水產動物對飼料中磷的利用研究進展

浙江大學動物科學學院 陸 靜 邵慶均

水產動物在養殖過程中氮、磷等元素過量排放引起的水體生態系統變化備受關注。減少養殖水體染已經成為保持世界水產養殖業可持續發展的一個重要方面。雖然氮、磷同為造成水體富營養化的主要元素，但藻類等水生生物對磷更為敏感。當水體中磷處于低濃度時，即使氮濃度能滿足藻類等水生生物的需要，其生產力也會降低。因此，控制磷污染顯得更為重要。據統計，生產1 t金頭鯛或普通鯉魚分別排放總磷13 kg左右（Watanabe 等，1999；Alvarado，1997）。因此從飼料方面來減少磷的排放是可推廣的有效方法之一。本文就影響水產動物對飼料中磷利用的因素作一綜述。

1 常見養殖魚類對磷的需要量

磷是核酸和細胞膜的重要組成礦物質元素，也是骨組織的主要結構成分，且直接參與所有產生能量的胞內反應（NRC，1993）。魚類能夠在水中直接吸收磷元素，但水中磷濃度較低，遠不能滿足需要量，因此需要從飼料中攝取。而且，魚類對鈣的吸收受磷含量的影響，反之亦然，一般情況下魚類適宜的鈣磷比為1∶（1～2）。表1為常見養殖魚類對磷的需要量。

由于影響魚類磷需要的因素較多，不同研究者的試驗方法不同，試驗條件的差異等，結論各有不同。另外，研究者一般以體增重、血清磷含量、骨骼磷含量等為作為判定魚類對磷需要量標準，因此，評價標準仍需進一步統一。

表1 常見養殖魚類對磷的需要量

2 不同養殖魚類對磷的消化率

鯉科（草魚、鯉魚等）、麗魚科（羅非魚等）和鮭科（大麻哈魚、虹鱒、嘉魚等）魚類占世界水產養殖類的80%以上（FAO，2009）。大量文獻顯示，不同魚類對磷的表觀消化率相差很大。虹鱒對魚粉中磷的利用率為17%～81%，羅非魚為27%～65%；虹鱒對大豆粉中磷的利用率為20%～35%，而鯉魚為33%，羅非魚為35%～47%（Fu ruya 等 ，2001a；Mira.n.da 等 ，2000；Sugiura 和Hardy，2000；和， 2005）。 魚類在消化系統解剖學和生理學上的差異，是磷在不同魚種之間消化和吸收差異的重要原因。鯉科魚類不能很好地消化低溶解度的磷化合物，對骨磷的消化率幾乎為零，相比麗魚科和鮭科魚類磷酸氫鈣鹽的消化率 （62%～64%），鯉科魚類只有30%（Hua和 Bureau，2010）。 存在這些差異的原因可能是鯉科魚類為無胃魚，因此缺乏一個利于磷化合物溶解的酸性環境。此外，鯉科和鮭科魚類不能很好地利用植物成分中的植酸磷，而羅非魚能較好地利用（Hua 和 Bureau，2010）。 Ellestad等（2002）在尼羅羅非魚腸道內發現了較強活性的植酸酶，而在雜交條紋鱸魚和鯉魚中鮮現。而且，羅非魚大腸中的微生物發酵過程產生的植酸酶或有機酸有助于其消化植酸磷。另外，鯉科魚類的腸道結構簡單且相對較短，減少了消化酶作用的時間及強度，從而影響磷的消化率。

3 水產動物對不同形式磷的利用率

3.1 不同來源 在配合飼料中，不同飼料原料的磷利用率存在明顯差異。在常見動物性原料中，魚粉和肉骨粉富含鈣磷元素，是飼料總磷的主要來源（Halver和 Hardy，2002）。研究表明，以魚粉為主要蛋白源的日糧含磷水平超過了維持魚類良好生長的最低需求（Satoh等，2003）。但是，磷在魚粉中的存在形式（磷酸三鈣復合物）對有些養殖魚類來說是很難被利用的，在生產過程中可以通過加工技術或化學方法處理來改變其存在形式，從而提高磷的利用率。在植物性原料中，磷以植酸鹽的形式存在，這種存在形式的磷對大部分魚來說利用率均較低。因此，磷利用率的變化在很大程度上是由磷的來源決定的（表2）。

為減少磷排放，在配制飼料時盡量使用可消化磷含量高的蛋白源。通常情況下，多種蛋白源混合的飼料在不影響魚的生長性能的情況下具有較低的磷排泄水平。

3.2 不同化學形式 Riche和Brown（1996）研究發現，虹鱒對磷的有效利用率最大值出現在其對日糧磷最適需求量附近，Satoh等（1997）和Sugiura等（2000）也得到類似結果。因此，為使飼料磷水平正好或盡量接近該養殖魚類生長的最佳需求，在生產過程中有時需要添加一定量的無機或有機磷化合物。磷的利用率與其溶解度有關，溶解度越高利用率越大（Pimentel-Rodrigues和Oliva-Teles，2007）。并且，不同磷源對添加水平變化的反應也是有差異的，Ca（H2PO4）2和 Ca3（PO4）2的表觀消化率在低于需要水平的時候更高，而此時CaHPO4的消化率降低，引起這些結果的機制還尚待研究。

表2 魚飼料中常見原料中磷的利用率

Niu等（2008）研究表明，添加 KH2PO4組南美白對蝦的生長性能（增重量，特定生長率）和存活率顯著優于添加 NaH2PO4或 Ca（H2PO4）2組。同樣以南美白對蝦為研究對象，Davis和Arnold（1994）測得無機磷源的利用率， 結果表明，Ca（H2PO4）2、CaHPO4、Ca3（PO4）2、KH2PO4和 NaH2PO4中磷的表觀利用率分為46.13%、19.11%、9.19%、68.11%和68.12%。因此，KH2PO4可作為南美白對蝦的最佳磷源 （最適總磷添加量為20.9～22.0 g/kg），原因可能跟滲透壓和酸堿平衡有關。鈉鉀離子是海水動物的細胞外離子，蝦類的細胞膜含有一個能量依賴性的鈉泵，可以把鈉離子從細胞內運輸到細胞外環境中，因此需要更多的鉀離子來平衡細胞內減少的鈉離子，細胞外具有高濃度的鈉離子，細胞內具有高濃度的鉀離子。這樣形成的鈉鉀離子濃度差激活ATP酶，利于海洋生物對環境的生理適應（Zhu 等，2004）。 Roy 等（2007）研究認為，日糧中鉀含量的增加有助于提高水產動物的存活率。總體來說，水產動物對磷的生物利用率高低順序為：KH2PO4＞ CaH2PO4＞ Ca（H2PO4）2或 CaHPO4＞ Ca3（PO4）2。

4 添加植酸酶對磷利用的影響

4.1 魚粉替代蛋白 植物性原料部分替代魚粉，在經濟效益和低磷可持續水產飼料配方評估上均有很大的優勢。植物原料中的植酸磷很難被魚類應用，因此需要通過添加外源性植酸酶來提高飼料磷的利用率。例如，在大豆替代蛋白飼料中添加植酸酶可以改善胃腸道內植酸鹽的水解作用，從而增加磷的消化和吸收率。不同魚粉替代蛋白質添加植酸酶對磷排放的影響見表3。

表3 添加植酸酶對磷排放的影響

由表3可知，不同養殖種類的植酸酶適宜添加量不同，且即使同一養殖種類添加相同水平的植酸酶，在不同的飼料配方或養殖環境中，其減少磷排放的作用也有所差異。因此，要根據養殖種類、年齡、替代蛋白種類等因素調整添加水平，此外，還需要考慮到養殖系統、生產工藝等條件對植酸酶的影響。

4.2 不同來源的植酸酶 引起表3中結果差異的另一原因可能是添加的植酸酶來源的不同。植酸酶屬于磷酸單酯水解酶，是磷酸酶的一種特殊類型。目前確認的植酸酶有兩種類型，一種是存在于植物、酵母、霉菌和細菌中且需要Mg2+參與催化過程的3-磷酸水解酶（EC 3.1.3.8），這種植酸酶作用于植酸鹽時，最先水解的是肌醇3號碳原子位置的磷酸根；另一種植酸酶為6-磷酸水解酶（EC 3.1.3.26），只存在于植物籽實中，其首先水解的是肌醇3號碳原子位置的磷酸根。動物胃腸道植酸酶一般有三種來源，分別來自飼料中動植物原料、微生物發酵產生和人工添加。

由于飼料原料來源的植酸酶活力較低，且在加工過程中的熱處理會使其失活，而遺傳工程技術的發展使產酶微生物能以適宜的成本生產足夠濃度的酸性植酸酶，因此，目前商用植酸酶大多來源于微生物，而微生物中植酸酶種類繁多，性質各有差異（表 4）。

飼料生產過程中，根據養殖魚類消化系統的不同生理條件，需要選擇合適的植酸酶種類。同時，尋找一種常見養殖種類均能適用，即具有高耐熱穩定性的中性植酸酶將是植酸酶研究工作中非常重要的一步。

表4 微生物植酸酶特性

4.3 植酸酶的不同添加方式 目前，植酸酶的添加方式有：直接混合添加；以包膜形式添加或制粒后噴霧添加；添加至經干燥處理的植物性原料中發酵預處理 （Cheng 和 Hardy，2003；Vielma 等，1998；Cain 和 Garling，1995）。 每種添加方式都有其優勢和劣勢，植酸酶的作用效果存在差異，但目前有關這方面的研究報道還較少。

陳京華和麥康森（2010）在5000.0 g豆粕中添加2.5 g植酸酶，然后用產朊假絲酵母（Candida utilis）進行發酵預處理。相比未添加植酸酶組和直接添加植酸酶組，植酸酶預處理豆粕組的磷排放率分別減少了 33.15%、9.36%。Denstadli等（2007）以大豆濃縮蛋白為基礎飼料，比較了大西洋鮭對添加發酵預處理植酸酶和包膜植酸酶的差異，結果表明，發酵預處理組腸道的磷消化率顯著高于包膜植酸酶組，表明植物性原料的發酵預處理能顯著提高磷的消化率。

4.4 其他 維生素D最基本的功能是促進腸道鈣磷的吸收，提高血液鈣和磷水平，促進骨的鈣化。在哺乳動物飼料中添加維生素D3能顯著提高磷的消化率和吸收率，并能促進腎臟對磷的重吸收，從而減少磷的排放（Lee等，1986）。 Avila等（2000）在虹鱒腸道發現了與哺乳動物類似的鈉依賴性磷運輸機制。因此，大量研究者將維生素D3添加到水產動物飼料中，從磷代謝方面來控制磷的排放。Srivastav等（1997）研究報道，腹腔注射25-羥基維生素D3或1，25-二羥基維生素 D3均能提高淡水鯰魚的血漿磷濃度，對虹鱒（Cheng和Hardy，2003）、 美國鰻魚 （Fenwick 和Vermette，1989）也有類似報道。說明，低磷高維生素D3飼料能夠通過調節磷代謝降低養殖污水可溶性磷和糞便磷水平。

另外，降低腸道pH能提高磷和植酸鹽的溶解率，使之在腸道更好地被吸收。因此，可以通過補充有機酸來降低腸道pH，并能像螯合作用一樣吸附腸道上的多種陽離子 （Ravindran和Kornegay，1993）。 Sarker等（2011）研究了在魚粉及植物性原料為主的日糧中添加有機酸對黃鰤魚仔魚生長及氮磷利用的影響，結果表明，在飼料中添加有機酸（檸檬酸）后，魚粉中的磷酸三鈣鹽能夠在檸檬酸的作用下釋放足夠的磷以滿足魚類的生長需要，而無需再添加其他形式的無機磷。而且，魚體灰分中磷含量增加的同時試驗組具有更好的生長性能，說明添加有機酸能顯著提高磷及其他元素的利用率。

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