Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 8: 5242 - 5253

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.446

RESEARCH PAPER

Effects of Supplementing Methionine in Fish Meal and Soybean Meal Free Diet on Growth Performance, Nitrogen Cycle and Amino Acid Deposition of Common Carp (Cyprinus carpio) and Feeding Strategy of Supplementing Crystal Amino Acid Diet

  • LIANG Xiaofang , 1 ,
  • ZHENG Yinhua 1 ,
  • WANG Jie 1 ,
  • WANG Hao 1, 2 ,
  • WU Xiufeng 1 ,
  • MENG Peng 2 ,
  • HE Juyun 3 ,
  • XUE Min , 1, 4, *
Expand
  • 1 Institute of Feed Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
  • 2 Xinjiang Chengrunjinlan Biotech Co., Ltd., Kuche 842099, China
  • 3 Evonik Degussa (China) Co., Ltd., Branch Company in Guangzhou, Guangzhou 510050, China
  • 4 Laboratory of Green Intelligent Feed Processing Equipment, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangzhou 225100, China
*professor, E-mail:

Received date: 2024-01-31

  Online published: 2024-08-12

Fold

Abstract

The aim of this study was to investigate the effects of supplementing methionine (Met) in fish meal and soybean meal free diet on growth performance, nitrogen cycle and amino acid deposition, as well as the effects of feeding frequency and supplementing Met on plasma amino acid contents after meal of common carp (Cyprinus carpio). A total of 540 juvenile common carp with an initial body weight of 27 g were randomly divided into 2 groups (groups C and M) with 9 replicates per group and 30 fish per replicate. Fish in the groups C and M were fed fish meal and soybean meal free diets with the Met (DL-Met form, purity was 98%) supplemental levels were 3.85 and 6.83 g/kg diet (1.14 and 1.99 g/16 g N), respectively. After the 8-week growth trail, the body weight was weighed, and the feeding frequency experiment was continued for 1 week after sampling. In the feeding frequency trial, the fish in groups C and M were randomly divided into 3 groups with feeding frequency of 1, 2 and 3 times, respectively, with a total of 6 groups, and there were 3 replicates per group and 25 fish per replicate. Plasma samples were collected at different postprandial time points to determine plasma free amino acid contents. The results showed as follows: 1) supplementing Met in the fish meal and soybean meal free diet significantly improved the total feeding intake, specific growth rate and protein efficiency ratio (P<0.05), and significantly decreased the feeding rate and feed conversion rate (P<0.05). 2) Compared with the group C, the nitrogen intake of group M was increased from 54.33 g/tank to 60.73 g/tank, but the nitrogen lose was decreased from 41.08 g/tank to 37.93 g/tank, the amino acid, total essential amino acid and total non-essential amino acid retention rates were significantly increased (P<0.05), and the plasma urea nitrogen and total cholesterol contents were significantly decreased (P<0.05). Supplementing Met in the fish meal and soybean meal free diet with 3 times a day feeding frequency could significantly increase the plasma lysine (Lys) and Met area under the curve (AUC) (P<0.05). In conclusion, supplementing Met in the fish meal and soybean meal free diet to the requirement of common carp, the growth performance, feed efficiency and nitrogen retention of common carp can be significantly improved under the 3-times daily feeding mode. Increasing feeding frequency is an effective way to improve the utilization rate of crystal amino acids.

Key words： common carp; fish meal and soybean meal free diet; methionine; feeding frequency; postprandial kinetics

Cite this article

LIANG Xiaofang , ZHENG Yinhua , WANG Jie , WANG Hao , WU Xiufeng , MENG Peng , HE Juyun , XUE Min . Effects of Supplementing Methionine in Fish Meal and Soybean Meal Free Diet on Growth Performance, Nitrogen Cycle and Amino Acid Deposition of Common Carp (Cyprinus carpio) and Feeding Strategy of Supplementing Crystal Amino Acid Diet[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(8) : 5242 -5253 . DOI: 10.12418/CJAN2024.446

鱼粉和豆粕是水产动物饲料中的主要蛋白质源,然而受限于我国国情和资源禀赋,国产鱼粉、大豆受海洋资源与耕地面积、品种单产等因素影响,无法满足需要,2022年对外依存度均高于80%。同时,受地区冲突、气候变化、新冠疫情等多种因素影响,2023年鱼粉价格达到历史高位,一度突破2万元/t,同时带动豆粕价格超过5 000元/t。因此,无鱼粉无豆粕多元化饲料配方是一种新的尝试[1]。水生动物相比于陆生畜禽动物,对饲料中蛋白质需求量较高,饲料的蛋白质源成本大约占饲料总成本的60%。《2023中国渔业统计年鉴》显示,2022年我国养殖鱼类总产量2 903万t,其中淡水鱼类2 710万t,占比高达93.4%,淡水鱼类中鲤(Cprinus carpio L.)产量284.3万t,为吃食性鱼类产量第三[2]。鲤饲料以植物性原料为主,包括豆粕、棉籽粕、菜籽粕及非常规地源性原料,蛋氨酸为第一限制性氨基酸[3-4]。水产动物是否能够有效利用晶体氨基酸一直存在争议,例如晶体氨基酸与蛋白质不能同步吸收[5]、在饲料加工过程中高温高压条件下产生美拉德反应[6]、鱼类对晶体氨基酸的利用率较蛋白质源本身的氨基酸利用率低等。但近年来,氨基酸平衡理论已经被普遍接受,通过补充晶体氨基酸满足营养需求可以显著提高鱼类的生长性能,提高蛋白质和氨基酸沉积,减少氮排放[4,7]。
鱼类对饲料中蛋氨酸需求量在0.5%~1.7%(1.2~4.5 g/16 g N),并随着饲料中半胱氨酸含量增加而下降[4]。鲤幼鱼饲料中蛋氨酸需求量为0.76%~1.20%或2.0~3.3 g/16 g N[3,8-9],经荟萃分析(Meta-analysis),鱼类饲料中含2 g/16 g N蛋氨酸可满足生长需求[7]。本试验目的是研究基于无鱼粉无豆粕基础饲料中补充蛋氨酸后对鲤生长性能、氮循环与氨基酸沉积率的影响,并通过研究不同投喂频率下鲤餐后血浆游离氨基酸水平变化,确定鲤对晶体氨基酸的利用规律,为鲤多元化饲料配方精准营养提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验饲料与饲养管理

基础饲料(命名为C)为无鱼粉无豆粕的蛋氨酸缺乏饲料,主要蛋白质源为豌豆浓缩蛋白和喷雾干燥血球粉,二者氨基酸组成中均缺乏蛋氨酸。在饲料C的基础上添加3 g/kg蛋氨酸(DL-蛋氨酸形式,纯度为98%)至饲料蛋氨酸含量基本满足鲤需求(2 g/16 g N),并将该饲料命名为M。2种试验饲料均以双螺杆膨化机加工为浮性颗粒饲料(粒径为2.0 mm),自然风干后于-20 ℃冰箱中保存。试验饲料组成及营养水平见表1,试验饲料氨基酸组成见表2。
表1 试验饲料组成及营养水平(风干基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis) %

项目
Items		 含量Content
C M
原料Ingredients
豌豆浓缩蛋白Pea protein concentrate 26.30 26.30
喷干血球粉Spray-dried blood meal 6.50 6.50
面粉Wheat flour 56.98 56.98
沸石粉Zeolite 2.20 2.20
豆油Soybean oil 3.50 3.50
维生素和矿物质预混料Vitamin and mineral premix1) 1.20 1.20
磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2 3.00 3.00
L-谷氨酸L-glutamic acid 0.32
DL-蛋氨酸DL-methionine (98%) 0.32
合计Total 100.00 100.00
营养水平Nutrient levels2)
水分Moisture 6.17 6.64
粗蛋白质Crude protein 33.77 34.32
粗脂肪Crude lipid 3.84 3.86
粗灰分Ash 6.17 6.64
总能Gross energy/(MJ/kg) 17.82 17.94

1)维生素和矿物质预混料为每千克饲粮提供 The vitamin and mineral premix provided the following per kg of diets:VA 24 000 IU,VB1 10 mg,VB2 12 mg,VB6 10 mg,VB12 (1%) 4 mg,VD3 160 000 IU,VE 200 mg,VK3 7 mg,生物素 biotin 1 mg,叶酸 folic acid 3 mg,D-泛酸 D-pantothenic acid 30 mg,烟酸 nicotinic acid 50 mg,VC (35%) 200 mg,肌醇 inositol 200 mg,氯化胆碱 choline chloride 2 000 mg,抗氧化剂 antioxidant 100 mg,MgSO4·7H2O 2 000 mg,NaHCO3 20 mg,FeSO4·7H2O 300 mg,ZnSO4·7H2O 220 mg,MnSO4·7H2O 25 mg,KIO3 5 mg,Na2SeO3 (10% Se) 5 mg,CoCl·6H2O (10% Co) 5 mg,沸石 zeolite 6 669 mg。

2) 营养水平均为实测值。Nutrient levels were measured values.

表2 试验饲料氨基酸组成(分别以g/kg和g/16 g N表示)

Table 2 Amino acid composition of experimental diets (expressed as g/kg and g/16 g N, respectively)

项目
Items		 C M C M
g/kg g/16 g N
必需氨基酸EAA
蛋氨酸Met 3.85 6.83 1.14 1.99
精氨酸Arg 22.40 22.40 6.63 6.53
组氨酸His 11.10 11.00 3.29 3.21
异亮氨酸Ile 12.30 12.20 3.64 3.56
亮氨酸Leu 29.80 29.70 8.82 8.66
赖氨酸Lys 21.90 22.20 6.49 6.47
苯丙氨酸Phe 18.80 18.90 5.57 5.51
苏氨酸Thr 11.00 10.90 3.26 3.18
缬氨酸Val 17.80 17.90 5.27 5.22
非必需氨基酸NEAA
天冬氨酸Asp 34.10 34.00 10.10 9.91
丝氨酸Ser 16.10 15.90 4.77 4.64
甘氨酸Gly 13.40 13.40 3.97 3.91
丙氨酸Ala 15.70 15.80 4.65 4.61
胱氨酸Cys 3.50 3.60 1.04 1.05
谷氨酸Glu 67.90 65.30 20.11 19.04
脯氨酸Pro 17.90 18.70 5.30 5.45
试验鲤幼鱼购自北京水产研究所良种场,养殖试验在中国农业科学院饲料研究所国家水产饲料安全评价基地(南口)循环水系统中进行。试验鱼在养殖系统中适应2周后开始正式试验,适应期间饲喂商业饲料。试验所用鲤幼鱼初始体重(27±1) g,将其随机分为2组,按照所喂试验饲料分别命名为C组(对照组)和M组,每组9个重复,每个重复30尾鱼,每日投喂3次,持续8周。期间记录每桶鱼日摄食量,养殖试验结束后饥饿24 h,每桶称重,并随机取2尾鱼,使用300 mg/L三氯叔丁醇麻醉后,单独称重并尾静脉采血,称取内脏团和肝胰脏称重。试验鱼采样之后继续进行投喂频率试验,将投喂饲料C和M的试验鱼分别分成3组,日投喂率分别设为1(投饲时间:08:00)、2(投饲时间:08:00和16:00)和3次(投饲时间:08:00、14:00和20:00),每组3个重复,每个重复25尾鱼,6个组分别命名为F1C、F1M、F2C、F2M、F3C、F3M组。其中F1C和F1M组采样时间点为餐后1、3、5、7、9、11、13 h;F2C、F2M、F3C和F3M组采样时间点为第1餐后1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21 h,每个采样点每桶取2尾鱼,血液样品置于含有肝素钠抗凝剂离心管中,4 ℃、1 000×g离心10 min后取血浆,-20 ℃保存。
养殖期间,循环水系统水温维持在23~26 ℃,水体溶解氧浓度≥6.0 mg/L,pH在7.5~8.5,氨氮(NH4-N)浓度≤0.4 mg/L,亚硝基氮(NO2-N)浓度≤0.1 mg/L,持续充氧,以日光灯控制光照与黑暗时间,光照节律为14L∶10D。

1.2 检测指标与方法

饲料和鱼体水分、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分、氨基酸含量和总能分别按照GB/T 6435—2014、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 6438—2007、GB/T 18246—2019和ISO9831—1998.08.01规定的方法检测。
血浆游离氨基酸含量由赢创(中国)投资有限公司北京实验室(S-433D,德国)检测。血浆总蛋白(total protein,TP)、尿素氮(urea nitrogen,UN)、总胆固醇(total cholesterol,TC)和甘油三酯(triglyceride,TG)含量利用酶标仪采用南京建成生物工程研究所生产的试剂盒测定。

1.3 计算公式

特定生长率(specific growth rate,SGR,%/d)=100×(ln末均重-ln初均重)/试验天数;
摄食率(feeding rate,FR,% BW/d)=100×总摄食量/[(末均重+初均重)/2×试验天数];
饲料系数(feed conversion rate,FCR)=总摄食量/(末均重-初均重);
蛋白质效率(protein efficiency ratio,PER)=(末均重-初均重)/(总摄食量×饲料粗蛋白质含量);
肥满度(condition factor,CF,g/cm3)=体重/体长3;
肝体比(hepaticsomatic index,HSI,%)=100×肝胰脏重量/体重;
脏体比(viscerasomatic index,VSI,%)=100×内脏团重量/体重;
氮摄入量(N intake,g/桶)=总摄食量×饲料氮含量;
氮沉积量(N retention,g/桶)=终末鱼体重×终末鱼体氮含量-初始鱼体重×初始鱼体氮含量;
氮排放量(N loss,g/桶)=氮摄入量-氮沉积量;
氮沉积率(N retention rate,%)=100×氮沉积量/氮摄入量;
氨基酸沉积量(amino acid retention,g/桶)=终末鱼体重×终末鱼体氨基酸含量-初始鱼体重×初始鱼体氨基酸含量;
氨基酸摄入量(amino acid intake,g/桶)=总摄食量×饲料氨基酸含量;
氨基酸沉积率(amino acid retention rate,%)=100×氨基酸沉积量/氨基酸摄入量。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Statistica 10.0软件进行统计分析,数据用平均值±标准差表示,生长试验结果采用t检验,餐后血浆氨基酸代谢动力学结果采用双因素方差分析(two-way ANOVA)进行分析,P<0.05视为差异显著,并采用Duncan氏法进行多重比较检验。

2 结果与分析

2.1 生长性能

试验期间所有组鲤存活率均为100%。在日投喂频率为3次的饲喂模式下,与C组相比,饲料中补充蛋氨酸(M组)显著提高了试验鱼的总摄食量、SGR和PER(P<0.05),但显著降低了FR和FCR(P<0.05,表3);此外,2组试验鱼的肥满度和脏体比没有显著差异(P>0.05),但饲料中补充蛋氨酸显著降低肝体比(P<0.05,表3)。
表3 补充蛋氨酸对鲤生长性能和形体指标的影响

Table 3 Effects of Met supplementation on growth performance and morphological indexes of common carp (n=9)

项目
Items		 组别Groups
C M
生长性能指标Growth performance indexes
特定生长率SGR/(%/d) 1.65±0.04a 2.17±0.03b
总摄食量FC/(g/尾) 33.51±0.70a 36.86±0.48b
摄食率FR/(% BW/d) 2.32±0.02b 2.05±0.02a
饲料系数FCR 1.50±0.03b 1.06±0.02a
蛋白质效率PER 197.43±4.39a 276.25±4.42b
形体指标Morphological indexes
肥满度CF/(g/cm3) 1.84±0.02 1.88±0.02
肝体比HSI/% 2.58±0.14b 2.20±0.20a
脏体比VSI/% 11.75±0.35 12.13±0.74

同行数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

Values in the same row with different superscript letters are significantly different (P<0.05). The same as below.

2.2 氮循环和氨基酸沉积率

由表4可知,与C组相比,M组试验鱼氮摄入量从54.33 g/桶显著提高到60.73 g/桶(P<0.05),相反,M组氮排放量从41.08 g/桶显著降低到37.93 g/桶(P<0.05),即减少了8%的氮排放量;此外,M组试验鱼的各氨基酸以及总必需氨基酸和总非必需氨基酸沉积率均显著提高(P<0.05)。
表4 补充蛋氨酸对鲤氮循环和氨基酸沉积率的影响

Table 4 Effects of Met supplementation on nitrogen cycle and amino acid retention rates of common carp (n=9)

项目
Items		 组别Groups
C M
氮循环指标Nitrogen cycle indexes
氮摄入量N intake/(g/桶) 54.33±1.13a 60.73±0.80b
氮排放量N lose/(g/桶) 41.08±0.80b 37.93±0.71a
氮沉积率N retention rate/% 24.37±0.70a 37.55±0.40b
氨基酸沉积率AA retention rate/%
蛋氨酸Met 43.76±1.44a 51.57±1.94b
精氨酸Arg 21.94±1.58a 33.98±0.43b
组氨酸His 18.05±1.62a 27.43±0.53b
异亮氨酸Ile 28.31±0.84a 43.43±1.60b
亮氨酸Leu 19.50±0.61a 29.50±0.92b
赖氨酸Lys 28.23±0.79a 42.32±1.14b
苯丙氨酸Phe 16.48±0.84a 24.87±0.53b
苏氨酸Thr 31.36±0.95a 47.95±1.00b
缬氨酸Val 29.72±0.74a 40.04±1.00b
总必需氨基酸TEAA 26.37±0.97a 37.90±0.90b
总非必需氨基酸TNEAA 26.42±0.92a 39.62±0.76b

2.3 空腹血浆生理指标及投喂频率对餐后血浆游离氨基酸含量的影响

从图1可以看出,2组试验鱼空腹(餐后24 h)血浆TP和TG含量没有显著差异(P>0.05),M组血浆UN和TC含量较C组显著下降(P<0.05)。鲤饲喂2种试验饲料8周后,经过1周投喂频率试验,餐后不同时间点血浆蛋氨酸、赖氨酸、必需氨基酸和非必需氨基酸代谢动力学结果见图2至图5。
图1 餐后24 h鲤血浆TP、UN、TG和TC含量

“*”表示差异显著(P<0.05)。The significant difference is marked with “*”.

Fig.1 Plasma TP, UN, TG and TC contents at postprandial 24 h of common carp (n=18)

图2 不同投喂频率对鲤餐后不同时间血浆蛋氨酸含量的影响

图A、B、C中红色箭头表示不同投喂频率下的投喂时间。图D中C/M表示补充蛋氨酸的影响,以“*”表示差异显著(P<0.05);FF表示投喂频率的影响,以不同大写字母表示差异显著(P<0.05);Inter表示交互作用的影响,以不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下图同。

Fig.2 Effects of various feeding frequencies on plasma Met content at different time after meal of common carp

In figures A, B and C, the red arrow shows the feeding time with various feeding frequency. In figure D, C/M mean the effect of Met supplementation effect, and the significant difference is marked with “*” (P<0.05); FF mean the effect of feeding frequency, and the significant difference is marked with different uppercase letters (P<0.05) ; Inter mean the effect of interaction, and the significant difference is marked with different lowercase letters (P<0.05). The same as below.

图3 不同投喂频率对鲤餐后不同时间血浆赖氨酸含量的影响

Fig.3 Effects of various feeding frequencies on plasma Lys content at different time after meal of common carp

图4 不同投喂频率对鲤餐后不同时间血浆必需氨基酸含量的影响

Fig.4 Effects of various feeding frequencies on plasma EAA content at different time after meal of common carp

图5 不同投喂频率对鲤餐后不同时间血浆非必需氨基酸含量的影响

Fig.5 Effects of various feeding frequencies on plasma NEAA content at different time after meal of common carp

日投喂频率为1次时,2组试验鱼血浆蛋氨酸含量峰值均出现在餐后5 h,之后持续下降,在餐后13 h下降到空腹水平(图2-A)。日投喂频率为2次时,C组试验鱼血浆蛋氨酸含量峰值仍出现在餐后5 h,接续第2次投喂后,保持至第1次投喂后19 h下降到空腹水平;M组试验鱼血浆蛋氨酸含量在第1次投喂后5 h出现第1个小峰值后稍有下降,在第2次投喂后5 h(即第1次投喂后13 h)达到第2个高峰后下降(图2-B)。日投喂频率增加到3次后,C组试验鱼血浆蛋氨酸含量在第1次投喂后1 h即接近峰值,之后维持至15 h;M组验鱼血浆蛋氨酸含量在第1次投喂后持续升高,到第2次投喂后1 h达到峰值,2组试验鱼对第3次投喂均存在滞后反应,血浆蛋氨酸含量总体水平下降(图2-C)。以曲线下面积(AUC)评价饲喂2种试验饲料的鲤血浆蛋氨酸库(Met pool)的总量,结果显示添加蛋氨酸和提高投喂频率均显著提高了血浆蛋氨酸AUC(P<0.05,图2-D)。
日投喂频率为1次时,2组试验血浆赖氨酸含量随餐后时间变化趋势基本一致,峰值均在餐后5 h呈现(图3-A)。日投喂频率为2次时,2组试验鱼血浆赖氨酸含量峰值出现在餐后3 h,接续第2次投喂后,C组基本维持峰值水平至19 h,M组在第2次投喂后5 h达到第2次峰值后下降(图3-B)。日投喂频率为3次时,C组试验鱼血浆赖氨酸含量持续升高,至第2次投喂后5 h达到高峰后回落,第3次投喂同样存在滞后反应,而M组血浆赖氨酸含量持续维持至第3次投喂后2 h(即第1次投喂后17 h)(图3-C)。投喂频率为1和2次对试验鱼餐后血浆赖氨酸AUC没有显著影响(P>0.05),但随着投喂频率增加,血浆赖氨酸AUC显著提高(P<0.05),投喂频率达到3次时在饲料中补充蛋氨酸可显著提高血浆赖氨酸AUC(P<0.05,图3-D)。
组试验鱼血浆必需氨基酸含量随餐后时间变化总体呈现与血浆赖氨酸含量变化规律一致的趋势(图4-A至图4-C)。同样,投喂频率为1和2次对试验鱼餐后血浆必需氨基酸AUC没有显著影响(P>0.05),随着投喂频率增加,血浆必需氨基酸AUC显著提高(P<0.05),投喂频率达到3次时饲料中补充蛋氨酸可显著提高血浆必需氨基酸AUC(P<0.05),补充蛋氨酸和投喂频率二者没有显著的交叉影响(P>0.05,图4-D)。
日投喂频率为1次时,2组试验鱼血浆非必需氨基酸含量同样出现在餐后5 h,且C组峰值较M组稍高(图5-A)。日投喂频率为2次时,C组血浆非必需氨基酸含量第1次峰值出现在第1次投喂后5 h,在第2次投喂后1~9 h维持较高水平,之后下降;M组血浆非必需氨基酸含量在第1次投喂后1 h稍上升并维持至第2次投喂,之后在第2次投喂后5 h达到峰值(图5-B)。日投喂频率为3次时,2组试验鱼餐后血浆非必需氨基酸含量变化趋势基本一致(图5-C)。图5-D显示,补充蛋氨酸对血浆非必需氨基酸AUC没有显著影响(P>0.05);投喂2和3次组血浆非必需氨基酸AUC显著高于投喂1次组(P<0.05),F3M组(投喂3次,补充蛋氨酸)与F1C组(投喂1次,不补充蛋氨酸)血浆非必需氨基酸AUC没有显著差异(P<0.05),但显著高于其他组(P>0.05)。

3 讨论

3.1 无鱼粉无豆粕饲料中补充蛋氨酸对鲤生长性能的影响

动物生长过程中对蛋白质的需求实质为对氨基酸的需求,氨基酸是蛋白质合成的基础,也是激素、神经递质和一些功能性代谢物的前体,对于鱼类来说,还是重要的能量来源[4]。鱼粉和豆粕是水产动物饲料中最主要的蛋白质源,但我国鱼粉和豆粕80%以上依赖进口,且价格波动极大。对于大宗淡水鱼类养殖品种,如鲤,鲫、草鱼、罗非鱼等,饲料中以植物饼粕为主要蛋白质源,蛋氨酸成为其饲料中的第一限制性氨基酸。本研究中,基础饲料采用无鱼粉无豆粕型配方,主要蛋白质源为豌豆蛋白和喷雾干燥血球粉,二者含硫氨基酸含量均较低,因此试验饲料C的蛋氨酸水平仅为3.85 g/kg(1.14 g/16 g N),远低于鲤的需求;2种试验饲料中其他必需氨基酸,除苏氨酸含量稍低外,其他氨基酸含量均符合理想氨基酸模式(表2)。在饲料中胱氨酸含量为3.6 g/kg,补充蛋氨酸至蛋氨酸含量为6.83 g/kg (1.99 g/16 g N)后,鲤的生长性能得到显著提升,SGR提高31.5%,PER提高40.1%,FCR降低29.3%。由此可见,饲料中限制性氨基酸的有效补充对提高鱼类生长性能和饲料利用效率至关重要。Liang等[10]使用发酵豆粕梯度替代鱼粉后,花鲈(Lateolabrax japonicus)饲料中限制性氨基酸顺序分别为蛋氨酸、苏氨酸和赖氨酸,限制性氨基酸摄入量与花鲈生长性能存在显著线性相关。
受基础饲料原料组成、半胱氨酸含量、蛋氨酸来源、研究方法、评价指标、个体大小、养殖条件等因素影响,不同鱼类的蛋氨酸需求量差异较大,为0.5~1.7 g/kg饲料(1.2~4.5 g/16 g N)[4]。Schwarz等[11]采用大豆蛋白、明胶和豌豆为主要蛋白质源(半胱氨酸含量为4.2 g/kg饲料),以DL-蛋氨酸为蛋氨酸来源,确定鲤蛋氨酸需求量为8.6 g/kg 饲料(2.13 g/16 g N);Xiao等[9]报道,半胱氨酸含量为8 g/kg时,以蛋氨酸羟基类似物(MHA)为蛋氨酸来源,鲤对蛋氨酸需求量为8.2 g/kg饲料(2.6 g/16 g N);Tang等[8]研究显示,当基础饲料中半胱氨酸含量为3.0 g/kg,以DL-蛋氨酸设计饲料蛋氨酸梯度,鲤的蛋氨酸需求量提高至12 g/kg饲料(3.3 g/16 g N);尹子煜等[3]以蛋氨酸二肽(Met-Met)为蛋氨酸来源,在饲料半胱氨酸含量为4.4 g/kg时,鲤的蛋氨酸需求量为7.6~8.1 g/kg(2.0~2.1 g/16 g N)。Xing等[7]通过荟萃分析,以折线模型获得养殖鱼类蛋氨酸和总含硫氨基酸需求量分别为2~3 g/16 g N和3.5 g/16 g N。本研究综合所有报道,基于应用成本最低原则,M组以DL-蛋氨酸为蛋氨酸来源补充饲料蛋氨酸含量至1.99 g/16 g N,虽然达到所有相关报道满足鲤生长需求量的低限,但总含硫氨基酸(蛋氨酸+胱氨酸)与赖氨酸比例仅为46.7%,稍低于理想氨基酸模式(52%)[4],在成本允许的条件下,进一步补充蛋氨酸或半胱氨酸仍有提升鲤生长性能和饲料效率的可能。
氨基酸平衡不仅直接影响到鱼类生长和代谢,还会影响摄食行为[10,12],鱼粉是最接近鱼类理想氨基酸模型的蛋白质原料,同时富含游离氨基酸,适口性好,植物、陆生动物蛋白以及近年来发展迅速的昆虫蛋白、单细胞蛋白替代鱼粉后,均存在氨基酸不平衡、适口性差、消化率偏低、存在抗营养因子等问题。研究发现,与适量组相比,苏氨酸和色氨酸缺乏或过量50%均会抑制欧鲈(Dicentrarchus labrax)摄食,而赖氨酸缺乏或者过量反而会导致欧鲈摄食量增加[4]。Tang等[8]报道,过量添加33%~66%晶体蛋氨酸会显著降低鲤的摄食量,而50%缺乏组的摄食量则没有显著变化。蛋氨酸在20种合成蛋白质的氨基酸中毒性最强,主要原因是肝脏中S-腺苷甲硫氨酸累积导致高半胱胺血症,同时引起一系列溶血因子上升导致,过量蛋氨酸还会引起酸中毒[13]。因此,推测鱼类在满足需求时,降低蛋氨酸的摄入量可能是对代谢产物中过量半胱氨酸的一种机体保护作用。本研究也发现,饲料中补充蛋氨酸后,鲤摄食率虽然显著降低,但SGR和PER显著提高,FCR由1.50降低到1.06,并且鲤体中氮沉积率提高了54%,氮排放量减少了8%,同时血浆UN含量显著下降,说明补充限制性氨基酸不仅具有良好的经济效益,还能提升生态环境效益,利于动物健康。Yun等[14]报道,以豆粕和谷朊粉混合植物蛋白完全替代鱼粉,补充赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、必需脂肪酸和磷后,西伯利亚鲟的生长性能没有显著降低,但植物蛋白组氮、磷排放量均显著降低。上述结果说明,不同食性鱼类尽管消化道结构不同,但氨基酸平衡对于鱼类营养供给的重要性是一致的。

3.2 鱼类对晶体氨基酸利用效率及投喂策略

晶体氨基酸作为营养补充剂在畜禽饲粮中的使用历史已经超过60年,但对于鱼类是否能够有效利用晶体氨基酸仍有诸多争论。晶体氨基酸的适口性、溶失率、pH以及是否能够和蛋白质结合态氨基酸同步吸收是关注的焦点。氨基酸在消化道中的吸收是鱼类摄取氨基酸营养的关键,鱼类的肠道对游离氨基酸的吸收主要有通过载体介导转运和扩散2种方式,当肠道游离氨基酸含量提高时,可能会表现出一些氨基酸过饱和而直接从肠道中排出的现象[15⇓-17]。Schuhmacher等[18]通过监测饲喂蛋白质和合成氨基酸复合物饲料的虹鳟血浆氨基酸含量,发现饲喂晶体氨基酸组的血浆氨基酸含量峰值出现时间比饲料组提前了1/2,此时体内氨基酸内稳态机制可能会启动,这将刺激氨基酸氧化分解机制将游离氨基酸形成的高峰值削减下来以保持内稳态。为避免晶体氨基酸在进入体内后被快速氧化分解,对氨基酸进行稳定化处理可以减少氨基酸的溶失率,改善氨基酸吸收不同步的情况。在草鱼[19]和鲤[20]上均有饲料中包膜氨基酸效价高于晶体氨基酸的报道。但本课题组前期研究发现,具有高成膜稳定性、热稳定性和不溶于水的乙基纤维素包膜蛋氨酸在鲤饲料中效价低于DL-蛋氨酸[21]。与包膜氨基酸效价不稳定性相比,提高投喂频率是被普遍认可的有效提高晶体氨基酸效价的方法。
对于大部分动物,适当提高每日的投喂频率是提高饲料利用率的有效方式。麦康森等[22]通过同位素示踪确定了中国对虾对饲料中游离氨基酸无法同步吸收,蛋白质效率与结合态氨基酸相比显著下降,不限量多次投饵有利于提高游离氨基酸结合率。类似结果在草鱼[23]、异育银鲫[24]、巨骨舌鱼(Arapaima gigas)[25]、杂交鲷[26]等中也被发现,增加投喂频率可显著提高鱼类生长性能,甚至异育银鲫在24 h连续投喂模式下可获得最佳生长性能[24]。相反,Lee等[27]报道,在饱食投喂条件下,每日投喂1次和每日投喂2次情况下许氏平鮋(Sebastes schlegeli)的生长性能没有显著差异,但饲料效率更高。大西洋鳕(Gadus morhua L.)每周饱食投喂3次与每周投喂5次时生长性能没有显著差异,但均高于每周投喂2次时[28]。等量限饲条件下,投喂频率的提高对尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)生长性能没有显著影响,但日投喂4或5次时饲料转化效率和晶体赖氨酸利用率均显著高于日投喂2次时[29]。Wang等[30]系统研究了投喂频率和补充亮氨酸对大菱鲆餐后氨基酸代谢动力学的影响,以及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)作为营养感知信号分子的作用机制,结果显示,提高投喂频率和补充限制性氨基酸均可以有效提高大菱鲆餐后24 h内血浆、肝脏和肌肉组织中游离氨基酸含量和AUC。参考药物动力学方法,动物餐后一定时间内药物吸收入血的相对分量以AUC表示,本研究分别呈现了餐后血浆中蛋氨酸、赖氨酸、必需氨基酸和非必需氨基酸的含量和AUC,日投喂1次时虽然M组餐后血浆蛋氨酸含量高于C组,但血浆赖氨酸、必需氨基酸和非必需氨基酸的AUC在2组间均没有显著差异,说明补充晶体蛋氨酸在日投率频率为1次的条件下并不能提高蛋白质合成效率;血浆必需氨基酸AUC随投喂频率的提高显著升高,非必需氨基酸AUC则在投喂2次时达到峰值。随着养殖业的发展,对投喂的科学性要求也逐渐提高,精准营养和精准投喂是水产养殖业可持续发展的核心要素,蛋白质是水产动物饲料中成本最高的部分,以氨基酸平衡为核心的鱼类理想蛋白质模型尤其重要。通过荟萃分析,获得不同营养级鱼类和甲壳类动物必需氨基酸需求量和理想蛋白质模型对于水产饲料精准营养配制意义重大[7]。

4 结论

① 在无鱼粉无豆粕饲料中补充蛋氨酸至鲤需求量,鲤的生长性能得到显著改善,饲料效率和氮沉积率显著提高。
② 提高投喂频率是提高晶体氨基酸利用率的有效方法,对于补充晶体氨基酸的饲料,建议在鲤上的日投喂频率在3次以上。

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