螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦生長性能、養分表觀消化率、體組成和血清生化指標的影響

曲揚華 李 煦 王慧麗 榮峻峰 雷 陽 李丹丹 張恩東 武國慶*

(1.中糧營養健康研究院有限公司，北京 2102209；2.北京市畜產品質量安全源頭控制工程技術研究中心，北京 2102209；3.中石化石油化工科學研究院，北京 2100083)

羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)，又稱馬來西亞大蝦、淡水長臂大蝦，原產于印度太平洋地區，具有生長速度快、養殖周期短、抗病能力強、肉質鮮美等特點，是世界上養殖量最大的三大蝦種之一，被譽為“淡水蝦王”[1-2]。1976年該品種從日本引進我國，逐漸成為我國重要的淡水蝦類養殖品種，目前主要在江蘇、浙江、廣東等南方地區大面積推廣，且發展迅速[3]。在羅氏沼蝦配合飼料中，魚粉作為最主要的蛋白質源，添加比例通常在30%～35%，以保證羅氏沼蝦具有較好的生長性能[4-5]。近年來，受全球漁業資源不斷衰退的影響，魚粉產量下降，供不應求，價格飆升，養殖成本增加。許多學者嘗試利用不同的蛋白質源替代魚粉，研究其在羅氏沼蝦生產中的應用效果，其中以植物蛋白質源居多，如豆粕[6]、發酵豆粕[7]、玉米蛋白粉[8]、棕櫚仁粉[9]等，結果發現這些蛋白質源可替代魚粉的比例有限，效果也并不理想，這主要是由于植物蛋白質源普遍存在適口性差、氨基酸不平衡、抗營養因子含量高等問題[10-11]。因此，尋求優質蛋白質源替代魚粉，在保證水產動物正常生長性能的前提下減少對魚粉的依賴，降低飼料成本，已成為水產養殖業的關注焦點。

螺旋藻屬藍藻門顫藻科，是一種藻絲呈螺旋狀的單一藻體。螺旋藻具有很高的營養價值，其干物質中粗蛋白質的含量平均超過60%，優質的可達70%，且氨基酸組成均衡，其氨基酸中必需氨基酸含量在1/2以上，此外，其還富含多種礦物質、維生素及天然色素，與一般植物蛋白質源相比品質更優[12-13]。由于螺旋藻沒有堅硬的細胞壁，纖維含量較低，因此其營養物質更容易被利用。研究表明，超過85%的螺旋藻蛋白能夠在18 h內被動物機體消化吸收[14]。近年來，有學者嘗試將螺旋藻應用到水產飼料中替代魚粉，在對凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)[15-16]、異育銀鯽(Carassisauratusgibelio)[17]、鯉魚(Cyprinuscarpio)[18]和西伯利亞鱘(Acipenserbaeri)[19]等水產動物的研究中發現，螺旋藻能夠實現不同比例替代魚粉且效果較好。目前，關于螺旋藻在羅氏沼蝦生產中應用效果的研究報道并不多。Nakagawa等[20]研究發現，飼料中單獨添加5%～20%的螺旋藻能夠提高羅氏沼蝦的增重、存活率和飼料轉化率。Radhakrishnan等[21-22]用螺旋藻替代不同比例魚粉進行飼喂，結果發現羅氏沼蝦的生長性能和抗氧化能力得到提高。基于此，本試驗以羅氏沼蝦為對象，研究螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦生長性能、養分表觀消化率、體組成和血清生化指標的影響，以期為螺旋藻在羅氏沼蝦生產中的應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用螺旋藻為鈍頂螺旋藻(Spirulinaplatensis)，水分含量為4.83%，粗蛋白質含量為71.80%，粗脂肪含量為0.01%。

1.2 試驗飼料

以紅魚粉、豆粕為主要蛋白質源，魚油、大豆卵磷脂為主要脂肪源，小麥面粉為糖源，配制含35%魚粉的基礎飼料。在基礎飼料中分別用螺旋藻替代0(SP0，作為對照)、20%(SP20)、40%(SP40)、60%(SP60)和80%(SP80)的魚粉，配制5種試驗飼料，通過調整魚油和小麥面粉的添加量保證5種試驗飼料等氮等脂。試驗飼料組成及營養水平見表1。所有飼料原料經粉碎后過80目篩，按配比逐級定量混勻，用制粒機制成粒徑1.5 mm的顆粒飼料，風干后置于-20 ℃冰箱中密封保存備用。

表1 試驗飼料組成及營養水平(干物質基礎)

續表1項目 Items組別 GroupsSP0SP20SP40SP60SP80維生素預混料 Vitamin premix1)1.501.501.501.501.50礦物質預混料 Mineral premix2)0.800.800.800.800.80氯化鈉 NaCl0.500.500.500.500.50三氧化二釔 Y2O30.100.100.100.100.10合計 Total100.00100.00100.00100.00100.00營養水平 Nutrient levels3)水分 Moisture6.435.406.486.235.92粗蛋白質 CP42.7641.7642.5141.7141.89粗脂肪 EE9.198.568.988.859.25

1.3 試驗動物與飼養管理

本試驗于山東省泰安市東平縣寶島農業科技園開展。試驗開始前將羅氏沼蝦幼苗用商品飼料暫養1周。選擇體質健康、規格整齊的蝦苗1 125尾，隨機分為5組，分別飼喂5種試驗飼料，每組設3個重復，每個重復75尾，以重復為單位飼養于直徑2 m、體積約1 500 L的圓形水桶中。所有蝦苗使用對照組飼料統一馴養2周后開始試驗，正試期60 d。期間每天07：00、12：00和19：00飽食投喂3次，根據蝦的體重及攝食情況及時調整投喂量并記錄，盡量不留剩料。試驗采用地下水源靜水養殖，期間保持24 h充氣，不定期用虹吸法排污換水，保持水溫在24～28 ℃，水體pH為7.6～7.8，溶解氧濃度≥6 mg/L，氨氮濃度≤0.3 mg/L。

1.4 樣品采集

正試期30 d后開始收集糞便，每天投喂2 h后用鑷子挑選新鮮完整的糞便，風干后置于-20 ℃保存，連續收集7 d以保證樣品充足。試驗飼料中添加三氧化二釔(Y2O3)作為指示劑，用于干物質和粗蛋白質表觀消化率分析。

試驗結束后全部羅氏沼蝦禁食24 h，對每個水箱中活蝦尾數進行統計并稱重，分析生長性能指標。每個重復中隨機選擇30尾羅氏沼蝦，測量體長并稱重，分析形體指標；使用1 mL注射器于圍心腔處采血，4 ℃靜置4 h后，10 000 r/min離心20 min取血清于-20 ℃凍存，分析血清生化指標；采血后分離肝胰腺稱重，蝦體置于-20 ℃凍存，分析體組成和氨基酸組成。

1.5 測定指標與方法

1.5.1 生長性能與形體指標

測定指標包括存活率、增重率(WGR)、特定生長率(SGR)、飼料系數(FCR)、蛋白質效率(PER)、肥滿度(CF)和肝體比(HSI)，計算公式如下：

存活率(%)=(試驗末蝦尾數/
試驗初蝦尾數)×100；
增重率(%)=[(終末體重-初始體重)/
初始體重]×100；
特定生長率(%/d)=[(ln終末體重-
ln初始體重)/試驗天數]×100；
飼料系數=總耗料量/(終末體重+
死亡體重-初始體重)；
蛋白質效率=(終末體重-初始體重)/
蛋白質攝入量；
肥滿度(g/cm3)=體重/體長3；
肝體比(%)=(肝胰腺重/體重)×100。

1.5.2 體組成與氨基酸組成

體組成測定指標包括水分、粗蛋白質、粗脂肪和粗灰分含量，分析方法參考AOAC(2003)標準方法；蝦體氨基酸組成采用全自動氨基酸分析儀測定，并統計總氨基酸(TAA)、必需氨基酸(EAA)、鮮味氨基酸(DAA)含量，計算EAA/TAA。

1.5.3 干物質和粗蛋白質表觀消化率

測定飼料及糞便中Y2O3含量和粗蛋白質含量，其中Y2O3含量通過電感耦合等離子體原子發射光譜儀測定，粗蛋白質含量采用凱氏定氮法測定，計算飼料干物質和粗蛋白質表觀消化率，計算公式如下：

干物質表觀消化率(%)=(1-飼料中Y2O3含量/
糞便中Y2O3含量)×100；
粗蛋白質表觀消化率(%)=[1-(飼料中Y2O3
含量/糞便中Y2O3含量)×(糞便中粗蛋白質
含量/飼料中粗蛋白質含量)]×100。

1.5.4 血清生化指標測定

所測血清生化指標包括葡萄糖(GLU)、總蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、甘油三酯(TG)、總膽固醇(TCHO)含量及谷草轉氨酶(AST)和谷丙轉氨酶(ALT)活性。上述指標測定所用試劑盒購自南京建成生物工程研究所，測定方法參考試劑盒說明書。

1.6 統計分析

全部試驗數據采用Excel 2007初步整理，使用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，若差異顯著則使用Duncan氏法進行多重比較，P<0.05表示差異顯著。試驗數據用平均值±標準誤(mean±SE)表示。

2 結 果

2.1 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦生長性能和形體指標的影響

由表2可知，與對照組相比，螺旋藻替代20%～60%的魚粉對羅氏沼蝦的生長性能未產生顯著影響(P>0.05)；但替代比例達到80%，羅氏沼蝦的生長性能出現下降，終末體重、增重率、特定生長率均顯著低于其他組(P<0.05)，同時飼料系數顯著高于其他組(P<0.05)；羅氏沼蝦的肥滿度在各組間無顯著差異(P>0.05)；隨著替代比例的增加，羅氏沼蝦的肝體比呈現下降趨勢，其中SP60組和SP80組肝體比顯著低于對照組(P<0.05)。

表2 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦生長性能和形體指標的影響

2.2 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦干物質和粗蛋白質表觀消化率的影響

由表3可知，干物質表觀消化率在各組間無顯著差異(P>0.05)；SP80組粗蛋白質表觀消化率顯著低于其他組(P<0.05)。

表3 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦干物質和粗蛋白質表觀消化率的影響

2.3 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦體組成的影響

由表4可知，螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦的蝦體水分、粗蛋白質和粗灰分含量無顯著影響(P>0.05)；隨著替代比例的增加，羅氏沼蝦的蝦體粗脂肪含量先上升后下降，其中SP40組和SP60組的蝦體粗脂肪含量顯著高于對照組(P<0.05)。

表4 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦體組成的影響

2.4 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦蝦體氨基酸含量的影響

由表5可知，螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦的蝦體各氨基酸含量無顯著影響(P>0.05)；TAA、EAA、DAA含量以及EAA/TAA在各組間也無顯著差異(P>0.05)。

表5 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦蝦體氨基酸含量的影響

續表5項目 Items組別 GroupsSP0SP20SP40SP60SP80P值P-value天冬氨酸 Asp1.99±0.051.96±0.042.06±0.052.08±0.041.99±0.100.621甘氨酸 Gly1.49±0.061.52±0.031.43±0.041.39±0.071.35±0.010.123總氨基酸 TAA19.52±0.2719.13±0.3819.75±0.3920.19±0.4018.99±0.950.545必需氨基酸 EAA9.39±0.149.17±0.209.57±0.219.85±0.299.22±0.550.558鮮味氨基酸 DAA8.24±0.138.20±0.148.33±0.158.46±0.107.98±0.300.462必需氨基酸/總氨基酸 EAA/TAA48.08±0.0547.93±0.1248.43±0.1248.78±0.5948.49±0.460.467

2.5 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦血清生化指標的影響

由表6可知，螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦血清葡萄糖含量無顯著影響(P>0.05)；螺旋藻部分替代魚粉后羅氏沼蝦血清總蛋白含量出現下降，其中SP60組顯著低于對照組(P<0.05)；羅氏沼蝦血清白蛋白含量在各組間無顯著差異(P>0.05)；隨著替代比例的增加，羅氏沼蝦血清甘油三酯含量先上升后下降，SP20組和SP40組顯著高于對照組(P<0.05)；羅氏沼蝦血清總膽固醇含量各組間無顯著差異(P>0.05)；SP60組和SP80組血清谷草轉氨酶活性較對照組顯著提高(P<0.05)；SP20組和SP80組血清谷丙轉氨酶活性顯著高于對照組(P<0.05)。

表6 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦血清生化指標的影響

3 討 論

3.1 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦生長性能和形體指標的影響

現有的羅氏沼蝦配合飼料中用于替代魚粉的蛋白質源大多存在替代比例低、效果差等問題。本試驗使用螺旋藻部分替代魚粉，結果發現替代比例能夠達到60%，不會對羅氏沼蝦生長性能造成不利影響，但替代比例提高至80%，則會導致羅氏沼蝦生長性能下降。與豆粕、玉米蛋白粉等常規植物蛋白質源相比，螺旋藻能夠實現更高比例的替代魚粉且效果較好，表明螺旋藻蛋白更容易被羅氏沼蝦利用，這可能與螺旋藻蛋白的必需氨基酸含量高、氨基酸平衡性好有關[6，8，13，23]。另外，由于螺旋藻具有特殊風味，在蝦飼料中少量添加就能產生良好的誘食效果，因此較常規植物蛋白質源具有更好的適口性[24]。Hanel等[25]研究表明，螺旋藻是蝦飼料中十分有效的魚粉替代品。Jaime-Ceballos等[26]在南方白對蝦(Litopenaeusschmitti)飼料中分別添加2.5%和5.0%的螺旋藻替代魚粉，發現對蝦的存活率和體長與對照組相比無顯著變化；Macias-Sancho等[15]在凡納濱對蝦配合飼料中使用螺旋藻高比例替代魚粉，結果顯示替代比例能夠達到75%而不降低生長性能，但完全替代魚粉會導致凡納濱對蝦幼苗的增重率和特定生長率顯著下降，這與本研究結果具有相似性；但Pakravan等[16]用同樣比例螺旋藻替代魚粉飼喂凡納濱對蝦，結果發現即使100%替代也不會降低生長性能，這可能與不同試驗中凡納濱對蝦的體重大小存在差異有關；Radhakrishnan等[21-22]在羅氏沼蝦飼料中用3種微藻不同比例替代魚粉，其中包括螺旋藻，結果發現螺旋藻不會對羅氏沼蝦產生毒性作用，且在替代比例不超過75%時還會提高增重率，與本研究結果并不一致，這可能與動物體重的差異、基礎飼料中魚粉的含量不同等因素有關。此外，也有學者對螺旋藻在魚飼料中替代魚粉的效果進行了研究。Cao等[17]在異育銀鯽幼魚飼料中用螺旋藻替代魚粉，結果發現替代比例能夠達到100%而不降低生長性能；Hernandez等[27]研究表明，在虹鱒魚(Oncorhynchusmykiss)飼料中可以用螺旋藻與豆粕混合完全替代魚粉；Abdulrahman等[28]在鯉魚飼料中用螺旋藻替代5%～20%的魚粉，結果發現鯉魚的增重和存活率均顯著提高；但也有研究顯示，在羅非魚(Oreochromismossambicus)飼料中用螺旋藻替代魚粉比例超過40%就會導致增重率降低[29]。這說明對于不同品種的水產動物，螺旋藻替代魚粉的效果和適宜比例可能存在一定差別，因此需要開展更多針對性的研究。

本試驗中，螺旋藻部分替代魚粉不會影響羅氏沼蝦的肥滿度，這與前人在異育銀鯽[17]、絲鰭毛足鱸(Trichopodustrichopterus)[14]和尖齒胡鯰(Clariasgariepinus)[30]上的研究結果一致。隨著螺旋藻替代魚粉比例的增加，羅氏沼蝦肝體比呈現下降趨勢，其中SP60組和SP80組肝體比顯著低于對照組，這一研究結果與前人報道存在一定差異。Palmegiano等[19]研究顯示，飼料中用螺旋藻替代40%～60%的魚粉對西伯利亞鱘的肝體比無顯著影響；而Abiodun等[30]發現，在尖齒胡鯰飼料中用螺旋藻替代魚粉后肝體比會顯著增加。研究結果出現差異的原因可能與試驗動物的品種和飼養條件不同有關，也可能與螺旋藻的品質和添加水平存在差別有關。在一些植物蛋白質源和其他微藻替代魚粉的研究中發現，替代比例過高通常會引起動物肝臟功能異常，進而導致生長性能下降[31-32]。有學者認為是由于高比例攝入植物蛋白質造成肝臟中脂蛋白合成減少，脂肪轉運過程受阻，從而導致肝臟脂肪性病變[33-34]。本試驗結果表明高水平添加螺旋藻可能會抑制羅氏沼蝦肝臟的正常發育和生理功能，但其作用機理還需要進一步研究。

3.2 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦干物質和粗蛋白質表觀消化率的影響

本試驗中，螺旋藻替代魚粉比例達到80%時，飼料的粗蛋白質表觀消化率顯著低于其他組；干物質表觀消化率各組間無顯著差異，但以SP80組數值最低，說明羅氏沼蝦難以有效利用飼料中過高比例的螺旋藻蛋白，這可能是SP80組試驗動物生長性能顯著下降的主要原因。Olvera-Novoa等[29]發現羅非魚飼料中螺旋藻替代魚粉比例超過80%時，粗蛋白質表觀消化率出現大幅降低，與本研究結果相似；曹申平等[35]在異育銀鯽幼魚飼料中用螺旋藻替代20%～100%的魚粉，發現粗蛋白質表觀消化率顯著低于對照組；Palmegiano等[19]研究顯示，在西伯利亞鱘飼料中隨螺旋藻替代魚粉比例的增加，粗蛋白質表觀消化率呈線性下降的趨勢。有學者認為這可能與消化道中蛋白酶活性的變化有關，在凡納濱對蝦和鯉魚飼料中用螺旋藻替代魚粉比例超過75%時，腸道胰蛋白酶和糜蛋白酶活性較魚粉對照組出現明顯降低[16，18]。也有研究表明，螺旋藻替代魚粉對異育銀鯽腸道蛋白酶活力無顯著影響，粗蛋白質表觀消化率的下降是由于螺旋藻和魚粉的氨基酸不同，影響了吸收效率[35]。盡管如此，與大多數常規植物蛋白質源相比，動物機體對螺旋藻的消化利用能力依然更強，可替代魚粉比例也更高，這主要與螺旋藻無細胞壁結構和纖維含量較低等特性有關[13，23]。

3.3 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦體組成和氨基酸含量的影響

關于螺旋藻替代魚粉對水產動物體組成影響的研究并不少，但結果不盡相同。在鯉魚和絲鰭毛足鱸飼料中用螺旋藻替代魚粉，發現魚體粗脂肪含量顯著降低，同時魚體粗灰分含量顯著提高[14，18]；而Palmegiano等[19]的研究則認為螺旋藻替代魚粉不會影響西伯利亞鱘的體組成；有學者在異育銀鯽幼魚飼料中用螺旋藻替代魚粉開展多次研究，卻沒有得到一致性的結論[17，35]。Macias-Sancho等[15]用螺旋藻替代75%的魚粉后發現凡納濱對蝦蝦體粗蛋白質和水分含量顯著改變，其變化趨勢與Radhakrishnan等[22]在羅氏沼蝦蝦體中的研究結果具有一致性；但在同樣替代比例下，Pakravan等[16]則發現凡納濱對蝦體組成無顯著變化。本試驗結果表明，螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦蝦體水分、粗蛋白質和粗灰分含量無顯著影響，但粗脂肪含量隨替代比例的增加先上升后下降，其中SP40組和SP60組顯著高于對照組，這與Olvera-Novoa等[29]在對羅非魚魚體粗脂肪含量的研究中得到的結果相似。有學者推測，螺旋藻替代魚粉可能影響肌肉中營養物質的合成和沉積效率[36-37]；另外，粗脂肪含量的變化也可能與螺旋藻的品質以及試驗動物的品種等因素有關[38-39]。

飼料的蛋白質品質與動物組織的氨基酸沉積率具有高度相關性[8，40]。本試驗對蝦體氨基酸組成進行了分析，結果發現各氨基酸含量各組間的差異并不顯著，EAA含量以及EAA/TAA也沒有顯著變化，這說明螺旋藻蛋白品質較高，替代魚粉后沒有降低羅氏沼蝦的營養價值。另外，螺旋藻部分替代魚粉未顯著影響蝦體谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸和天冬氨酸的含量，這4種非必需氨基酸在一定程度上決定了蝦的鮮味和可口程度，其中尤以谷氨酸和天冬氨酸鮮味特征性最強[41]；而螺旋藻蛋白中富含谷氨酸和天冬氨酸，因此能夠保證蝦的鮮味程度不受影響[24]。

3.4 螺旋藻部分替代魚粉對羅氏沼蝦血清生化指標的影響

血清生化指標能夠反映動物機體的營養代謝狀況，也是評價動物健康狀態的重要標準[42]。目前，關于螺旋藻替代魚粉對水產動物血清生化指標影響的研究還鮮有報道。本試驗中，羅氏沼蝦血清葡萄糖含量在各組間無顯著差異，說明螺旋藻部分替代魚粉對機體糖代謝沒有產生明顯影響。血清總蛋白在肝臟中合成，包括白蛋白和球蛋白，是反映機體蛋白質代謝和肝臟功能的重要指標[43]。本試驗結果顯示，螺旋藻部分替代魚粉顯著影響了羅氏沼蝦血清總蛋白含量，其中SP60組顯著低于對照組，推測高替代比例的螺旋藻可能引起羅氏沼蝦的蛋白質代謝異常。在一些魚粉替代蛋白質源的研究中發現，替代比例增加會阻礙蛋白質代謝向有利的方向進行，從而引起血清總蛋白含量下降，甚至肝臟功能受損[7，44]。本試驗中，羅氏沼蝦血清谷草轉氨酶和谷丙轉氨酶活性在不同組顯著增強，在高比例替代組的變化尤為明顯，這2種酶同樣是反映肝臟功能的重要指標，正常情況下主要存在于肝細胞內，血清中活性較低，而當肝細胞被破壞時會大量進入血液，引起活性增強[45]。這些結果表明螺旋藻高比例替代魚粉會引起羅氏沼蝦肝臟功能異常。此外，本試驗發現羅氏沼蝦血清甘油三酯和總膽固醇含量隨替代比例的增加呈現先上升后下降的趨勢，這與前人用大豆濃縮蛋白替代魚粉得到的研究結果[46]相似。這可能與螺旋藻替代魚粉影響肝臟功能有關，也可能是由于各組飼料魚油含量不同導致脂肪酸組成存在差異，進而對機體脂肪代謝產生影響[47]，其作用機制需要進一步分析。

4 結 論

在本試驗條件下，在羅氏沼蝦飼料中螺旋藻替代魚粉的比例不宜超過60%，替代比例過高不僅會降低羅氏沼蝦的生長性能和粗蛋白質表觀消化率，還可能引起肝臟代謝功能異常。