2. 北京市畜产品质量安全源头控制工程技术研究中心, 北京 102209;
3. 中石化石油化工科学研究院, 北京 100083
2. Livestock Products Quality and Safety Source Control Engineering Technology Research Center of Beijing, Beijing 102209, China;
3. SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing, Beijing 100083, China
罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)，又称马来西亚大虾、淡水长臂大虾，原产于印度太平洋地区，具有生长速度快、养殖周期短、抗病能力强、肉质鲜美等特点，是世界上养殖量最大的三大虾种之一，被誉为"淡水虾王"[1-2]。1976年该品种从日本引进我国，逐渐成为我国重要的淡水虾类养殖品种，目前主要在江苏、浙江、广东等南方地区大面积推广，且发展迅速[3]。在罗氏沼虾配合饲料中，鱼粉作为最主要的蛋白质源，添加比例通常在30%~35%，以保证罗氏沼虾具有较好的生长性能[4-5]。近年来，受全球渔业资源不断衰退的影响，鱼粉产量下降，供不应求，价格飙升，养殖成本增加。许多学者尝试利用不同的蛋白质源替代鱼粉，研究其在罗氏沼虾生产中的应用效果，其中以植物蛋白质源居多，如豆粕[6]、发酵豆粕[7]、玉米蛋白粉[8]、棕榈仁粉[9]等，结果发现这些蛋白质源可替代鱼粉的比例有限，效果也并不理想，这主要是由于植物蛋白质源普遍存在适口性差、氨基酸不平衡、抗营养因子含量高等问题[10-11]。因此，寻求优质蛋白质源替代鱼粉，在保证水产动物正常生长性能的前提下减少对鱼粉的依赖，降低饲料成本，已成为水产养殖业的关注焦点。
螺旋藻属蓝藻门颤藻科，是一种藻丝呈螺旋状的单一藻体。螺旋藻具有很高的营养价值，其干物质中粗蛋白质的含量平均超过60%，优质的可达70%，且氨基酸组成均衡，其氨基酸中必需氨基酸含量在1/2以上，此外，其还富含多种矿物质、维生素及天然色素，与一般植物蛋白质源相比品质更优[12-13]。由于螺旋藻没有坚硬的细胞壁，纤维含量较低，因此其营养物质更容易被利用。研究表明，超过85%的螺旋藻蛋白能够在18 h内被动物机体消化吸收[14]。近年来，有学者尝试将螺旋藻应用到水产饲料中替代鱼粉，在对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)[15-16]、异育银鲫(Carassis auratus gibelio)[17]、鲤鱼(Cyprinus carpio)[18]和西伯利亚鲟(Acipenser baeri)[19]等水产动物的研究中发现，螺旋藻能够实现不同比例替代鱼粉且效果较好。目前，关于螺旋藻在罗氏沼虾生产中应用效果的研究报道并不多。Nakagawa等[20]研究发现，饲料中单独添加5%~20%的螺旋藻能够提高罗氏沼虾的增重、存活率和饲料转化率。Radhakrishnan等[21-22]用螺旋藻替代不同比例鱼粉进行饲喂，结果发现罗氏沼虾的生长性能和抗氧化能力得到提高。基于此，本试验以罗氏沼虾为对象，研究螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾生长性能、养分表观消化率、体组成和血清生化指标的影响，以期为螺旋藻在罗氏沼虾生产中的应用提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验用螺旋藻为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)，水分含量为4.83%，粗蛋白质含量为71.80%，粗脂肪含量为0.01%。
1.2 试验饲料以红鱼粉、豆粕为主要蛋白质源，鱼油、大豆卵磷脂为主要脂肪源，小麦面粉为糖源，配制含35%鱼粉的基础饲料。在基础饲料中分别用螺旋藻替代0(SP0，作为对照)、20%(SP20)、40%(SP40)、60%(SP60)和80%(SP80)的鱼粉，配制5种试验饲料，通过调整鱼油和小麦面粉的添加量保证5种试验饲料等氮等脂。试验饲料组成及营养水平见表 1。所有饲料原料经粉碎后过80目筛，按配比逐级定量混匀，用制粒机制成粒径1.5 mm的颗粒饲料，风干后置于-20 ℃冰箱中密封保存备用。
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表 1 试验饲料组成及营养水平(干物质基础) Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) |
本试验于山东省泰安市东平县宝岛农业科技园开展。试验开始前将罗氏沼虾幼苗用商品饲料暂养1周。选择体质健康、规格整齐的虾苗1 125尾，随机分为5组，分别饲喂5种试验饲料，每组设3个重复，每个重复75尾，以重复为单位饲养于直径2 m、体积约1 500 L的圆形水桶中。所有虾苗使用对照组饲料统一驯养2周后开始试验，正试期60 d。期间每天07:00、12:00和19:00饱食投喂3次，根据虾的体重及摄食情况及时调整投喂量并记录，尽量不留剩料。试验采用地下水源静水养殖，期间保持24 h充气，不定期用虹吸法排污换水，保持水温在24~28 ℃，水体pH为7.6~7.8，溶解氧浓度≥6 mg/L，氨氮浓度≤0.3 mg/L。
1.4 样品采集正试期30 d后开始收集粪便，每天投喂2 h后用镊子挑选新鲜完整的粪便，风干后置于-20 ℃保存，连续收集7 d以保证样品充足。试验饲料中添加三氧化二钇(Y2O3)作为指示剂，用于干物质和粗蛋白质表观消化率分析。
试验结束后全部罗氏沼虾禁食24 h，对每个水箱中活虾尾数进行统计并称重，分析生长性能指标。每个重复中随机选择30尾罗氏沼虾，测量体长并称重，分析形体指标；使用1 mL注射器于围心腔处采血，4 ℃静置4 h后，10 000 r/min离心20 min取血清于-20 ℃冻存，分析血清生化指标；采血后分离肝胰腺称重，虾体置于-20 ℃冻存，分析体组成和氨基酸组成。
1.5 测定指标与方法 1.5.1 生长性能与形体指标测定指标包括存活率、增重率(WGR)、特定生长率(SGR)、饲料系数(FCR)、蛋白质效率(PER)、肥满度(CF)和肝体比(HSI)，计算公式如下：
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体组成测定指标包括水分、粗蛋白质、粗脂肪和粗灰分含量，分析方法参考AOAC(2003)标准方法；虾体氨基酸组成采用全自动氨基酸分析仪测定，并统计总氨基酸(TAA)、必需氨基酸(EAA)、鲜味氨基酸(DAA)含量，计算EAA/TAA。
1.5.3 干物质和粗蛋白质表观消化率测定饲料及粪便中Y2O3含量和粗蛋白质含量，其中Y2O3含量通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定，粗蛋白质含量采用凯氏定氮法测定，计算饲料干物质和粗蛋白质表观消化率，计算公式如下：
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所测血清生化指标包括葡萄糖(GLU)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、甘油三酯(TG)、总胆固醇(TCHO)含量及谷草转氨酶(AST)和谷丙转氨酶(ALT)活性。上述指标测定所用试剂盒购自南京建成生物工程研究所，测定方法参考试剂盒说明书。
1.6 统计分析全部试验数据采用Excel 2007初步整理，使用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，若差异显著则使用Duncan氏法进行多重比较，P＜0.05表示差异显著。试验数据用平均值±标准误(mean±SE)表示。
2 结果 2.1 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾生长性能和形体指标的影响由表 2可知，与对照组相比，螺旋藻替代20%~60%的鱼粉对罗氏沼虾的生长性能未产生显著影响(P>0.05)；但替代比例达到80%，罗氏沼虾的生长性能出现下降，终末体重、增重率、特定生长率均显著低于其他组(P＜0.05)，同时饲料系数显著高于其他组(P＜0.05)；罗氏沼虾的肥满度在各组间无显著差异(P>0.05)；随着替代比例的增加，罗氏沼虾的肝体比呈现下降趋势，其中SP60组和SP80组肝体比显著低于对照组(P＜0.05)。
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表 2 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾生长性能和形体指标的影响 Table 2 Effects of partial replacement of fish meal by spirulina on growth performance and body indices of Macrobrachium rosenbergii |
由表 3可知，干物质表观消化率在各组间无显著差异(P>0.05)；SP80组粗蛋白质表观消化率显著低于其他组(P＜0.05)。
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表 3 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾干物质和粗蛋白质表观消化率的影响 Table 3 Effects of partial replacement of fish meal by spirulina on DM and CP apparent digestibility coefficients of Macrobrachium rosenbergii |
由表 4可知，螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾的虾体水分、粗蛋白质和粗灰分含量无显著影响(P>0.05)；随着替代比例的增加，罗氏沼虾的虾体粗脂肪含量先上升后下降，其中SP40组和SP60组的虾体粗脂肪含量显著高于对照组(P＜0.05)。
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表 4 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾体组成的影响 Table 4 Effects of partial replacement of fish meal by spirulina on whole-body composition of Macrobrachium rosenbergii |
由表 5可知，螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾的虾体各氨基酸含量无显著影响(P>0.05)；TAA、EAA、DAA含量以及EAA/TAA在各组间也无显著差异(P>0.05)。
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表 5 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾虾体氨基酸含量的影响 Table 5 Effects of partial replacement of fish meal by spirulina on whole-body amino acid contents of Macrobrachium rosenbergii |
由表 6可知，螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾血清葡萄糖含量无显著影响(P>0.05)；螺旋藻部分替代鱼粉后罗氏沼虾血清总蛋白含量出现下降，其中SP60组显著低于对照组(P＜0.05)；罗氏沼虾血清白蛋白含量在各组间无显著差异(P>0.05)；随着替代比例的增加，罗氏沼虾血清甘油三酯含量先上升后下降，SP20组和SP40组显著高于对照组(P＜0.05)；罗氏沼虾血清总胆固醇含量各组间无显著差异(P>0.05)；SP60组和SP80组血清谷草转氨酶活性较对照组显著提高(P＜0.05)；SP20组和SP80组血清谷丙转氨酶活性显著高于对照组(P＜0.05)。
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表 6 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾血清生化指标的影响 Table 6 Effects of partial replacement of fish meal by spirulina on serum biochemical indices of Macrobrachium rosenbergii |
现有的罗氏沼虾配合饲料中用于替代鱼粉的蛋白质源大多存在替代比例低、效果差等问题。本试验使用螺旋藻部分替代鱼粉，结果发现替代比例能够达到60%，不会对罗氏沼虾生长性能造成不利影响，但替代比例提高至80%，则会导致罗氏沼虾生长性能下降。与豆粕、玉米蛋白粉等常规植物蛋白质源相比，螺旋藻能够实现更高比例的替代鱼粉且效果较好，表明螺旋藻蛋白更容易被罗氏沼虾利用，这可能与螺旋藻蛋白的必需氨基酸含量高、氨基酸平衡性好有关[6, 8, 13, 23]。另外，由于螺旋藻具有特殊风味，在虾饲料中少量添加就能产生良好的诱食效果，因此较常规植物蛋白质源具有更好的适口性[24]。Hanel等[25]研究表明，螺旋藻是虾饲料中十分有效的鱼粉替代品。Jaime-Ceballos等[26]在南方白对虾(Litopenaeus schmitti)饲料中分别添加2.5%和5.0%的螺旋藻替代鱼粉，发现对虾的存活率和体长与对照组相比无显著变化；Macias-Sancho等[15]在凡纳滨对虾配合饲料中使用螺旋藻高比例替代鱼粉，结果显示替代比例能够达到75%而不降低生长性能，但完全替代鱼粉会导致凡纳滨对虾幼苗的增重率和特定生长率显著下降，这与本研究结果具有相似性；但Pakravan等[16]用同样比例螺旋藻替代鱼粉饲喂凡纳滨对虾，结果发现即使100%替代也不会降低生长性能，这可能与不同试验中凡纳滨对虾的体重大小存在差异有关；Radhakrishnan等[21-22]在罗氏沼虾饲料中用3种微藻不同比例替代鱼粉，其中包括螺旋藻，结果发现螺旋藻不会对罗氏沼虾产生毒性作用，且在替代比例不超过75%时还会提高增重率，与本研究结果并不一致，这可能与动物体重的差异、基础饲料中鱼粉的含量不同等因素有关。此外，也有学者对螺旋藻在鱼饲料中替代鱼粉的效果进行了研究。Cao等[17]在异育银鲫幼鱼饲料中用螺旋藻替代鱼粉，结果发现替代比例能够达到100%而不降低生长性能；Hernandez等[27]研究表明，在虹鳟鱼(Oncorhynchus mykiss)饲料中可以用螺旋藻与豆粕混合完全替代鱼粉；Abdulrahman等[28]在鲤鱼饲料中用螺旋藻替代5%~20%的鱼粉，结果发现鲤鱼的增重和存活率均显著提高；但也有研究显示，在罗非鱼(Oreochromis mossambicus)饲料中用螺旋藻替代鱼粉比例超过40%就会导致增重率降低[29]。这说明对于不同品种的水产动物，螺旋藻替代鱼粉的效果和适宜比例可能存在一定差别，因此需要开展更多针对性的研究。
本试验中，螺旋藻部分替代鱼粉不会影响罗氏沼虾的肥满度，这与前人在异育银鲫[17]、丝鳍毛足鲈(Trichopodus trichopterus)[14]和尖齿胡鲶(Clarias gariepinus)[30]上的研究结果一致。随着螺旋藻替代鱼粉比例的增加，罗氏沼虾肝体比呈现下降趋势，其中SP60组和SP80组肝体比显著低于对照组，这一研究结果与前人报道存在一定差异。Palmegiano等[19]研究显示，饲料中用螺旋藻替代40%~60%的鱼粉对西伯利亚鲟的肝体比无显著影响；而Abiodun等[30]发现，在尖齿胡鲶饲料中用螺旋藻替代鱼粉后肝体比会显著增加。研究结果出现差异的原因可能与试验动物的品种和饲养条件不同有关，也可能与螺旋藻的品质和添加水平存在差别有关。在一些植物蛋白质源和其他微藻替代鱼粉的研究中发现，替代比例过高通常会引起动物肝脏功能异常，进而导致生长性能下降[31-32]。有学者认为是由于高比例摄入植物蛋白质造成肝脏中脂蛋白合成减少，脂肪转运过程受阻，从而导致肝脏脂肪性病变[33-34]。本试验结果表明高水平添加螺旋藻可能会抑制罗氏沼虾肝脏的正常发育和生理功能，但其作用机理还需要进一步研究。
3.2 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾干物质和粗蛋白质表观消化率的影响本试验中，螺旋藻替代鱼粉比例达到80%时，饲料的粗蛋白质表观消化率显著低于其他组；干物质表观消化率各组间无显著差异，但以SP80组数值最低，说明罗氏沼虾难以有效利用饲料中过高比例的螺旋藻蛋白，这可能是SP80组试验动物生长性能显著下降的主要原因。Olvera-Novoa等[29]发现罗非鱼饲料中螺旋藻替代鱼粉比例超过80%时，粗蛋白质表观消化率出现大幅降低，与本研究结果相似；曹申平等[35]在异育银鲫幼鱼饲料中用螺旋藻替代20%~100%的鱼粉，发现粗蛋白质表观消化率显著低于对照组；Palmegiano等[19]研究显示，在西伯利亚鲟饲料中随螺旋藻替代鱼粉比例的增加，粗蛋白质表观消化率呈线性下降的趋势。有学者认为这可能与消化道中蛋白酶活性的变化有关，在凡纳滨对虾和鲤鱼饲料中用螺旋藻替代鱼粉比例超过75%时，肠道胰蛋白酶和糜蛋白酶活性较鱼粉对照组出现明显降低[16, 18]。也有研究表明，螺旋藻替代鱼粉对异育银鲫肠道蛋白酶活力无显著影响，粗蛋白质表观消化率的下降是由于螺旋藻和鱼粉的氨基酸不同，影响了吸收效率[35]。尽管如此，与大多数常规植物蛋白质源相比，动物机体对螺旋藻的消化利用能力依然更强，可替代鱼粉比例也更高，这主要与螺旋藻无细胞壁结构和纤维含量较低等特性有关[13, 23]。
3.3 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾体组成和氨基酸含量的影响关于螺旋藻替代鱼粉对水产动物体组成影响的研究并不少，但结果不尽相同。在鲤鱼和丝鳍毛足鲈饲料中用螺旋藻替代鱼粉，发现鱼体粗脂肪含量显著降低，同时鱼体粗灰分含量显著提高[14, 18]；而Palmegiano等[19]的研究则认为螺旋藻替代鱼粉不会影响西伯利亚鲟的体组成；有学者在异育银鲫幼鱼饲料中用螺旋藻替代鱼粉开展多次研究，却没有得到一致性的结论[17, 35]。Macias-Sancho等[15]用螺旋藻替代75%的鱼粉后发现凡纳滨对虾虾体粗蛋白质和水分含量显著改变，其变化趋势与Radhakrishnan等[22]在罗氏沼虾虾体中的研究结果具有一致性；但在同样替代比例下，Pakravan等[16]则发现凡纳滨对虾体组成无显著变化。本试验结果表明，螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾虾体水分、粗蛋白质和粗灰分含量无显著影响，但粗脂肪含量随替代比例的增加先上升后下降，其中SP40组和SP60组显著高于对照组，这与Olvera-Novoa等[29]在对罗非鱼鱼体粗脂肪含量的研究中得到的结果相似。有学者推测，螺旋藻替代鱼粉可能影响肌肉中营养物质的合成和沉积效率[36-37]；另外，粗脂肪含量的变化也可能与螺旋藻的品质以及试验动物的品种等因素有关[38-39]。
饲料的蛋白质品质与动物组织的氨基酸沉积率具有高度相关性[8, 40]。本试验对虾体氨基酸组成进行了分析，结果发现各氨基酸含量各组间的差异并不显著，EAA含量以及EAA/TAA也没有显著变化，这说明螺旋藻蛋白品质较高，替代鱼粉后没有降低罗氏沼虾的营养价值。另外，螺旋藻部分替代鱼粉未显著影响虾体谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸和天冬氨酸的含量，这4种非必需氨基酸在一定程度上决定了虾的鲜味和可口程度，其中尤以谷氨酸和天冬氨酸鲜味特征性最强[41]；而螺旋藻蛋白中富含谷氨酸和天冬氨酸，因此能够保证虾的鲜味程度不受影响[24]。
3.4 螺旋藻部分替代鱼粉对罗氏沼虾血清生化指标的影响血清生化指标能够反映动物机体的营养代谢状况，也是评价动物健康状态的重要标准[42]。目前，关于螺旋藻替代鱼粉对水产动物血清生化指标影响的研究还鲜有报道。本试验中，罗氏沼虾血清葡萄糖含量在各组间无显著差异，说明螺旋藻部分替代鱼粉对机体糖代谢没有产生明显影响。血清总蛋白在肝脏中合成，包括白蛋白和球蛋白，是反映机体蛋白质代谢和肝脏功能的重要指标[43]。本试验结果显示，螺旋藻部分替代鱼粉显著影响了罗氏沼虾血清总蛋白含量，其中SP60组显著低于对照组，推测高替代比例的螺旋藻可能引起罗氏沼虾的蛋白质代谢异常。在一些鱼粉替代蛋白质源的研究中发现，替代比例增加会阻碍蛋白质代谢向有利的方向进行，从而引起血清总蛋白含量下降，甚至肝脏功能受损[7, 44]。本试验中，罗氏沼虾血清谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性在不同组显著增强，在高比例替代组的变化尤为明显，这2种酶同样是反映肝脏功能的重要指标，正常情况下主要存在于肝细胞内，血清中活性较低，而当肝细胞被破坏时会大量进入血液，引起活性增强[45]。这些结果表明螺旋藻高比例替代鱼粉会引起罗氏沼虾肝脏功能异常。此外，本试验发现罗氏沼虾血清甘油三酯和总胆固醇含量随替代比例的增加呈现先上升后下降的趋势，这与前人用大豆浓缩蛋白替代鱼粉得到的研究结果[46]相似。这可能与螺旋藻替代鱼粉影响肝脏功能有关，也可能是由于各组饲料鱼油含量不同导致脂肪酸组成存在差异，进而对机体脂肪代谢产生影响[47]，其作用机制需要进一步分析。
4 结论在本试验条件下，在罗氏沼虾饲料中螺旋藻替代鱼粉的比例不宜超过60%，替代比例过高不仅会降低罗氏沼虾的生长性能和粗蛋白质表观消化率，还可能引起肝脏代谢功能异常。
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