目前,水产养殖业以每年10%的增速高速发展[1],对水产配合饲料的需求也随之高速增长[2]。由于具有蛋白质含量高、必需氨基酸均衡、消化利用率高等特点,鱼粉成为水产饲料中的优质蛋白质源[3]。然而,全球鱼粉生产已无法满足不断增长的水产养殖需求,持续上涨的鱼粉价格与市场供需不平衡的状况对水产养殖业的发展产生了极大的负面效应。因此,寻找鱼粉的替代原料成为全球水产养殖业的一个重要课题[4]。
由于具有氨基酸组成较为平衡和市场供应稳定等特点,豆粕被广泛应用于水产配合饲料中[5]。罗智等[6]研究发现,以14%的发酵豆粕代替鱼粉饲喂点带石斑鱼(Epinephelus coioides),点带石斑鱼的增重率(WGR)和特定生长率(SGR)等指标均未受到显著影响。Sanderson等[7]研究发现,用豆粕替代饲料中65%的鱼粉时,虹鳟(Oncorhynchus mykiss)的生长也未受到显著影响。而刘襄河等[8]发现,分别以11%和16%的豆粕替代鱼粉饲喂牙鲆(Paralichthys olivaceus)时,牙鲆的生长和饲料利用均未受到显著影响,但当豆粕替代量达到41%时,牙鲆的WGR显著降低。王亚如等[9]在研究豆粕替代鱼粉对花鲈(Lateolabrax maculatus)肠道健康的影响时发现,当豆粕替代量超过50%时,花鲈的肠道组织形态和肠黏膜屏障功能受到损伤。以上研究说明,豆粕对鱼类生长及健康的影响与鱼的种类、饲料中豆粕的添加量等因素密切相关。
乌鳢(Channa argus)广泛分布于我国南北水域,因其生长速度快、营养价值高和养殖潜力大而成为我国优质的经济鱼类。本试验通过在饲料中添加豆粕替代不同比例的鱼粉,研究其对乌鳢生长性能、蛋白质利用和肠道组织形态的影响,以探究乌鳢配合饲料中适宜的豆粕添加量,从而为提高大豆蛋白在鱼类配合饲料中的利用效率、降低饲料成本提供依据。
1 材料与方法 1.1 试验饲料组成及制作参考聂国兴等[10]的研究确定乌鳢的饲养标准及饲料营养水平。对照组(D1组)饲料主要蛋白质源为鱼粉、鸡肉粉、血球蛋白粉和玉米蛋白粉,其中鱼粉的添加量为45%;在对照组饲料的基础上,用豆粕分别替代20%(D2组)、30%(D3组)、40%(D4组)和60%(D5组)的鱼粉,配制4种试验饲料。试验饲料组成及营养水平见表 1,氨基酸组成及含量见表 2。配制饲料前,先将所有原料粉碎过80目筛,混匀后加入鱼油和大豆卵磷脂充分混合,再加入适量水混匀,用双螺杆挤压机(F-26Ⅲ,广州华南理工大学)制成3.0 mm×4.0 mm的颗粒料,于50 ℃干燥后置于-20 ℃冰箱中保存。各组饲料及饲料原料中的营养成分,包括干物质、粗蛋白质、粗脂肪和粗灰分含量参照AOAC(1995)[11]提供的方法测定,饲料中氨基酸含量采用液相色谱法[12]测定。
试验用乌鳢由江苏省盐城市射阳县河丰淡水养殖专业合作社提供,养殖试验在扬州大学水产养殖温室内进行。所有乌鳢于循环水泥池(2.0 m×2.0 m×0.6 m)中暂养2周,并饱食投喂商用配合饲料(浙江兴龙马实业有限公司产品,粗蛋白质含量为45%)。试验开始前所有鱼禁食24 h,然后选择体质健壮、平均体重为(19.07±0.07) g的乌鳢225尾,随机分为5组,每组设3个重复,每个重复放养15尾,养殖容器为200 L的纤维玻璃钢桶。养殖期间,每日投喂试验饲料2次(08:00和18:00),并根据摄食情况调整投喂量至饱食水平,投喂1 h后收集残饵并烘干,试验周期为6周。试验期间连续充气,每日换水量为1/2,养殖水温为27.5~31.5 ℃,溶解氧浓度不低于5.5 mg/L。
1.3 样品采集养殖试验结束后,停喂乌鳢24 h,逐尾鱼称重后记录终末体重,计算WGR和SGR;计数每桶鱼的尾数,计算存活率(SR);烘干并称量收集的残饵,计算饲料系数(FCR)和蛋白质效率(PER)。
每组预留2尾鱼用于肠道组织形态取样,其余称重后逐尾解剖,取全肠道置于离心管中,并立即放入液氮中;去鳞片和表皮,取其背鳍以下、侧线以上的肌肉于密封袋中,该流程在冰上进行。最后将上述所采集的样品置于-80 ℃冰箱保存待测。
将每组预留的2尾乌鳢取出,解剖后取肠道后肠,后肠划分依据参考刘红梅[13]。将后肠切成长度为1 cm左右的小段置于波恩氏液中固定,于4 ℃冰箱保存待测。
1.4 指标测定 1.4.1 生长性能指标生长性能指标计算公式如下:
式中:W0为初始体重(g);Wt为终末体重(g);t为试验天数(d);N0为初始鱼尾数;Nt为终末鱼尾数;It为每尾鱼平均摄入饲料质量(g);Wp为每尾鱼平均摄入蛋白质总量(g)。
1.4.2 肌肉中营养成分含量肌肉中水分、粗蛋白质、粗脂肪和粗灰分含量参照AOAC(1995)[11]提供的方法测定。
1.4.3 肠道蛋白酶活性对全肠道样品称重后,加9倍体积的生理盐水,在冰水浴中匀浆,匀浆液于3 000 r/min离心10 min后取上清,4 ℃保存。肠道中糜蛋白酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶的活性均采用试剂盒测定,组织匀浆液的蛋白质浓度采用考马斯亮蓝法进行测定,所有试剂盒均由南京建成生物工程研究所提供。
1.4.4 肠道组织形态观察采用苏木精-伊红(HE)染色法制作切片后观察肠道组织形态,具体方法参考林佳洁[14]的研究。
1.5 数据统计与分析采用Excel 2003和SPSS 20.0软件对所有数据进行统计分析,数据以平均值±标准差(mean±SD)表示,显著水平为P < 0.05,差异显著时以Turkey’s法检测比较组间差异显著性。
2 结果 2.1 豆粕替代鱼粉对乌鳢生长性能的影响豆粕替代鱼粉对乌鳢生长性能的影响见表 3。豆粕替代不同比例的鱼粉对乌鳢的SR没有产生显著影响(P>0.05)。乌鳢的终末体重、WGR及SGR在D1和D2组间没有显著差异(P>0.05),二者均显著高于D4和D5组(P < 0.05),而D4和D5组间无显著差异(P>0.05);D3组乌鳢的终末体重、WGR及SGR显著低于D1组(P < 0.05),但与其余3组无显著差异(P>0.05)。D4和D5组乌鳢的FCR显著高于其余3组(P < 0.05),但D1、D2和D3组间无显著差异(P>0.05)。D4和D5组乌鳢的PER显著低于其余3组(P < 0.05),并且D3组乌鳢的PER显著低于D1和D2组(P < 0.05),而D1和D2组间无显著差异(P>0.05)。
豆粕替代鱼粉对乌鳢肌肉营养成分含量的影响见表 4。豆粕替代不同比例的鱼粉对乌鳢肌肉中粗蛋白质和粗灰分含量没有显著影响(P>0.05)。乌鳢肌肉水分和粗脂肪含量在D1、D2和D3组间均无显著差异(P>0.05),但当豆粕替代鱼粉比例超过40%时,肌肉水分和粗脂肪含量受到了较大影响,其中D4和D5组肌肉水分含量显著低于D1组(P < 0.05),而粗脂肪含量显著高于D3组(P < 0.05)。
豆粕替代鱼粉对乌鳢肠道蛋白酶活性的影响结果见表 5。随着豆粕替代鱼粉比例的增加,乌鳢肠道糜蛋白酶活性先降低后趋于稳定,其中,D1和D2组间无显著差异(P>0.05),D3组显著低于D1组且显著高于D4和D5组(P < 0.05),而D4和D5组间无显著差异(P>0.05);乌鳢肠道胰蛋白酶活性以D1组最高,D5组最低,但D2、D3和D4组间无显著差异(P>0.05),且D3、D4和D5组间无显著差异(P>0.05);乌鳢肠道胃蛋白酶活性以D5组最低,且显著低于D1和D2组(P < 0.05),但D1、D2、D3和D4组间无显著差异(P>0.05),同时D3、D4和D5组间也无显著差异(P>0.05)。
如图 1所示,豆粕替代不同比例鱼粉不同程度地影响了乌鳢的肠道组织形态。其中,D1和D2组乌鳢肠道结构完整,褶皱长而紧密,肠壁完整;D3组乌鳢肠道肠壁厚度不均匀,肠道褶皱形态与D1组差异不大,但褶皱相对稀疏且宽度较大,部分褶皱受到破坏;与D1和D2组相比,D4和D5组乌鳢肠道肠壁增厚,褶皱短而粗、分布稀疏,且多处褶皱受到损伤。
研究表明,豆粕替代饲料中高比例的鱼粉会对鱼类的生长性能产生不利影响。例如,李宗升[15]的研究发现,随着豆粕替代鱼粉比例(0、20%、30%、40%)的提高,大菱鲆(Scophthalmus maximus)幼鱼的SGR和WGR呈现下降趋势,FCR有上升趋势。谢敏等[16]研究发现,当饲料中使用超过20%的豆粕替代鱼粉时,鳡鱼(Elopichthys bambusa)的WGR和SGR显著下降,FCR显著升高。饲料中豆粕替代鱼粉高比例引起生长性能下降可能与肠道健康和豆粕氨基酸不平衡有关。
张帆等[17]研究表明,当大黄鱼(Larimichthys crocea)饲料中豆粕替代鱼粉比例为40%~45%时,肠壁的厚度明显变小。张锦秀等[18]使用分离大豆蛋白替代不同鱼粉,研究其对幼建鲤(Cyprinus carpio var. Jian)肠道组织结构的影响时也发现,当饲料中豆粕添加量为60%~100%时,幼建鲤的前、后肠出现上皮顶端细胞脱落、固有层变宽,肠上皮完整性受损。在本研究中,当豆粕替代鱼粉比例超过30%时,乌鳢肠道内多处褶皱出现破裂,且褶皱高度明显降低,肠道组织结构受到损伤,从而严重影响了乌鳢的肠道健康。该结论与Escaffre等[19]的研究结果一致,即:豆粕替代一定比例的鱼粉会造成鱼类肠道组织的破坏,从而对鱼类的肠道健康产生不利影响[20]。实际上,大豆原料中固有的抗营养因子,如蛋白酶抑制因子、大豆凝集素、大豆皂苷和植酸等,能够通过改变鱼类肠道黏膜形态和通透性,显著降低饲料中的蛋白质的利用率,从而影响鱼体对饲料中营养物质的吸收和利用[21]。例如,Krogdahl等[22]通过向鱼粉基础饲料中添加不同水平的胰蛋白酶抑制因子(0、0.74%、1.11%、1.48%)饲喂虹鳟,结果发现虹鳟的蛋白质消化率由93%降低至70%,且肠道蛋白酶活性与蛋白质消化率呈线性相关;Wee等[23]研究发现,饲料中添加5~10 g/kg的植酸会使鲤鱼(Cyprinus carpio)的生长性能显著下降;Buttle等[24]的研究揭示,大豆凝集素在鱼体内能够与肠道上皮细胞结合,从而导致鱼类肠道的病理性变化。在本研究中,当豆粕替代鱼粉比例超过30%时,饲料中的胰蛋白酶抑制因子含量根据李莹等[25]的方法估算超过1.35 mg/kg,而乌鳢的肠道褶皱高度变低、分布稀疏,FCR显著上升,故高添加量的豆粕对肠道健康的影响可能与豆粕中的抗营养因子有关,在乌鳢中二者的相关性还需要进一步的研究。另外,蛋白酶作为鱼类肠道内的重要蛋白质分解酶[26],其活性能够反映鱼类对饲料蛋白质的分解能力[27]。在本研究中,乌鳢肠道中胰蛋白酶、糜蛋白酶和胃蛋白酶的活性随着饲料中豆粕添加量的升高而降低,表明较高添加量的豆粕影响了乌鳢对饲料蛋白质的利用。
研究证明,豆粕对鱼类生长和饲料利用的影响也与豆粕中氨基酸组成和含量的不平衡有关[28]。Andrews等[29]也认为大豆蛋白的氨基酸不平衡是其与鱼粉蛋白的差异之处。艾庆辉等[28]研究发现,大豆蛋白的过量使用将造成饲料中氨基酸组成和含量的不平衡。在本研究中,随着饲料中豆粕添加量的增加,饲料中蛋氨酸的含量呈明显的下降趋势,而谷氨酸的含量逐渐上升。Nwanna等[30]研究表明,饲料中蛋氨酸缺乏会显著降低鲤鱼的蛋白质和脂肪沉积量。Sveier等[31]研究发现,饲料中蛋氨酸缺乏会显著降低大西洋鲑(Salmo salar)的生长性能和蛋白质利用率。在本研究中,随着豆粕替代鱼粉比例的增加,乌鳢的FCR逐渐上升,而WGR则逐渐下降。冷向军等[32]研究发现,在无鱼粉饲料中添加蛋氨酸能显著提高奥尼罗非鱼(Oreochromis nilotieus×O. aureus)的生长性能和营养物质消化率。同时,Caballero-Solares等[33]研究发现使用添加谷氨酸的饲料饲喂大西洋鲷(Sparus aurata)能提高大西洋鲷体脂肪的含量。Zhao等[34]在研究饲料中添加谷氨酸对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)的影响时发现,谷氨酸添加量为16 g/kg组草鱼肠道的褶皱高度和胰蛋白酶活性显著低于谷氨酸添加量为8 g/kg组。本研究结果表明,随着饲料中谷氨酸含量的提高,乌鳢肌肉中粗脂肪含量逐渐上升,并且高替代比例组(D4和D5组)的肠道褶皱高度明显降低。此外,大豆中的非淀粉多糖会降低鱼类对脂肪的吸收和利用[35]。王裕玉等[36]在饲料中添加不同水平的豆粕,发现乌苏里拟鲿(Pseudobagrus ussuriensis)的体成分有显著变化,高豆粕组肌肉中粗蛋白质和粗脂肪含量显著降低。但在本研究中,肌肉中粗脂肪含量却随着豆粕添加量的增加而逐渐上升,推测造成这一结果的原因可能与饲料中谷氨酸的含量有关,据报道,谷氨酸能显著增强鱼类对脂肪的吸收与利用[33]。
除了以上因素外,鱼类对豆粕的耐受能力还与鱼的种类和生长阶段等因素有关[37]。例如,Lin等[38]分别用0、25%、50%、75%、100%的豆粕替代鱼粉饲养奥尼罗非鱼幼鱼8周后发现,当饲料中豆粕替代鱼粉比例小于75%时,对奥尼罗非鱼的生长性能和饲料效率无显著影响,当豆粕替代鱼粉比例达到100%时,奥尼罗非鱼的生长性能和饲料效率均显著降低。张帆等[17]在研究豆粕替代0、35%、40%、45%的鱼粉对大黄鱼幼鱼的影响时发现,豆粕替代35%的鱼粉对大黄鱼的生长性能、肠道和肝脏组织结构没有产生显著影响,但当豆粕替代鱼粉比例超过35%时,大黄鱼肠道蛋白酶活性显著降低,且肠道厚度变小、小肠绒毛稀疏。本研究中,当豆粕替代鱼粉比例为20%时,乌鳢的WGR、SGR和FCR与纯鱼粉对照组(D1组)无显著差异,且PER显著高于纯鱼粉对照组,同时该替代比例的豆粕对乌鳢肠道蛋白酶活性和肠道结构未产生显著影响;但当豆粕替代比例超过20%时,乌鳢的WGR和PER显著降低,FCR显著升高,蛋白酶活性呈下降趋势,并且肠道结构受到破坏。
4 结论当乌鳢饲料中豆粕替代鱼粉的比例超过20%时,乌鳢的肠道褶皱短而粗、分布稀疏、部分褶皱受到明显损伤,蛋白酶活性显著下降,饲料利用效率和PER及乌鳢的WGR和SGR均显著降低。因此,在本试验条件下,乌鳢饲料中豆粕替代鱼粉的比例不宜超过20%。
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