方斑东风螺(Babylonia areolata)养殖从海底转向循环水养殖系统(RAS)过程中优化底质使用以实现可持续养殖

《Aquaculture Reports》：Optimizing substrate use for sustainable Ivory shells (Babylonia areolata) farming while shifting from seabed to recirculating aquaculture systems

　　

在自然条件下，方斑东风螺(Babylonia areolata)表现出典型的夜行性行为，即白天钻入沙质底质(substrate)、夜间出来觅食。本研究在循环水养殖系统(RAS)中考察了有底质与无底质处理对方斑东风螺存活、生长和代谢的影响。经过60天养殖，两组间的存活率、特定体重增长率、摄食量及饲料转化效率无显著差异(P > 0.05)。相比之下，无底质组足部肌肉的凝聚性(cohesiveness)、咀嚼性(chewiness)和回复性(resilience)显著高于底质组(P < 0.05)。行为监测显示，无底质组24小时累计移动距离、累计移动时长和摄食时长均显著低于底质组(P < 0.05)；然而余弦节律分析(Cosinor analysis)表明上述行为参数在两组中均未表现出显著的昼夜节律性(diel rhythmicity)(P > 0.05)。液相色谱-质谱(LC-MS)分析揭示了几类差异代谢生物标志物，包括精氨酸(arginine)、乙醛酸(glyoxylic acid)、2-氧代己二酸(2-oxoadipic acid)、阿洛糖(allose)、组胺(histamine)、苏糖酸(threonic acid)、硬脂酸(stearic acid)和全反式-4-酮视黄酸(all-trans-4-ketoretinoic acid)。此外，对23种氨基酸的定量分析显示，无底质组中包括天冬氨酸(aspartic acid)在内的9种氨基酸浓度显著下调(P < 0.05)。值得注意的是，咀嚼性指标与组胺、硬脂酸、精氨酸和全反式-4-酮视黄酸含量呈显著正相关(P < 0.05)。总体而言，本研究揭示了方斑东风螺在有/无沙质底质条件下的行为与生理适应机制，并为推动养殖模式转型、促进可持续水产养殖业发展提供了理论基础。

论文发表于《Aquaculture Reports》。研究背景方面，方斑东风螺(Babylonia areolata)是我国热带亚热带重要经济贝类，传统养殖依赖滩涂、海基网箱或带沙底质的流水/半封闭循环水系统，但沙底质易积累残饵、粪便和有毒氨氮(NH₃-N)、亚硝酸氮(NO₂^--N)，导致水质恶化、病害风险升高，且受台风、赤潮、海岸污染等影响，可持续发展面临挑战。将养殖从海底(seabed)转向陆基循环水养殖系统(RAS，recirculating aquaculture system)可减少环境依赖，但底质是否必要尚不明确，因此研究人员开展本研究以明确RAS中取消沙质底质对方斑东风螺存活、生长、行为、肌肉品质及生理代谢的影响，为优化RAS设计、降低运维成本、提升产品品质提供理论依据。

关键技术方法上，研究人员以购自企业的方斑东风螺(壳长约5.59 ± 0.24 cm，体重约29.87 ± 2.28 g)为样本，在RAS中设底质组(铺4 cm沙层)和无底质组，各4重复，放养密度40 ind/m²，自然光周期、温度29.0 ± 0.5 ℃、盐度30 ± 1、pH 8.2、溶解氧 > 6.5 mg L^-1，每日投喂鲜杂鱼(5%湿重)，养殖60天。主要技术包括：定期检测总氨氮(TAN)、亚硝酸氮(NO₂^--N)、硝酸氮(NO₃^--N)水质指标；用定制行为监测装置与红外摄像、EthoVision XT软件定量24小时累计移动距离、移动时长、摄食时长，余弦节律分析(Cosinor)检验昼夜节律；取肠道测蛋白酶、脂肪酶、α-淀粉酶(AMS)活性；足部肌肉做质构剖析(TPA，texture profile analysis)测硬度、弹性(springiness)、凝聚性(cohesiveness)、咀嚼性(chewiness)、回复性(resilience)、剪切力；足部肌肉非靶向代谢组学用LC-MS(Q Exactive HF UHPLC系统)，肝胰腺靶向代谢组学定量23种氨基酸(UHPLC-MS/MS，multiple reaction monitoring模式)；多元统计(PCA，OPLS-DA，VIP > 1，P < 0.05，|log₂FC| ≥ 1)筛选差异代谢物并KEGG富集；Pearson相关分析纹理参数与差异代谢 biomarker关联；用混合线性模型、独立样本t检验、单因素ANOVA等统计处理。

研究结果如下：

3.1 Effects of sand and sand-free treatments on aquaculture water quality and the survival, growth, and digestive enzyme activities of B. areolata：研究人员通过60天RAS养殖监测发现，底质组水体总氨氮(TAN)、亚硝酸氮(NO₂^--N)、硝酸氮(NO₃^--N)总体显著高于无底质组(P < 0.05)，源于沙层中残饵粪便滞留与微生物分解；但两组的存活率、特定体重增长率、摄食量、饲料转化效率均无显著差异(P > 0.05)，肠道蛋白酶、脂肪酶(lipase，LPS)、α-淀粉酶(AMS)活性亦无显著差异(P > 0.05)，说明取消底质不影响基本生长与消化能力。

3.2 Effects of sand and sand-free treatments on the diurnal movement and feeding behavior of B. areolata：研究人员通过24小时行为监测发现，无底质组累计移动距离、累计移动时长、累计摄食时长均显著低于底质组(P < 0.05)，摄食时长占移动时长比例也更低；余弦节律分析显示无论有无底质，移动距离、移动时长、摄食时长均未表现显著昼夜节律性(P > 0.05)，说明方斑东风螺运动主要受食物等化学信号驱动而非光周期，无底质下“无效移动”减少、摄食效率相对提高。

3.3 Screening and quantitative analysis of differential metabolites in the hepatopancreas of B. areolata from sand and sand-free treatment groups：研究人员通过非靶向LC-MS代谢组学发现两组总体区分明显(OPLS-DA验证无过拟合)，筛选出97个差异代谢物(27上调、70下调)，主要涉及脂肪酸、羧酸衍生物、甘油磷脂等；KEGG富集显著通路9条(P < 0.05)，以氨基酸代谢与生物合成、ABC转运蛋白、mTOR信号、自噬(autophagy)、胞葬作用(efferocytosis)为主；确定精氨酸、乙醛酸、2-氧代己二酸、阿洛糖、组胺、苏糖酸、硬脂酸、全反式-4-酮视黄酸为关键差异代谢生物标志物，参与环境适应与代谢稳态调节。

3.4 Quantitative analysis of amino acid concentrations：研究人员通过靶向UHPLC-MS/MS定量肝胰腺23种氨基酸发现，无底质组中天冬氨酸(aspartic acid)、精氨酸、丙氨酸、谷氨酸、苏氨酸、甘氨酸、γ-氨基丁酸(GABA，aminobutyric acid)、牛磺酸(taurine)、组氨酸(histidine)等9种氨基酸显著下调(P < 0.05)，说明无底质下代谢需求降低、氨基酸稳态维持在不同水平。

3.5 Effects of sand and sand-free treatments on the foot muscle texture of B. areolata：研究人员通过质构剖析(TPA)发现，底质组足部肌肉硬度(hardness)、剪切力显著高于无底质组(P < 0.05)，而无底质组的凝聚性(cohesiveness)、咀嚼性(chewiness)、回复性(resilience)显著高于底质组(P < 0.05)，弹性(springiness)差异不显著(P > 0.05)；说明底质中埋栖需额外肌肉耗能，导致纤维更密、肉质偏硬韧，无底质下肌肉纹理更优(“嫩”质感相关参数更高)。

3.6 Correlation analysis between foot muscle texture properties and differential metabolic biomarkers：研究人员通过Pearson相关分析发现，足部肌肉回复性、咀嚼性、硬度、弹性与苏糖酸呈显著负相关(P < 0.05)，与硬脂酸呈显著正相关(P < 0.05)；凝聚性与硬脂酸正相关，部分纹理参数聚类为硬度-回复性-咀嚼性与弹性-剪切力-凝聚性两个亚簇，说明差异代谢物与肌肉质构存在代谢-品质关联。

讨论部分总结：研究人员指出底质在传统贝类养殖中具生态与行为意义，但在RAS中沙层会蓄积废物致水质指标(TAN、NO₂^--N、NO₃^--N)升高，无底质组水质更稳定且均在安全阈值内(NO₂^--N < 0.1 mg/L)；虽方斑东风螺自然为埋栖种，但RAS中无底质未显著影响存活、生长、消化酶活性，表明其可主动适应无底质环境，代谢与酶通过稳态调节维持正常生理；行为上无底质减少无效移动，无昼夜节律而受食物化学信号主导，摄食效率相对提升；代谢组学显示氨基酸代谢为重编程核心，无底质下多种氨基酸下调反映低能耗状态，精氨酸、组胺等参与营养吸收与免疫调节；质构上无底质组凝聚性、咀嚼性、回复性更高，对应更优食用口感，底质组硬度、剪切力高源于埋栖肌耗能致纤维致密；关键差异代谢物(硬脂酸、苏糖酸等)与纹理参数显著相关，连接代谢重编程与品质形成。综上，RAS中取消沙质底质不会损害方斑东风螺存活与生长，反而改善水质、降低运维成本、提升足部肌肉食用质构品质，为方斑东风螺养殖从海基向陆基RAS转型提供理论与技术支持。

结论部分翻译：基于本研究观察，在循环水养殖系统(RAS)中，方斑东风螺(Babylonia areolata)在底质与无底质养殖模式间的存活、生长和消化酶活性无显著差异；但无底质组的足部肌肉纹理属性(回复性、凝聚性、咀嚼性)显著改善；此外无底质组运动活跃度降低，氨基酸代谢与生物合成是增强环境适应性与维持代谢稳态的关键通路；因此，面对气候变化、病害频发与适养区缩减等挑战，传统养殖模式转型与RAS推广具有重要意义，这对加速方斑东风螺养殖业转型、构建高产、可持续的产加销产业链具有重要价值。