禁食-复食通过脑-肠-微生物组轴，改变了太平洋鲍鱼（Haliotis discus hannai）的昼夜行为、消化生理机能以及肠道微生物群结构

《Aquaculture》：Fasting-refeeding reshapes diurnal behavior, digestive physiology, and gut microbiota in Pacific abalone ( Haliotis discus hannai) via the brain-gut-microbiome axis

本研究探讨高温期不同喂养模式对太平洋鲍鱼行为和生理的影响，发现间歇性喂养（CF）显著提高存活率和生长率，并影响肠道酶活性、基因表达及微生物群落结构，揭示脑-肠-微生物轴的协同调控机制。

　　

蔡豪伟|高小龙|张莫|高瑞|刘颖

中国宁波大学海洋生物技术与工程国家工程研究中心，宁波315832

摘要

太平洋鲍鱼（Haliotis discus hannai）是一种典型的夜行性物种，主要在夜间进行移动和觅食活动，而白天则躲在阴暗处以避免光线。为了探讨在高温夏季期间，进食频率如何影响这种夜行性软体动物的行为和生理节律，实验采用了三种不同的进食方案：持续禁食（DJ）、禁食后重新进食（DF）以及每隔三天进食一次（CF）。与持续进食组（LS）相比，CF组的存活率和体重特定生长率显著更高。在24小时内，DJ组的移动时间明显短于LS组（P < 0.05）。重新进食后，DF组的累计进食时间显著长于LS组（P < 0.05）。CF组的累计移动距离最短，但其重新进食后的累计进食时间与LS组没有显著差异。然而，禁食后重新进食并未显著改变鲍鱼的日间移动和进食节律（P > 0.05）。在DF组中，肠道中的α-淀粉酶活性显著高于其他三组，并且酶活性的峰值时间从LS组的ZT00:34提前到了ZT19:48（P < 0.05）。在LS组中，脑神经节中的瘦素受体基因表达在白天较高，而在夜间较低；而DJ组和DF组的表达水平显著低于LS组（P < 0.05）。主要的肠道微生物群——变形菌门和厚壁菌门——表现出显著的日变化，其中Vibrio、Psychrilyobacter、Ruegeria和Mycoplasma等关键属的相对丰度存在显著差异（P < 0.05）。禁食后重新进食显著降低了肠道微生物群的α-多样性（P < 0.05），不同处理组间关键属如Bacteroides、Sphaerochaeta、Vibrio、Ruegeria、Persicobacter和Acinetobacter的相对丰度也发生了显著变化（P < 0.05）。因此，在受控实验室条件下，为期三天的禁食和重新进食方案可以在自然食物供应有限的情况下促进鲍鱼的生长效率，尽管其长期效益和实际应用仍需验证。这种饮食管理方式会引发行为和生理节律的重构，神经内分泌系统和微生物群落的协调变化表明大脑-肠道-微生物组轴的作用。这些结果为开发降低养殖成本的科学水产养殖实践提供了理论基础。

引言

鲍鱼（Haliotis属）是最具经济价值的海洋贝类之一，全球大部分产量来自水产养殖。2023年，中国养殖了24.5万吨鲍鱼（中国渔业统计年鉴，2024年），占全球总产量的约90%（Gao等人，2023a，Gao等人，2023b）。离岸悬浮笼养是鲍鱼养殖的主要方法之一。然而，近年来全球气候变化的加剧和人工饲料成本的上升带来了重大挑战，尤其是在高温季节。实际上，鲍鱼通常会一次性被喂食大量藻类，然后几天内不再进食。这种方法可能导致水流不畅、氧气耗尽、食物变质、生长受阻和死亡率增加（Tan等人，2022年；Cai等人，2025年）。此外，大型藻类的季节性短缺和高价格限制了进食频率，从而阻碍了鲍鱼养殖的发展。因此，了解鲍鱼的进食行为和消化效率对于制定科学合理的喂养策略至关重要。

鲍鱼对禁食的生理反应随发育阶段而异。刚刚完成变态的幼鲍鱼无法存活超过30天的禁食期（Roberts等人，2001年；Kawamura等人，2002年），但较大的幼鲍鱼可以通过调动内部营养储备来忍受更长时间的食物短缺。例如，绿鲍鱼（H. fulgens）的幼体可以在禁食60天后存活而不死亡，尽管它们的肌肉组织和脂肪酸组成会发生变化（Durazo-Beltrán等人，2004年）。同样，禁食会降低H. discus hannai的水溶性蛋白水平并显著影响其移动行为（Takami等人，1995年）。虽然长期禁食会耗尽能量储备并可能导致死亡，但在60天内的控制性禁食不会造成不可逆的生理损伤或致命影响。Cho等人（2011年）、Fermin（2002年）和Francis等人（2008年）对H. discus hannai、H. asinina和H. midae的研究表明，禁食后会出现补偿性生长，表明适当的禁食可以在不影响长期生长性能的情况下降低饲料成本。这些发现表明，持续供应食物可能不是平衡鲍鱼养殖产量和成本的最有效策略。探索“禁食-重新进食”方法可能提供一种成本效益高且可持续的替代方案。然而，目前大多数研究集中在进食方案对鲍鱼生长特征的短期影响上，系统研究进食模式如何影响行为节律和消化生理的研究相对较少。这一知识空白阻碍了精确喂养策略的发展，也限制了鲍鱼养殖技术的进步（Cho等人，2011年；Guo等人，2024年）。

了解养殖物种的进食节律特征为实施精确的喂养策略提供了生物学基础。在自然环境中，鲍鱼通常是夜行性的，其移动行为在昼夜之间有明显差异，进食主要发生在夜间（Bansemer等人，2015年）。获取食物是驱动移动行为的主要动机，因此食物供应和进食模式是影响鲍鱼移动和进食节律的关键因素。例如，饥饿压力会通过诱导Drosophila melanogaster脑组织中Period基因表达的相位变化（Keene等人，2010年）和降低Carassius auratus肝脏中Clock基因表达的幅度（Bao等人，2018年）来扰乱核心的昼夜节律。这些发现表明，营养限制会干扰分子振荡器，揭示了跨物种的昼夜节律紊乱机制。因此，鲍鱼的禁食不仅会导致能量不足，还会扰乱调节进食节律的分子调控网络。阐明禁食如何破坏进食节律的机制对于制定基于生物学的、基于时钟的喂养策略至关重要。

水生动物进食行为的调节涉及多种因素，包括调节食欲的肽类如神经肽F、胆囊收缩素和瘦素（N?ssel和Wegener，2011年；Tinoco等人，2021年；Johansson等人，2016年），以及消化酶活性的变化（Montoya等人，2010年）。消化酶活性是消化能力的关键指标，其昼夜节律性可以与进食节律进行比较，以评估行为和生理反应之间的协调性。在鱼类和海洋无脊椎动物中，消化酶的分泌通常在进食高峰期之前增加，这是一种确保进食期间足够能量代谢的生理适应（Montoya等人，2010年；Vera等人，2007年；Del Pozo等人，2012年）。对海洋软体动物的研究表明，肠道微生物群有助于Aplysia属和Patella pellucida中大型藻类多糖的降解（Vitalis等人，1988年；Dudek等人，2014年），促进食物消化，调节宿主食欲激素的分泌，并直接与参与进食行为的神经元相互作用（Han等人，2021年）。在Colossoma macropomum中，肠道微生物群表现出明显的日周期性波动（Fortes-Silva等人，2016年）。鉴于鲍鱼的进食受到间歇性禁食的影响，并且存在明显的昼夜变化，它们的肠道微生物群也可能经历周期性的群落组成变化（Cai等人，2025年）。

本研究首先通过行为监测量化了不同禁食时间后重新进食对鲍鱼进食和移动行为的影响。然后比较了禁食和重新进食后消化酶活性及相关激素受体的日表达模式。最后，使用16S rDNA扩增子测序分析了肠道微生物群的组成，揭示了微生物群结构和丰度的日变化及其与鲍鱼进食行为的内在联系。这些发现为理解鲍鱼的日进食和消化模式提供了科学依据，有助于制定合理的水产养殖喂养策略。

实验部分

适应

实验在教育部重点实验室——大连海洋大学设施渔业实验室进行。H. discus hannai（壳长：6.92 ± 0.37厘米）从中国福建漳州的Yipin水产有限公司购买。到达后，将鲍鱼分配到四个大小为70厘米×40厘米×30厘米的水族箱中进行适应。每天上午8点更换海水，并提供配方饲料（粗灰分10.70 ± 0.57%、粗水分6.44 ± 0.04%、粗蛋白40.40 ± 0.50%……

存活率和生长表现

禁食和重新进食对鲍鱼的存活率和生长表现有显著影响。CF组的存活率（71.28 ± 7.08%）和体重特定生长率（16.8 ± 1.54%）显著高于LS组（分别为50.29 ± 10.65%和11.36 ± 1.52%）（P < 0.05；图2A，B）。

进食行为监测

不同的禁食处理对进食个体的比例有显著影响（P < 0.01；图2C）。在ZT4–8（16:00–20:00）和ZT8–12……

讨论

食物供应是动物移动的主要驱动力，影响觅食行为和最终存活率。动物必须在生理条件的限制下，在进食效率和移动成本（如能量消耗、时间和捕食风险）之间进行权衡（Sogard和Olla，1996年；Walker等人，1999年）。面对饥饿时，动物通常会在两种对立策略之间做出选择：通过减少移动来最小化能量消耗，或者……

结论

总之，为期三天的禁食后重新进食的策略显著提高了鲍鱼在高温条件下的存活率和生长表现。鲍鱼对禁食和重新进食表现出显著的行为适应，旨在最小化能量消耗，尽管其移动和进食的昼夜节律保持不变。与持续每日进食相比，短期禁食后重新进食可以显著提高……

作者贡献声明

蔡豪伟：数据验证、软件使用、方法论设计、实验实施、数据分析、初稿撰写。高小龙：数据可视化、结果验证、项目监督、资源协调、方法论设计、概念构思、初稿撰写。张莫：数据可视化、软件使用、实验实施、数据整理。高瑞：软件使用、方法论设计、数据分析。刘颖：结果验证、项目监督、资金争取、概念构思。

伦理声明

本研究得到了中国渔业科学院动物护理和使用委员会的审查和批准。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32273105）、环境控制养殖重点实验室（大连海洋大学）（编号：202308）、宁波大学人才发展计划（编号：ZX2025000074）以及CARS专项基金（编号：CARS-49）的资助。

未引用参考文献

中国农业农村部渔业局，2024年

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。