2. 农业部东海海水健康养殖重点实验室, 厦门 361021
2. Key Laboratory of Healthy Mariculture for the East China Sea, Ministry of Agriculture, Xiamen 361021, China
鱼粉不仅必需氨基酸(essential amino acids,EAA)含量高,氨基酸平衡性好,且生物学价值高,是水产动物最为重要的蛋白质源,在大多数水产养殖种类的饲料配方中不可或缺。但鱼粉资源的稀缺性使得人们一直在不断努力地为其寻找适宜的替代品,鱼粉替代品及其技术已经成为当前水产饲料领域的研究热点之一。鸡肉粉其营养价值较高,并有一定产量,是潜在的鱼粉替代品[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]。研究表明,凡纳滨对虾饲料中鸡肉粉替代鱼粉的最大比例为80%[1, 2]。饲料蛋白质的质与量直接影响动物生长,而其质量的高低又反映在氨基酸平衡性上。Ye等[8]尝试了通过调配饲料中赖氨酸和蛋氨酸平衡来降低凡纳滨对虾饲料中鱼粉比例的试验,获得了较好的结果。由于鸡肉粉蛋白质的质量不仅与EAA的丰缺程度和平衡性有关,甚至还可能受到非必需氨基酸(non-essential amino acids,NEAA)的影响。在以往的鱼粉替代研究中,鸡肉粉要么按一定比例直接替代鱼粉[1, 2],要么只考虑通过补充个别EAA来弥补替代鱼粉后的EAA的不足[9, 10],而较少考虑用鸡肉粉部分或全部替代鱼粉后饲料中所有氨基酸的平衡性问题。因此,本试验设计了2个不同蛋白质水平的参考饲料配方,并以参考配方的EAA和NEAA含量为标准,设计鸡肉粉完全替代鱼粉后饲料氨基酸含量不同的饲料配方,探讨饲料氨基酸的平衡性与凡纳滨对虾生长性能、体成分、血浆及肌肉游离氨基酸含量间的关系,为合理设计凡纳滨对虾高效、低鱼粉饲料配方提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验饲料本试验参考Ye等[11]的试验设计,设2个饲料蛋白质水平(40%和31%),每个蛋白质水平分设鱼粉组(对照组)、鸡肉粉组(鸡肉粉完全替代鱼粉组)、鸡肉粉+EAA组、鸡肉粉+EAA+NEAA组。在40%饲料蛋白质水平下,试验饲料分别记为D1、D2、D3、D4,其中D2不添加晶体氨基酸,D3补足相对于D1缺乏的EAA,D4补足相对于D1缺乏的EAA和NEAA;在31%饲料蛋白质水平下,试验饲料分别记为D5、D6、D7、D8,其中D6不添加晶体氨基酸,D7补足相对于D5缺乏的EAA,D8补足相对于D5缺乏的EAA和NEAA。试验饲料组成及营养水平见表1。
![]() | 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) |
![]() | 表2 晶体氨基酸混合物组成(风干基础) Table 2 Composition of crystalline amino acid mix (air-dry basis) |
将所有原料用粉碎机粉碎后过80目筛网,然后制成直径为1.5 mm的硬颗粒饲料,自然风干后于-20 ℃冰箱保存备用。试验饲料氨基酸组成和凡纳滨对虾必需氨基酸建议需要量列于表3。
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表3 试验饲料氨基酸组成 Table 3 Amino acid composition of experimental diets1) |
从厦门当地养殖场购进健康凡纳滨对虾仔虾,放入2个1 000 L的安有循环水装置的圆桶内培育,1个月后仔虾规格达到0.3 g左右,选取较大规格的虾苗[平均体重(0.37±0.01) g],随机分配到32个安有循环水装置的圆桶(150 L)中,每桶30尾,每4桶对虾饲喂1种试验饲料。
1.3 饲养管理养殖过程中每天分别在08:00、14:00、20:00定时投喂饲料,每次投喂2~3轮至饱食,第1轮少量投喂,确保虾能够快速摄食无残饵,1 h后进行第2轮投喂,30 min后吸去残料和粪便,记下残料量,并换水。每天换水量约为1/3。养殖试验持续56 d。养殖期间水温25~28 ℃,盐度26‰~28‰,氨氮含量低于0.2 mg/L,溶氧量4.7~5.3 mg/L,pH 8.0~8.2。
1.4 样品采集养殖试验结束后,对每桶虾称重,再将虾放回圆桶内稳定24 h。在饲喂后10 h,每桶取10尾虾,用经预冷抗凝剂(50 mmol/L柠檬酸钠+10 mmol/L EDTA·Na2配制[15])润湿后的1 mL注射器,从心脏取血,血样以4 000 r/min离心10 min,收集血浆,血浆样本保存在-80 ℃冰箱中待测。抽完血后,剥离虾壳留取肌肉,保存在-20 ℃冰箱中。
1.5 样品测定饲料和全虾样品中水分含量采用105 ℃烘箱干燥法测定,粗蛋白质含量采用Foss凯氏定氮仪测定,粗脂肪含量采用索氏抽提法测定,粗灰分含量采用马福炉灼烧法测定。
饲料氨基酸组成的测定方法参照文献[16],具体如下:饲料样品先用6 mol/L HCl真空110 ℃水解22 h,再经0.45 μm滤膜过滤后,真空抽干,加入0.02 mol/L HCl,用日立L-8900氨基酸分析仪检测。测定饲料色氨酸时用4 mol/L NaOH水解样品。测定饲料含硫氨基酸时,样品先用过甲酸(88%甲酸与30%过氧化氢按9 ∶ 1的比例混合)氧化,再用6 mol/L HCl水解。
肌肉、血浆游离氨基酸含量的测定方法参照文献[17],具体如下:将肌肉或血浆样品与4%的磺基水杨酸按3:1的比例混合,超声波破碎匀质,13 000 r/min下离心沉淀蛋白质。取上清液经0.45 μm滤膜过滤,滤液用日立L-8900氨基酸分析仪检测。
1.6 计算公式成活率(survival ratio,SR,%)=
100×(终末虾数量/初始虾数量);
增重率(weight gain rate,WGR,%)=
100×(终末均重-初始均重)/初始均重;
特定生长率(specific growth rate,SGR,%/d)=
100×(ln终末均重-ln初始均重)/饲喂天数;
饲料系数(feed conversion ratio,FCR)=
进食总量/(终末虾重+死亡虾重-初始虾重)。
所有试验数据采用SPSS 17.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和双因素方差分析(two-way ANOVA),若组间存在显著差异(P<0.05),则采用Student-Newman-Keuls法进行多重比较分析,试验数据以平均值±标准差(mean±SD)的形式表示。
2 结 果 2.1 生长性能由表4可知,与31%饲料蛋白质水平相比,40%饲料蛋白质水平显著提高了对虾的WGR和SGR(P<0.05),降低了FCR(P<0.05)。在每个饲料蛋白质水平下,对照组(D1、D5组)对虾的WGR、SGR均显著高于其余各组(P<0.05),说明在鸡肉粉替代鱼粉的饲料中无论添加EAA还是添加EAA+NEAA,均不能完全达到对照组的生长性能水平。但在鸡肉粉替代鱼粉的饲料中添加晶体氨基酸比不添加晶体氨基酸能够显著地改善对虾的生长性能(WGR、SGR、FCR)(P<0.05),然而,同时添加EAA和NEAA对对虾生长性能的改善作用不大(P>0.05)。对虾的存活率在各组间无显著性差异(P>0.05)。饲料的蛋白质水平和氨基酸平衡处理之间的交互作用不显著(P>0.05)。
![]() | 表4 饲喂不同试验饲料的凡纳滨对虾的生长性能 Table 4 Growth performance of Pacific white shrimp fed different experimental diets |
由表5可知,与31%饲料蛋白质水平相比,40%饲料蛋白质水平显著提高了凡纳滨对虾的虾体水分、粗蛋白质和粗灰分含量(P<0.05),而显著降低了虾体粗脂肪含量(P<0.05)。在每个饲料蛋白质水平下,晶体氨基酸添加与否对凡纳滨对虾的体成分均没有显著的影响(P>0.05)。饲料的蛋白质水平和氨基酸平衡处理之间的交互作用不显著(P>0.05)。
![]() | 表5 饲喂不同试验饲料的凡纳滨对虾的体成分(湿重基础) Table 5 Body composition of Pacific white shrimp fed different experimental diets (wet weight basis) |
饲料处理对凡纳滨对虾血浆游离氨基酸含量的影响总体不显著(除游离蛋氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸外)(P>0.05)(表6)。在每个饲料蛋白质水平下,不添加氨基酸的鸡肉粉组对虾血浆游离蛋氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸含量显著低于其他各组(P<0.05)。进一步对这3种血浆游离氨基酸含量与SGR进行拟合,结果(表7)发现,血浆游离蛋氨酸含量与SGR之间相关性很低,而血浆游离苯丙氨酸和赖氨酸含量与SGR之间均相关性明显;上述3种游离氨基酸含量之和与SGR则呈线性关系;此外,血浆游离EAA/NEAA与饲料EAA/NEAA也呈良好线性关系。
![]() | 表6 饲喂不同试验饲料的凡纳滨对虾的血浆游离氨基酸含量
Table 6 Plasma free amino acid contents of Pacific white shrimp fed different experimental diets
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![]() | 表7 特定生长率与血浆游离氨基酸含量及血浆游离必需氨基酸/非必需氨基酸与饲料必需氨基酸/非必需氨基酸的关系 Table 7 Relationships between SGR and plasma free amino acid contents or between plasma free EAA/NEAA and dietary EAA/NEAA |
各组对虾肌肉中各种游离氨基酸和总游离氨 基酸含量均无显著性差异(P>0.05)(表8)。
![]() | 表8 饲喂不同试验饲料的凡纳滨对虾的肌肉游离氨基酸含量的影响
Table 8 Muscle free amino acid concentrations of shrimp fed different experimental diets
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本试验结果表明,高的饲料蛋白质水平明显促进凡纳滨对虾的生长和饲料利用率。Ye等[11]的结果也表明38%饲料蛋白质水平比33%饲料蛋白质水平更有利于凡纳滨对虾生长,说明凡纳滨对虾在快速生长阶段仍需要较高的饲料蛋白质水平以满足其生长发育的需要。饲料氨基酸平衡性将关系到水产动物能否正常生长[18, 19]。Gaylord等[20]在以鸡肉粉为主要蛋白质源的饲料中补充几种EAA,使饲料EAA组成与杂交条纹鲈肌肉氨基酸组成相近,结果发现,在饲料中补充赖氨酸没有促进鲈鱼的生长,而在饲料中补充赖氨酸+蛋氨酸能明显提高鲈鱼生长和饲料效率,但在饲料中补充赖氨酸+蛋氨酸+苏氨酸后鲈鱼的生长与饲料效率又有所下降,而在饲料中补充赖氨酸+蛋氨酸+苏氨酸+亮氨酸相比于补充赖氨酸+蛋氨酸+苏氨酸,鲈鱼生长性能又有所提高。Gaylord等[20]认为,添加的苏氨酸可能与支链氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸)在肠道产生运输竞争,使亮氨酸成为限制性氨基酸,因此降低了鲈鱼的生长。Fraga等[21]研究了14C亮氨酸在小鼠与人体肠道上皮细胞的吸收转运过程,证实了亮氨酸与支链氨基酸、芳香族氨基酸、蛋氨酸、组氨酸及色氨酸之间均存在运输竞争。上述研究表明,只注重个别氨基酸的平衡可能会竞争性抑制其他氨基酸的吸收,从而产生新的限制性氨基酸,引起新的饲料氨基酸不平衡性问题。在本试验中,通过在鸡肉粉替代鱼粉的饲料中添加晶体EAA或同时添加晶体EAA和NEAA,使饲料中的EAA或EAA和NEAA含量与鱼粉组的一致,以期获得理想饲喂效果,结果表明,无论在高还是低的饲料蛋白质水平下,添加晶体氨基酸的试验组凡纳滨对虾的生长速度均比鱼粉组的低,说明即使用晶体氨基酸直接补齐鸡肉粉完全替代鱼粉饲料中EAA或EAA和NEAA的不足,并且满足凡纳滨对虾生长的需求(表3),但也未必能够获得理想的饲喂效果,因此,通过采取在鸡肉粉替代鱼粉的饲料中直接添加晶体氨基酸来平衡饲料氨基酸——这一方式对凡纳滨对虾的生长促进作用是有限的。由于晶体氨基酸的生理活性不如蛋白质水解的氨基酸[22],这使得养殖动物,尤其是鱼虾,不能很好地利用添加到饲料中的晶体氨基酸[8]。目前普遍认可的鱼虾利用晶体氨基酸差的原因是晶体氨基酸在消化道中吸收速度快于完整蛋白质降解的氨基酸,二者通过血液进入组织存在时间差[23],在组织中的代谢周转也不是同步地进行,从而降低了氨基酸利用率。有研究指出,饲料中过高的鱼粉蛋白质替代水平不利于鱼虾对晶体氨基酸的利用[24]。在本试验中,鸡肉粉全部替代鱼粉蛋白质同样会降低凡纳滨对虾对饲料中晶体氨基酸的利用率。由于试验饲料中对鱼粉蛋白质的替代水平为100%,因此,作为试验饲料主要蛋白质源的鸡肉粉势必会影响饲料的适口性[1, 25],这与鸡肉粉以大比例替代鱼粉后饲料中饱和脂肪酸的含量增加而多不饱和脂肪酸含量相应下降有关[26]。可见,试验饲料适口性的下降导致凡纳滨对虾摄食量减少,从而降低了生长速度。此外,尽管各试验组饲料的EAA含量与鱼粉组饲料一致,但由于鸡肉粉的氨基酸利用率低于鱼粉,因此试验组饲料中实际用于鱼生长的EAA量有限[27],这也是鸡肉粉以大比例替代鱼粉造成凡纳滨对虾生长不佳的一个原因。
除了饲料氨基酸含量要满足对虾需要之外,氨基酸之间的平衡性也在一定程度上影响饲喂效果。本试验表明,鸡肉粉+EAA组、鸡肉粉+EAA+NEAA组对虾生长速度明显比鸡肉粉组的快,饲料利用率明显改善。但在饲料中进一步补充晶体NEAA并未起到进一步提高凡纳滨对虾生长性能的作用,这可能与饲料中EAA/NEAA有关。Peres等[28]报道,饲料中EAA/NEAA为60/40时,欧洲海鲈获得最大的饲料利用率。当饲料中EAA/NEAA为57/43时,虹鳟获得最大氮沉积与最小氮排泄[29]。本试验中,鱼粉组饲料中EAA/NEAA为44/56,鸡肉粉+EAA组和鸡肉粉+EAA+NEAA组饲料中EAA/NEAA均为42/58,鸡肉粉组饲料中EAA/NEAA为40/60,以鸡肉粉组饲料中EAA/NEAA为最低,这也与凡纳滨对虾生长性能的结果一致。通过平衡饲料氨基酸来改善饲料效率反过来又可以减少饲料蛋白质浪费,从而达到在不影响生长性能的前提下降低饲料蛋白质水平的目的[19]。
本试验结果显示,饲料蛋白质水平影响虾体成分,高饲料蛋白质水平促进凡纳滨对虾虾体蛋白质和粗灰分的沉积,该结果与Ye等[11]报道的结果一致,相反,高饲料蛋白质水平降低虾体脂肪的沉积,该结果与Ye等[11]和Mu等[30]的结果一致。低饲料蛋白质水平导致虾体蛋白质沉积降低而脂肪沉积增加,原因可能是,低的饲料蛋白质水平更易出现氨基酸平衡失衡问题,尤其是EAA的失衡(表3),因此,部分EAA被用于能量代谢,过多能量会转化为脂肪并以体脂的形式沉积,而相应地减少了氨基酸用于蛋白质的沉积。Xie等[31]研究表明,饲料赖氨酸含量从1.44%升到1.99%时,凡纳滨对虾虾体的蛋白质含量变化不明显,而当饲料赖氨酸含量增加到2.23%时,虾体蛋白质含量出现明显增加。他们认为,饲料赖氨酸的缺乏可能增加了其他EAA的氧化,降低了氨基酸的沉积。在每一个饲料蛋白质水平下,外源添加氨基酸与否并不影响凡纳滨对虾的体成分,可见,凡纳滨对虾的体成分不受饲料氨基酸平衡性的影响。
水产动物体内游离氨基酸水平能够在一定程度上反映不同饲料蛋白质的利用程度[32, 33]。在本试验中,尽管鸡肉粉组的饲料苏氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和组氨酸含量低于凡纳滨对虾需求量,而赖氨酸则满足需求(表3),但饲养试验结果表明,只有该组凡纳滨对虾仅血浆游离赖氨酸、蛋氨酸和苯丙氨酸含量低于鱼粉组的水平,血浆游离苏氨酸和组氨酸含量并没有出现不足。由此可见,饲料赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸在进入凡纳滨对虾外周血液循环过程中极易造成缺乏,可能与消化吸收过程中氨基酸之间的拮抗作用有关,但具体的机制还不清楚。Berge等[34]报道,赖氨酸与精氨酸在大西洋鲑肠道中竞争相同转运载体,低浓度的赖氨酸能够促进精氨酸的吸收,高浓度的赖氨酸则抑制精氨酸的吸收,而精氨酸在任何浓度下都会阻碍肠道对赖氨酸的吸收。Berge等[35]的体外研究结果表明,培养液中低浓度的蛋氨酸在大西洋鲑肠道中的吸收会被其他氨基酸所抑制,然而当蛋氨酸浓度提高到一定水平,这种抑制作用又会被解除,当培养液中缺乏某些氨基酸时,也会降低肠道对蛋氨酸的吸收。当饲喂添加晶体EAA或晶体EAA+NEAA的鸡肉粉替代鱼粉的饲料后,对虾血浆游离赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸含量恢复到鱼粉组的水平,这与通过添加氨基酸使鱼粉替代饲料的氨基酸平衡性得到改善有关。凡纳滨对虾生长与其血浆游离赖氨酸或苯丙氨酸含量变化密切相关,且对虾的SGR随其血浆赖氨酸或苯丙氨酸含量的上升而增加。这说明饲料中某些EAA的缺乏或饲料氨基酸不平衡都可能会减少凡纳滨对虾对某些EAA的吸收,降低其在血浆中的含量,导致凡纳滨对虾的生长变慢[31, 36]。凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸含量在各组间无显著变化,这可能是因为肌肉组织中的蛋白质分解与合成处于相对平衡的状态。Mente等[16]的研究证实,凡纳滨对虾肌肉组织细胞内游离氨基酸的运输是依靠主动的跨膜运输来调节。本试验还发现,所有组对虾血浆中游离EAA/NEAA均比肌肉中游离EAA/NEAA低,可能反映了不同组织对EAA和NEAA代谢强度的不同[37]。由于凡纳滨对虾血浆游离EAA/NEAA与饲料EAA/NEAA之间呈正线性关系,其变化直接与饲料氨基酸丰度与平衡性关系密切[38],因此,血浆游离氨基酸起到了动物机体氨基酸代谢的中转库作用。
4 结 论① 在鸡肉粉完全替代鱼粉的饲料中添加晶体EAA比不添加晶体EAA对凡纳滨对虾的生长促进效果明显,但仍达不到鱼粉组的饲喂效果。在添加了晶体EAA的鸡肉粉饲料中进一步补充晶体NEAA对凡纳滨对虾的生长没有明显促进作用。
② 饲喂高蛋白质水平(40%)的饲料比饲喂低蛋白质水平(31%)的饲料更能促进凡纳滨对虾的生长,且高饲料蛋白质水平增加凡纳滨对虾的体蛋白质沉积,减少体脂肪沉积。
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