池塘养殖是我国水产养殖的主要形式和水产品供应的重要来源，但多数养殖场采取传统的生产方式，其粗放生产、水资源浪费、养殖污染等问题严重制约了池塘养殖业的发展。池塘内循环流水养殖是通过对传统养殖池塘进行工程化改造，建造流水槽设施，与外部生态粗放养殖区相结合的一种现代集约化水产养殖新模式,又称流道养殖、跑道养殖和流水槽养殖等。现有研究表明，通过流水养殖、流水暂养等方式,可有效提升鱼类生长速度及肌肉品质。而关于流水养殖对鱼类生长和品质影响的内在机理研究还很少。

近期，中国水产科学研究院长江水产研究所何力研究员牵头的淡水产品营养品质评价与质量控制创新团队在环境因子对鱼虾类生理生化、生长及品质研究方面取得新进展。团队通过组织学、生理生化、转录组学、肠道微生物组学分析，发现了流水养殖对鱼类生长及品质影响的相关规律，明确了水体溶氧对虾类生理生化影响的相关机理，揭示了流水及溶氧环境因子对鱼虾类不同组织的生理响应，并筛选鉴定出了对流水及溶氧显著应答的基因和分子信号通路。

团队在环境因子对鱼类生长相关研究中发现，运动能显著提升草鱼幼鱼的生长速率；同时运动能显著诱导生长相关基因（如ghr、igf1和igf1r）的表达，并激活PI3K-Akt和mTOR信号通路进而促进鱼类生长。该研究结果阐明了鱼类在适度运动过程中发生的肝脏分子调节网络和功能基因的变化。相关研究论文《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)》发表在JCR 1区期刊《Comparative Biochemistry and Physiology Part A-Molecular & Integrative Physiology》（IF = 2.32）上。

图1. 转录组学分析草鱼肝脏应对长期流水的分子响应

团队在环境因子对鱼类品质相关研究中发现，4周的流水养殖可显著降低斑点叉尾鮰中C18: 1n9c含量，提升DGLA、ARA、DHA、Asp和Gly含量，说明适度运动可提高斑点叉尾鮰的营养价值；流水将激活氨基酸及不饱和脂肪酸合成的信号通路；流水养殖能增加肠道菌群的多样性和丰度，显著提升与氨基酸合成相关的链球菌和普雷沃氏菌丰度。该研究初步解析了流水对鱼类品质提升的分子机理，并为流水养殖下鱼类的功能基因和肠道菌群挖掘研究奠定了基础。相关论文《Effects of moderate exercise on hepatic amino acid and fatty acid composition, liver transcriptome, and intestinal microbiota in channel catfish (Ictalurus punctatus)》发表在期刊《Comparative Biochemistry and Physiology D-Genomics and Proteomics》(IF = 2.674)上。

图2. 流水对斑点叉尾鮰营养品质影响的分子解析

团队在环境因子对虾类生理生化相关研究中发现，低氧及复氧能显著提升克氏原螯虾抗氧化酶酶活及相关基因表达；低氧能显著诱导与葡萄糖代谢相关基因(如gapdh、pyk和pck)和氧转运相关基因(如egln、gapdh和pdk1)；低氧能激活与葡萄糖代谢(如糖酵解/糖异生、AMPK和胰岛素信号通路)以及氧转运(如HIF-1、MAPK和PI3K-Akt信号通路)的信号通路。该研究结果表明，低氧能引起克氏原螯虾的氧化应激，同时克氏原螯虾在缺氧条件下，可能利用“糖酵解/糖异生”来获得能量并维持生理响应，利用“HIF-1”获得更多的氧气。相关论文《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》发表在JCR 1区期刊《Aquaculture Reports》(IF = 3.216)上。

图3. 克氏原螯虾肝胰腺应对低氧的分子响应

上述研究获得中国水产科学研究院基本科研业务费(2020TD74)及现代农业产业技术体系专项资金(CARS-48)支持。张浪助理研究员为以上论文第一作者，何力为以上论文通讯作者。

相关论文链接为：

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