): жир проти вуглеводів, які обмінювалися ізоенергетично. Три повторні групи (35 риб/бак) райдужної форелі годували вручну кожною дієтою двічі на день до насичення протягом 6 тижнів в умовах, не обмежуючих водневий кисень. На споживання корму (FI), DEI (кДж кг -0,8 d -1) та ріст (g кг -0,8 d -1) форелі впливало взаємодія між співвідношенням P/E та джерелом NPE у раціоні (P 0,05). Наші дані свідчать про те, що контроль DEI у форелі може бути функцією виробництва тепла, що, в свою чергу, може відображати фізіологічну межу, пов’язану з окислювальним метаболізмом.

Цитування: Saravanan S, Schrama JW, Figueiredo-Silva AC, Kaushik SJ, Verreth JAJ, Geurden I (2012) Обмеження надходження енергії в рибу: зв’язок між складом дієти, метаболізмом енергії та споживанням енергії у райдужній форелі. PLoS ONE 7 (4): e34743. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0034743

Редактор: Стефан Блан, Інститут плюсової дисципліни Юбер Кур'єн, Франція

Отримано: 18 листопада 2011 р .; Прийнято: 5 березня 2012 р .; Опубліковано: 9 квітня 2012 р

Фінансування: Це дослідження фінансувалось за рахунок інституційних фондів INRA (Institut National de Recherche Agronomique) в рамках Платформи аквакультури INRA/WUR (Дослідження університету Вагенінгена). Фінансисти не мали жодної ролі у розробці досліджень, зборі та аналізі даних, прийнятті рішення про публікацію чи підготовці рукопису.

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

Рибу в умовах вирощування здебільшого годують заздалегідь встановленими кількостями одного типу корму, так що риба не може компенсувати споживання корму (FI) за можливу нестачу певної поживної речовини або за вмістом енергії, що може призвести до зниження приросту. Таким чином, прогнозування кормового раціону, близького до добровільного рівня FI, риби як функції раціону та умов культури є важливим для максимізації темпів росту та використання кормів, а також для мінімізації втрат кормів у водному середовищі. Це вимагає кращого розуміння дієтичних, фізіологічних та факторів навколишнього середовища, що впливають на ФІ та їх основні механізми.

У порівнянні із ссавцями, у риб механізми контролю ФІ порівняно менш досліджені. Було зазначено, що «риба, як і інші тварини, їсть, щоб задовольнити свої енергетичні потреби» [1]. Дійсно, серед дієтичних факторів загальноприйнято вважати, що вміст засвоюваної енергії (DE) є головною детермінантою контролю FI у деяких видів риб, таких як райдужна форель, Oncorhynchus mykiss [2], [3], [4], [ 5], атлантичний лосось, Salmo salar [6], атлантична тріска, Gadus morhua [7], європейський морський окунь, Dicentrarchus labrax [8], калкан, Scophthalmus maximus [9] і сом канальний, Ictalurus punctatus [10].

Матеріали та методи

Експерименти проводились відповідно до Керівних принципів національного законодавства про догляд за тваринами Міністерства досліджень Франції (Указ 2001-464 від 29 травня 2001 р.) Та були затверджені Комітетом з етики INRA (згідно з INRA 2002-36 від 14 квітня, 2002).

Дієти

Чотири дієти були сформульовані у факторному дизайні 2 × 2 із співвідношенням білка до енергії (P/E) та джерелом небілкової енергії (NPE) як основними факторами, кожен з яких складається з двох рівнів: „високий” проти „низький” та "жир" проти "вуглевод" відповідно. Формулювання та склад інгредієнтів наведені в таблиці 1. Для того, щоб мати однакові поживні та енергетичні щільності між дієтами, 15% целюлози було включено в жирові дієти. Таким чином, у нас було чотири дієти (таблиця 1), а саме: високий коефіцієнт P/E з жиром як джерелом енергії (HP/EF), високий коефіцієнт P/E з вуглеводами як джерелом енергії (HP/EC), низький коефіцієнт P/E з жир як джерело енергії (LP/EF) і низький коефіцієнт P/E з вуглеводами як джерелом енергії (LP/EC). Як і слід було очікувати, всі чотири дієти привели до однакового засвоюваного енергетичного вмісту (~ 18 кДж г -1) та контрасту у співвідношенні P/E між дієтами HP/E (~ 26 мг кДж -1) та дієтами LP/E (~ 14 мг кДж -1). Суміші інгредієнтів кожної дієти екструдували через 2-міліметрову матрицю, сушили, просіювали та зберігали у поліетиленових пакетах (завод для екструзії кормів, INRA Donzacq, Франція). Аналізовані склади поживних речовин чотирьох дієт детально описані в таблиці 1.

Випробування годівлі та відбір проб

Дослідження засвоюваності

Паралельно з 6-тижневим випробуванням на годівлю було проведено окреме 4-тижневе випробування на засвоюваність у відділі вирощування риби INRA (Санкт-Пе-сюр-Нівель, Франція) з райдужною фореллю з того ж запасу, що і в дослідженні споживання корму. П'ятнадцять риб (середня вага тіла, 65 г) були заготовлені в 12 циліндро-конічних резервуарах (60 л), підключених до автоматичного блоку збору фекалій [17], дієти розподілялись випадково серед цистерн у трьох примірниках. Резервуари отримували постійну подачу води (14 ± 1 ° C; середнє значення ± SD) із системи рециркуляції води і підтримувались у однакових умовах протягом усього експерименту. До збору фекалій рибу протягом тижня адаптували до експериментальних умов та до відповідних експериментальних режимів харчування. Діамол (нерозчинний у кислоті попіл, AIA) додавали в корм як інертний маркер для визначення засвоюваності. Рибу годували двічі на день (1,5% маси тіла), а фекалії збирали двічі на день протягом 3 тижнів, збирали в резервуар і зберігали при −20 ° C.

Хімічні аналізи

Цілу рибу з кожного резервуару подрібнювали, об’єднували та визначали вміст свіжої вологи. Рибу та фекалії згодом сушили ліофілізацією перед подальшими аналізами. Склади поживних речовин риби, раціону та фекалій аналізували згідно з наступними процедурами. Зразки кормів, фекалій та всього тіла аналізували на суху речовину (105 ° С протягом 24 год), білок (Кельдаль; N × 6,25) після кислого перетравлення, вміст жиру у кормах та фекаліях [18] з використанням дихлорметану замість хлороформу та жиру вміст риби видобуванням петролейного ефіру (Сокслет; 40–60 ° C) та загальний вміст енергії адіабатичним болоновим калориметром (IKA-Werke C5000). Вміст золи визначали спалюванням у муфельній печі (550 ° С протягом 12 год). Ті самі зразки золи корму та фекалій використовували для визначення нерозчинної у кислоті золи [19]. Вміст крохмалю визначали як глюкозу, використовуючи метод амілоглюкозидази/гексокінази/глюкоза-6-фосфатдегідрогенази після екстракції етанолом (40%) та розкладання крохмалю в диметилсульфоксиді/HCl [20]. Глюкозу та тригліцериди у плазмі крові визначали, дотримуючись процедур, передбачених у комерційних наборах, глюкози RTU (№ 61269) та тригліцеридів (PAP 150 № 61236) від Bio-Mérieux, Marcy-L'Etoile, Франція.

Розрахунки

Отримано середню індивідуальну початкову (Wi) та кінцеву (Wf) масу тіла риби, розділивши загальну початкову та кінцеву біомасу риби в резервуарі на кількість риби, присутньої в резервуарі відповідно на початку та в кінці дослідження. Абсолютний ріст риби (у г d -1) розраховували як різницю між середньою індивідуальною кінцевою (Wf) та початковою (Wi) масою тіла риби на резервуар, поділеною на тривалість експериментального періоду (t). Середню геометричну масу тіла (РГ; у г) розраховують як, із чого середню метаболічну масу тіла (МБГГ; в кг 0,8) розраховували як (РГ/1000) 0,8. Швидкість росту на метаболічну масу тіла (GRMBW; у г кг −0,8 d -1) розраховували як (Wf − Wi)/(MBWG × t). Щоденний коефіцієнт приросту (DGC, у% d −1) розраховували як 100 × (Wf 1/3 −Wi 1/3)/т.

Абсолютне споживання корму (FIABS; г DM риби -1 d -1) розраховували на основі сухої речовини (DM) як FItot/(n × t), де FItot - загальний обсяг споживання корму на бак (у г DM) за експериментальний період, n - кількість риби в резервуарі, t - експериментальний період. FI як годування (g риби -1 d -1) розраховували так само, як FIABS, але на основі годування. Споживання корму рибою, виражене у відсотках до маси тіла (FIPCT;% d -1), розраховувалося як (FIABS/WG) × 100/т, а споживання корму на метаболічну масу тіла (FIMBW; г DM кг −0,8 d -1) було розраховано як FIABS/MBWG. Коефіцієнт приросту корму (FGR; споживання сухої речовини/приріст ваги у вологому стані) розраховували на основі DM як FIMBW/GRMBW.

Явні коефіцієнти засвоюваності (ADC, у%) сухої речовини, сирого протеїну, сирого жиру, загальної кількості вуглеводів, валової енергії та золи розраховували для кожного резервуару з використанням нерозчинної в кислоті золи (AIA) як інертного маркера, як описано раніше [16]. Явні коефіцієнти засвоюваності розраховували як ADCX = (1− (AIAdiet/AIAfaeces) × (Xfaeces/Xdiet)) × 100, де X являє собою суху речовину, сирий білок, сирий жир, загальний вміст вуглеводів, валову енергію та золу, AIAdiet та AIA вміст AIA у раціоні та фекаліях відповідно, а Xdiet та Xfaceces - це кількість X у раціоні та фекаліях відповідно.

Статистична процедура

Статистичний аналіз проводили з використанням SAS 9.2 (SAS Institute, Cary, NC, USA). Дані аналізували на вплив співвідношення Р/Е, типу джерела NPE та їх взаємодії за допомогою двостороннього ANOVA (PROC GLM). Нормальний розподіл залишків перевіряли за допомогою тесту Колмогорова-Смірнова (PROC UNIVARIATE). Втрата жиру у фекаліях (FF) відміняла припущення про нормальний розподіл (P -1 d -1, g DM риби -1 d -1,% d -1, і g DM кг -0.8 d -1), зростання (у gd -1 та g кг −0,8 d -1, а на коефіцієнт приросту корму (FGR) суттєво впливали співвідношення P/E та джерело NPE у раціоні з дуже значною взаємодією між обома факторами (табл. 2).

Будова тіла

Початковий та кінцевий склади тіла форелі наведені в таблиці 3. За винятком сухої речовини, на інші параметри (білок, жир, зола та енергія) кінцевого складу тіла впливали (Р Таблиця 3. Вплив дієтичних процедур на кінцевий організм склад (на основі свіжої ваги) райдужної форелі, яку годували експериментальним раціоном протягом 6 тижнів 1 .

Азотний, жировий та енергетичний баланс

У таблиці 4 представлені видимі коефіцієнти засвоюваності поживних речовин та енергії (ADC), що використовуються для розрахунку параметрів азоту, жиру та енергетичного балансу, представлені в таблиці 5. Засвоєність засвоюваних поживних речовин з точки зору споживання засвоюваного азоту (DNI), споживання перетравного жиру (DFI) та DEI були різними між дієтичними групами. Постраждав DNI (P 0,3). DNI був на 54% вищим при HP/E, ніж дієтах LP/E, і на 18% нижчому при дієтах з вуглеводами порівняно з жиром як джерелом NPE. Незважаючи на різницю в DNI між обома дієтами HP/E, RN був подібним у форелі, що годували дієтами HP/EF та HP/EC. Однак при дієтах LP/E затриманий азот (RN) суттєво відрізнявся у відповідності з їх DNI. Постраждав DFI (P Таблиця 4. Явний коефіцієнт засвоюваності поживних речовин (%; ADC) у райдужної форелі, яку годували чотирма експериментальними дієтами 1 .

Кількість добровільних DEI, що надходять з різних дієтичних макроелементів, показано на рис. 1. DEI паралельно споживав суху речовину, показуючи значну взаємодію між дієтичним співвідношенням P/E та джерелом NPE (таблиця 5). Найнижчі показники DEI спостерігались у групах, що годували LP/EC, тоді як DEI у форелі, що харчувались дієтою LP/EF, не суттєво відрізнялися від такої у групах, що отримували HP/E. Не було значної різниці у споживанні енергії, що піддається метаболізму (MEI), між групами HP/EF та LP/EF, які були вищими, ніж у групах, які отримували вуглеводи як джерело NPE. Однак утримана енергія (РЕ) відрізнялася і суттєво впливала як на співвідношення Р/Е, так і на джерело дієтичного харчування, будучи нижчою у форелі, що годується ЛП/Е-, порівняно з НР/Е-дієтами, а також у форелі, що годується вуглеводами, відносно жиру як НПЕ джерело. Хоча DEI та RE відрізнялися, на загальне виробництво тепла (H) не впливало (P> 0,05) співвідношення P/E, джерело NPE та їх взаємодія (рис. 2).

Рибу годували до насичення ізоенергетичними дієтами різного складу макроелементів, що мають контраст у співвідношенні P/E (високий, HP/E проти низького, LP/E) та джерелі NPE (жир, F проти вуглеводів, C) протягом 6 років. тижнів. Стовпчики показують кількість DEI, отримане з засвоюваного білка, жиру та загальних вуглеводів (екстракт, що не містить азоту) для кожної дієтичної групи. Різні верхні індекси вказують на суттєві відмінності у загальній кількості DEI.

Виробництво тепла (H; середнє значення квадратів ± SD) у райдужної форелі, що годується до насичення ізоенергетичними дієтами різного складу макроелементів, що мають контраст у співвідношенні P/E (високий, HP/E проти низького, LP/E) та джерела NPE (жир, F проти вуглеводів, C). На H не впливали співвідношення P/E, джерело NPE та їх ефект взаємодії (P> 0,05).

Рівень циркуляції глюкози та тригліцеридів після їжі

На малюнку 3 зображено 7-годинний рівень глюкози та тригліцеридів (TAG) у плазмі крові у райдужній форелі, яку годували чотирма експериментальними дієтами. На глюкозу в плазмі (г L -1) впливало (Р 0,05) співвідношення Р/Е. Не було взаємодії між співвідношенням Р/Е та джерелом NPE на плазмовій ТАГ.

Через 7 годин після їжі рівні плазми (найменші квадрати означають ± SD) глюкози та тригліцеридів (TAG) райдужної форелі, що харчуються з контрастом у співвідношенні P/E та джерелі NPE. На глюкозу впливали дієтичні співвідношення P/E, джерело NPE та їх взаємодія (P 0,05).

Обговорення

У цьому дослідженні добровільна ФІ паралельно застосовувалась ДЕ через подібний вміст ДЕ у складених дієтах. Повідомляється, що FI у райдужної форелі, як і у деяких інших видів риб, регулюється загальним вмістом DE в раціоні [3], [4]. Наведені дані показують, що в умовах насичення райдужна форель споживала різну кількість DE, залежно від складу раціону. Ці висновки узгоджуються з попередніми звітами щодо райдужної форелі [11], [12], [22], висвітлюючи суперечки щодо того, чи регулюється FI для підтримки постійного DEI у рибі. Крім того, ці висновки також дозволяють припустити залучення дієтичних або фізіологічних факторів, відмінних від вмісту ДЕ, що дієтично, до регуляції ФІ.

Згідно з ліпостатичною теорією регулювання FI [31], неспроможність форелі, що харчується LP/E, збільшити DEI і, отже, компенсувати DNI, може бути спричинена більш високим відносним рівнем жирності в організмі риб, що годуються LP/E, порівняно з HP/Е дієти. Негативний вплив високого вмісту жиру в організмі на FI або DEI [31], що опосередковується через механізм зворотного зв’язку лептину, добре задокументований у ссавців [32]. Також повідомлялося, що контроль адипостатичного зворотного зв’язку з FI відбувається у лососевих риб [29], [33], [34]. Однак індуковане дієтою збільшення відносного рівня ожиріння, яке до того ж змінюється залежно від розміру тіла [35], не обов'язково зменшувало апетит або споживання енергії у райдужній форелі [11], [36]. Подібним чином спостереження подібних DEI у форелі, що харчується HP/EC та LP/EF, незважаючи на різницю в ожирінні (61 та 111 г кг -1, відповідно), свідчить про низький контроль зворотного зв'язку відносної вгодованості тіла за DEI.