鱼类游泳运动的研究——Ⅰ、三种海洋鱼类游泳的运动学特性

作者提出鲭鱼(Scomber scombrus L.)、绿青鳕(Pollachius virens(L))和鲱鱼(Clupea harengus L.)的游泳运动学特性。实验表明,这三种鱼类的游泳速度与摆尾频率成线性关系。当泳速大于三倍体长/秒(BL/S)时,单位游距几乎不随游速变化,其平均值分别为:鲭鱼0.90体长(BL)、绿青鳕0.88BL、鲱鱼0.70BL。其摆尾幅度都不随游速变化,平均值在0.21～0.23BL之间,各种鱼之间无显著差别。作者认为,鱼类游泳的单位游距与鱼类的体型、肌肉及游泳推进性能有关,而单位游距的差异是身体—尾鳍式游泳的鱼类之间最大游速差异的主要原因。     

花鲈、许氏平鲉游泳能力的初步实验研究

实验利用小型海水循环水槽测定了花鲈（Lateolabrax maculatus）、许氏平（鱼由）（Sebastes schlegeli）的最大巡航（可持续）游泳速度.体长18～29cm的花鲈,其最大巡航游泳速度为41.1～127.37cm/s,如用单位时间内游过体长的倍数（BL/s）来表示,其最大巡航游泳速度范围在2.28～4.74BL/s之间.体长10～14.5cm的许氏平（鱼由）,其最大巡航游泳速度为36.90～49.52cm/s或4.32～3.01BL/s.     

斑石鲷(Oplegnathus punctatus)游泳性能研究

流速作为深远海养殖海区选址的重要依据,也是影响鱼类游泳能力的重要因素之一,为评价深远海养殖良种斑石鲷(Oplegnathus punctatus)的游泳能力,明确最适放养规格,分别以体重50、150、250、350g的斑石鲷为研究对象,利用鱼类游泳能力及运动消耗检测装置,在24℃条件下,解析了不同规格的斑石鲷在四种流速下的续航时间、暴发游泳速度(U_burst)、临界游泳速度(U_crit)和运动耗氧率(MO₂),并计算出其单位位移耗能(COT)和最适游泳速度(U_opt)。结果表明,鱼体规格和流速均会对实验鱼续航时间产生影响显著(P<0.001,F=25.401,df=1),50g斑石鲷在60cm/s流速下续航时间显著小于其他三种规格(P<0.05),在大于60cm/s流速下,四种规格斑石鲷续航时间均小于30min;250g和350g斑石鲷暴发游泳速度显著高于50g与150g(P<0.05);斑石鲷临界游泳速度与体重成正相关(R=0.96),不同规格下临界游泳速度存在显著差异(P<0.05);各规格实验鱼间最适游泳速度无显著差别(P>0.05)。以上结果表明,不同规格斑石鲷游泳能力存在显著差异,其中250g和350g斑石鲷耐流能力显著优于50g和150g。综上所述,斑石鲷在深远海海域进行陆海接力养殖时,建议放养250g以上规格,且养殖海域流速不超过60cm/s。     

温度和流速对细鳞鲑(Brachymystax lenok)幼鱼游泳能力的影响及其与呼吸代谢的关系

通过鱼类游泳代谢测定装置,研究了5个温度(4、8、12、16和20°C)水平下细鳞鲑(Brachymystax lenok)幼鱼的爆发游泳速度(BS)、临界游泳速度(UCrit)及其测定过程中的呼吸代谢率和不同恒定流速临条件下的最大续航游泳时间,并分析比较了幼鱼摄食与空腹状态下相关测试指标的差异,探讨了温度和流速对细鳞鲑幼鱼游泳能力的影响。结果表明,5个温度水平下摄食组和空腹组细鳞鲑幼鱼的BS不存在显著差异(P0.05),且各实验组的BS对温度均无依赖关系,其摄食组和空腹组的线性拟合方程分别为Y摄食=–0.0336x2+0.2424x+0.27(R2=0.929)和Y空腹=–0.045x2+0.317x+0.192(R2=0.9158);5个温度水平下,摄食组和空腹组细鳞鲑幼鱼的UCrit分别为:(0.42±0.0038)和(0.43±0.001)、(0.42±0.0038)和(0.46±0.0099)、(0.46±0.0025)和(0.47±0.0076)、(0.43±0.0081)和(0.43±0.0010)、0.47±0.0014和(0.48±0.0012)m/s,且随着温度升高和流速增大,摄食组较空腹组的呼吸耗氧率分别增加了17.80%(4°C)、32.24%(8°C)、19.39%(12°C)、39.39%(16°C)和19.48%(20°C);在最适温度条件下(16°C),不同测试流速对摄食组和空腹组细鳞鲑幼鱼的最大续航游泳时间存在显著性差异(P0.05),采用非线性拟合得到了8个测试流速与最大续航游泳关系的幂函数模型,由幂函数方程可知,最大续航游泳时间与测试流速呈负相关性,摄食组与空腹组存在显著性差异(P0.05),且随着流速增大,其最大续航游泳时间缩减剧烈。本研究认为,在设计大坝鱼道过程中应充分考虑不同温度条件和摄食条件下鱼类的爆发游泳速度和临界游泳速度参数,且如果考虑春秋季节细鳞鲑幼鱼上溯的有效通过率,那么鱼道的入口流速应小于0.65m/s,鱼孔处流速小于0.42 m/s。     

饵料对大海马幼鱼生长与存活影响

在实验室条件下,对初孵及培养一段时间的大海马幼鱼分别投喂不同的饵料,以观察不同饵料对幼鱼的生长与存活影响。刚孵出的大海马幼鱼[体长平均0.85±0.03(cm)]开口摄食时分别投喂卤虫幼体(A)、轮虫(B)、桡足类幼体(C)及桡足类幼体+蒙古裸腹蚤幼体(D),经20d培育,实验结果显示:投喂(B)、(C)和(D)3组饵料的幼鱼其体长、存活率方面差别不大,而投喂卤虫幼体(A)的幼鱼其体长最小、存活率最低,只有(2.53±0.07)cm和(67.0±5.0)%,多重分析比较还未达到显著性差异水平(P0.05)。20日龄的大海马幼鱼[平均体长(2.72±0.04)cm]分为E、F、G 3组,分别投喂凡纳滨对虾糠虾(仔虾)、冷冻糠虾、卤虫成体作为饵料。经60d培育后,结果表明,其中投喂凡纳滨对虾糠虾(仔虾)作饵料的这组效果最好,幼鱼的体长、存活率分别为(7.29±0.07)cm和(88.5±5.6)%,卤虫成体培育效果最差,体长、存活率只有(6.99±0.12)cm和(71.5±5.1)%。幼鱼体长3.0~5.5cm时,其体长日增长率达到最大,之后随着体长的增加,体长日增长率也随之下降,多重分析比较显示,差异水平显著(P0.05)。     

海洋鱼类仔鱼在早期发育和饥饿期的巡游速度

本文运用红外光源和录象系统首次对大西洋鲱(Clupea harengus L.)的两个地理种群:苏格兰西海岸和波罗的海鲱、大西洋鳕(Gadus morhua L.)和欧洲江鲽(Platichthyslesus L.)由人工授精来源的卵黄囊期仔鱼以及苏格兰西海岸鲱的较大仔鱼(36和60日龄)在早期发育和饥饿期的巡游速度作了测定。仔鱼巡游模式的发育和完善符合种的发育和生长过程。卵黄囊期仔鱼在卵黄囊耗尽前后仍不能建立外源性摄食,或较大仔鱼在停食后,其巡游速度都有增快的倾向,一般均在抵达“不可逆点”(PNR,即the point-of-no-return)前两天左右达到高峰值。所记录到的平均[一次游泳过程或1000毫秒(ms)间期]和最大(20 ms间期)巡游速度的高峰值分别为1.1—1.2和2.3—3.4BL/s(体长/秒,鲱),1.7和5.7BL/s(鳕)以及1.6和4.1BL/s(江鲽)。此外,本文还对饥饿仔鱼的巡游速度和摄食生态的相互关系作了初步探讨。     

美国红鱼(Sciaenops ocellatus)、鲈鱼(Lateolabrax maculatus)、斜带髭鲷(Hapalogenys nitens)耐流性试验研究

采用续航游泳时间评测指标作为评测鱼类游泳能力的方法,对一龄美国红鱼、鲈鱼、斜带髭鲷的续航时间,美国红鱼的临界(游泳)速度以及水温对美国红鱼续航时间影响进行了初步研究。结果表明,三种鱼中,美国红鱼耐流能力最强,其次为鲈鱼和斜带髭鲷。美国红鱼、鲈鱼、斜带髭鲷三种鱼的续航时间(或续航能力)与水流流速呈乘幂递减关系。水温对美国红鱼的游泳能力有显著的影响,试验结果表明,本文研究的美国红鱼,在水温20℃、流速84cm/s下的持续续航时间最长,可认为是该规格美国红鱼最适游泳水温范围。     

杭州湾潮波三维数值模拟

采用“σ坐标下的三维数值模式”来模拟杭州湾三维潮波运动,水平方向上以较小尺度的差分网格覆盖计算区,垂直方向上给予均匀的分层,对占本湾水位谱总能量80％的半日潮波M_2和半日潮波m_1((K_1+O_1)/2)两类进行了数值模拟。水平流动和潮位的计算结果与相应的实测值拟合良好。计算表明,水平潮流具有明显的往复流性质,主要呈东-西方向;流速自湾口向湾顶增加,M_2分潮流最大可达270cm/s左右,m_1分潮流最大可达24cm/s左右。在太阴时1和13时,于湾的中部偏南存在一个弱的逆时针向的大涡旋;在7和19时于上述位置存在一个弱的顺时针向的大涡旋。垂直流速振幅一般为10~(-2)—2×10~(-2)cm/s,最大可达2.5×10~(-2)cm/s,位于乍浦附近的底层水域中。     

仿生机器鱼尾鳍推进效率的多参数优化研究

仿生机器鱼作为一种高效、高机动的水下机器人,得到了科研人员的广泛关注,对BCF方式机器鱼尾鳍推进效率的研究是其中的重点方向。目前对尾鳍推进效率的优化研究,大多局限于尾鳍单一参数的优化,这与自然鱼类的游动状态相差甚远,因而不能真正达到推进效率最大化的目的。本文提出了尾鳍多参数优化方案,通过对尾鳍转动频率、摆动幅值、击水角度和摆动周期等参数的联合优化,得到一组特定游速下的参数值,结果表明本研究对象在游速0.6L m/s时(L为体长),数值计算推进效率为65.7%,仿真推进效率为64.3%的,均大于目前单一参数的优化结果,充分体现了尾鳍多参数配合的优越性。本文的研究,对提高仿生机器鱼的推进效率具有积极作用。     

鱼游泳时为什么背部向上

为什么鱼在游泳时总是背部向上,而不是肚子朝上呢?你也许会说:“因为它知道太阳在上方呗。”可上方是什么方向?深水中的鱼根本见不到阳光,这又怎么来解释呢?科学家们曾在水族箱里做过试验:让光线仅从水箱的两侧射入,而不让光线从上面透入,结果发现鱼会斜着身子游泳,测一下角度,倾斜与垂直方向成45度。为什么它不把背朝上或完全朝向光源呢?原来上部的光被遮挡住,鱼认为有光的侧面是太阳的方向,就试图以背对着太阳;但同时还有另一个因素阻止它偏斜,就是重力在起作用。鱼类的平衡器官——耳石,对地球的重     

三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)肝胰腺内源酶性质的初步研究

内源酶是三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)体内重要的酶,往往会导致梭子蟹死后肌肉组织迅速软化,严重影响了蟹肉的贮藏品质。为了探明该酶的基本特性,本试验从三疣梭子蟹肝胰腺中提取了粗酶,优化了提取方法,并对其部分酶学性质进行初步研究。结果表明:三疣梭子蟹肝胰腺内源酶最佳浸提时间段为4～12 h,酶比活显著高于0～4 h和12～14 h;以酪蛋白为水解底物,内源酶作用最适温度为65℃、最适p H范围为7.0～8.0;丝氨酸蛋白酶特异性抑制剂,包括大豆胰蛋白酶抑制剂(SBTI)和苯甲基磺酰氟(PMSF),对内源酶活力的相对抑制率分别为100%、70.46%±6.27%,显著高于其他抑制剂的相对抑制率,推测丝氨酸蛋白酶为主要内源酶;在硫酸铵分级沉淀中,分别以酪蛋白和Boc-Phe-Ser-Arg-MCA为底物,前者最适盐析浓度为0～70%,后者为30%～70%,酶比活显著高于其他盐浓度;当硫酸铵浓度为40%～60%时,盐析蛋白质含量、粗酶酶活和丝氨酸蛋白酶活均显著高于其他盐浓度。     

三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)冻藏过程中肌肉蛋白质生化特性的变化

以三疣梭子蟹肌肉基本营养成分、蛋白质组成、肌原纤维蛋白含量、Ca~(2+)-ATPase活性、总巯基含量、二硫键含量以及肌原纤维蛋白的SDS-PAGE分析作为指标,研究了三疣梭子蟹在不同冻藏温度下肌肉蛋白质生化特征的变化。结果表明,三疣梭子蟹是典型的高蛋白食品;随着冻藏时间的延长,水溶性蛋白含量先增加后减少,盐溶性蛋白和不溶性蛋白含量逐渐减少,碱溶性蛋白含量逐渐增加;肌原纤维蛋白含量、Ca~(2+)-ATPase活性、总巯基含量随着冻藏时间的延长,均呈现下降趋势,而二硫键含量则呈上升趋势,且–20℃和–40℃两组之间差异显著(P0.05)。SDS-PAGE分析结果表明,组成肌原纤维蛋白的各种蛋白质均有不同程度降解,且–20℃比–40℃组降解更明显。因此,–40℃冻藏对梭子蟹肌肉蛋白质生化特性的影响较小。     

三疣梭子蟹低盐适应相关的SNP开发

盐度是影响三疣梭子蟹人工繁育非常重要的一个环境因素，抗低盐品系的三疣梭子蟹受到水产养殖界的广泛喜爱。分子标记辅助育种可以大大加快良种选育和性状改良的的过程，目前作为第三代的分子标记技术的SNP，广泛应用到三疣梭子蟹耐低盐品系选育过程中。本实验室已有的研究中，通过不同群体分别在盐度11和33下的基因表达差异，构建的比较转录组学数据中总共包含了615条与低渗调节相关的基因片段。为了发掘三疣梭子蟹与低盐适应相关SNP，本研究基于三疣梭子蟹比较转录组学数据研究结果，筛选出低盐调节相关候选基因片段50条，设计引物进行PCR扩增，共得到总长为18511 bp的DNA片段。通过直接测序法在低盐相关片段上发现了85个SNP位点，分布频率为0.46/100 bp，其中转换突变的比例为81%，颠换突变的比例为19%，转换的比例远远大于颠换，符合“transition bias”原理。C/T或G/A突变所占比例为55%；G/T或C/A比例为26%，A/T突变所占比例为12%，G/C突变比例为7%。通过飞行质谱法，在三疣梭子蟹低盐适应性状分离群体中各成功分型了23个SNP位点。通过卡方检验分析发现，8个SNPs与低盐适应显著相关（P<0.05）。其中有三个关联性SNP位点位于表皮蛋白基因上，有三个SNP位点位于三个新基因上，其他两个SNP位点分别位于水通道蛋白和氯离子通道蛋白基因上。这些标记的开发为三疣梭子蟹耐低盐新品种选育方法的建立奠定了良好的基础。     

海洋侧孢短芽孢杆菌Lh-1 株所产多肽R-1 性质分析及作用原理探讨

对海洋侧孢短芽孢杆菌(Brevibacillus laterosporus)Lh-1所产多肽R-1的性质及作用机理进行了研究。R-1对温度和pH稳定,在pH 11.0~12条件下,121℃处理1 h,其活力保持在75%以上。经3种不同浓度的蛋白酶(碱性蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶)处理4 h后,活性保持在80%以上。与常见的金属离子和化学试剂在一起反应,对抗菌肽R-1的活性无明显影响,可以配合一起使用,仅吐温和SDS对其影响较大。氨基酸分析表明,抗菌肽R-1由亮氨酸(Leu)、酪氨酸(Tyr)、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)、赖氨酸(Lys)、甘氨酸(Gly)、蛋氨酸(Met)、丝氨酸(Ser)、丙氨酸(Ala)9种氨基酸组成,其中疏水氨基酸居多。抑菌试验表明R-1的抑菌谱广泛,对经培养分离出来的大肠杆菌及白假丝酵母菌的扫描电境超微结构观察表明,R-1的杀菌机制主要是通过含有带正电荷的Lys与带负电荷的磷脂分子结合,然后R-1的疏水端插入到指示菌的疏水区,改变膜的构象,从而导致菌体的死亡。     

紫扇贝、海湾扇贝及其正反杂交子代群体遗传结构的AFLP分析

本研究应用 AFLP 分子标记技术,对紫扇贝(Argopecten purpuratu, PP)、海湾扇贝(Argopecten irradians, II)、正交子一代(紫扇贝♀×海湾扇贝♂, PI)及反交子一代(海湾扇贝♀×紫扇贝♂, IP)群体的遗传结构进行了分析和比较。用5对AFLP引物扩增得到433个位点,其中多态位点为88.45%;正反交子代中的扩增位点大部分(97.23%)来源于紫扇贝和海湾扇贝;扩增中出现了非孟德尔遗传位点,如紫扇贝和海湾扇贝的部分扩增位点在杂交子代中丢失,正反交子代中出现12个紫扇贝和海湾扇贝中没有的扩增位点;通过多态位点比率、Nei’ s基因多样性、香农式多样性指数、遗传距离和AMOVA分析发现,正反杂交子代之间的遗传分化最小,与紫扇贝和海湾扇贝的遗传分化均显著。     

锰离子对斜生栅藻DHD-3 的生长和油脂积累的调控作用

研究了培养液中不同锰离子浓度对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)DHD-3 的生长、油脂积累以及脂肪酸组成的影响。结果表明, 培养液中不同初始浓度的锰离子对斜生栅藻早期叶绿素积累和生长会产生一定的调节作用, 过高或过低的锰离子都不利于斜生栅藻细胞内叶绿素的积累、微藻的生长和油脂的积累。经过14 d 培养后, 当初始锰离子的添加量为2.72 mg/L 时, 斜生栅藻的生物量和细胞内油脂含量分别达到2.9 g/L 和细胞干重的55.1%, 细胞内油脂含量比对照组提高了11%; 同时, 单位水体中油脂的产量达到了1.6 g/L, 比对照组提高了14%, 但改变锰离子的初始浓度并不对斜生栅藻脂肪酸的组成产生明显影响。     

长肋日月贝的营养成分分析及评价

对野生长肋日月贝(Amusium pleuronectes)的闭壳肌和贝肉其他部分的基本营养成分进行分析.结果表明:闭壳肌的平均质量分数为18.13%±2.15%,超过优良养殖海湾扇贝"中科红".闭壳肌的蛋白质质量比(干质量)为847.62 g/kg,贝肉其他部分蛋白质质量比为662.50 g/kg.必需氨基酸与非必需...     

脱水对条斑紫菜叶状体psbA和psbD基因表达量的影响

从处于不同脱水复水阶段的条斑紫菜(Porphyra yezoensis Ueda)叶状体中提取总RNA,用荧光定量PCR技术检测条斑紫菜不同脱水和复水过程中psbA和psbD基因的转录水平上的相对表达量的变化.实验结果表明,psbA和psbD基因转录水平上的相对表达量的变化趋势相似但变化幅度不一致.在相对含水量约为71...     

Mechanics and control of swimming: a review

The bodies and brains of fish have evolved to achieve control objectives beyond the capabilities of current underwater vehicles. One route toward designing underwater vehicles with similar capabilities is to better understand fish physiological design and control strategies. This paper has two objectives: 1) to review clues to artificial swimmer design taken from fish physiology and 2) to formalize and review the control problems that must be solved by a robot fish. The goal is to exploit fish locomotion principles to address the truly difficult control challenges of station keeping under large perturbations, rapid maneuvering, power-efficient endurance swimming, and trajectory planning and tracking. The design and control of biomimetic swimming machines meeting these challenges will require state-of-the-art engineering and biology.