植酸酶对斑点叉尾鮰生长性能、营养物质表观消化率及氮、磷排泄的影响

杨雨虹 刘行彪 黄 可 付 熊 吴晗冰

(东北农业大学动物科学技术学院，哈尔滨 150030)

植物性饲料中的磷主要是以植酸及其盐的形式存在，难以被鱼类所利用。植酸可通过螯合作用降低动物对矿物元素和蛋白质的利用率，从而降低饲料的营养价值［1］。大量未被利用的植酸磷随粪便排出体外，对养殖环境造成了极大的污染。大量研究证实，植酸酶能降解植酸，从而降低其抗营养作用，提高植酸磷利用率［2－4］。斑点叉尾鮰(Ictalurus punctatus)是欧美主要淡水养殖品种之一，近年来斑点叉尾鮰的养殖在我国发展迅猛，已成为当前一个重要的淡水养殖品种［5］。然而，斑点叉尾鮰属杂食性鱼类，其配合饲料植物原料中的植酸磷无法被有效利用，大部分只能随粪便排入水中，致使养殖水体中的磷负荷加重，从而导致水体富营养化。另外，植酸酶作为鱼类饲料添加剂所开展的营养研究已成为热点，但国内有关植酸酶在斑点叉尾鮰饲料中应用的研究较少。本试验通过研究植酸酶对斑点叉尾鮰生长性能、营养物质表观消化率及氮、磷排泄的影响，进而确定植酸酶的适宜添加量，以期为斑点叉尾鮰的健康养殖提供新的试验依据和科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

植酸酶选用德国巴斯夫(BASF，Germany)颗粒状微生物植酸酶，活性单位为5 000 U/g，购自哈尔滨龙宝饲料公司。植酸酶的活性采用霍启光［6］的方法测定，实测活性为 5 160 U/g。

表1 基础饲料组成及营养水平(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet(air-dry basis) %

1.2 试验饲料

以豆粕、玉米蛋白粉、棉籽粕、菜籽粕、次粉、鱼油等为原料，以三氧化二铬(Cr2O3)作为指示剂配制基础饲料，其中维生素和矿物质预混料的添加量参照NRC(1993)［7］鱼类营养标准。在基础饲料 中 分 别 添 加 300、500、1 000、1 500 和2 000 U/kg的植酸酶，配制成5组试验饲料。植酸酶采用表面喷涂法添加，添加方法参考Jackson等［8］的方法，具体操作如下:准确称取所需质量的植酸酶，将其溶于柠檬酸盐缓冲液中，按配合饲料质量(kg)与柠檬酸盐缓冲液体积(L)比为20∶1将植酸酶缓冲溶液均匀地喷涂到基础饲料表面。在制作基础饲料时，2.0%的鱼油与其他原料混合均匀后挤压成粒，而在制作试验饲料时，1.5%的鱼油与其他原料混合均匀后挤压成粒，然后用0.5%的鱼油包裹饲料，以防止植酸酶在水中溶失。饲料喷涂处理后，放入37℃干燥箱中烘干，取出后室温下放置24 h，封口袋包装后放入－18℃冰箱冷冻保存备用。基础饲料组成及营养水平见表1。

1.3 试验设计、饲养管理及样品采集

1.3.1 生长试验

斑点叉尾鮰购自四川省绵阳市金城水产养殖场，正式试验前，用基础饲料对斑点叉尾鮰驯养2周，使其逐渐适应试验饲料。试验采用单因素完全随机分组设计，挑选出体格健壮、体重均匀［(1.74±0.02)g］的试验鱼 540 尾，随机分到 6个组中，每组3个重复，每个重复放养30尾鱼。D0组为对照组，饲喂基础饲料;D1、D2、D3、D4和D5组为试验组，分别饲喂在基础饲料中添加300、500、1 000、1 500、2 000 U/kg 植酸酶的试验饲料。

采用室内循环流水养殖，每个试验缸容积280 L，水流量控制在 2.5 L/min，水温控制在(24 ±1)℃，溶氧 ＞8.0 mg/L，pH 为7.5 ～8.0，氨氮＜0.10 mg/L。试验期间每天投喂2次，根据摄食情况作相应调整，以达到表观饱食，确保无饲料存留，试验持续90 d。

粪便的收集参考Lee［9］的方法。每天分别在10:00和18:00用粪便收集装置将粪便迅速移到干燥滤纸上，在4℃冰箱中静置1 h，滤干水分后放入对应密封袋中，于－18℃冰箱冷冻保存以备分析。

1.3.2 氮、磷排泄试验

氮、磷排泄试验方法参照李二超等［10］的方法。生长试验结束后，以组为单位，在各组中挑选体格健壮、体重均匀［(16.70 ±0.85)g］的鱼 75 尾进行试验。氮、磷排泄试验中组的设计与生长试验相对应，每组3个重复，每个重复放养25尾鱼。

采用静水养殖方法进行试验，每个试验缸容积280 L，加水150 L，水温控制在(24±1)℃，溶氧 ＞6.0 mg/L，pH 为7.5 ～8.0。试验期间投喂方法同生长试验，确保无饲料存留，不清理粪便，试验持续72 h。

试验在开始前和结束后，每重复采集水样500 mL，经抽提过滤后，在4℃下保存，并于24 h内进行总磷和氨氮含量的测定。

1.4 样品分析方法

饲料和粪便中粗蛋白质、粗脂肪、水分、灰分以及钙、总磷含量均采用AOAC(1995)［11］分析方法进行分析。微量元素的分析采用原子吸收分析法，饲料中植酸磷含量的测定采用王永真等［12］的方法。养殖水体中总磷含量的测定采用钼锑抗分光光度法，氨氮含量的测定采用奈氏试剂法。各试验指标的计算公式如下:

1.5 数据处理及统计分析

试验结果采用“平均值±标准差”表示。采用SAS 9.12统计软件对数据进行统计学分析，先对数据作单因素方差分析(One-way ANOVA)，处理间若有显著差异，再作Duncan氏多重比较，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 植酸酶对斑点叉尾鮰生长性能的影响

由表2可知，与对照组相比，添加植酸酶的各试验组的增重率(D1组除外)、特定生长率和蛋白质效率(D1组除外)均显著提高(P＜0.05)，饲料系数则显著下降(P＜0.05);成活率各组间没有显著差异(P＞0.05)。在0～1 500 U/kg添加范围内，随着植酸酶添加量的增加，生长性能不断提高;当添加量达到2 000 U/kg时，与添加量为1 500 U/kg时相比生长性能有所降低，但增重率、特定生长率、蛋白质效率和饲料系数均差异不显著(P＞0.05)。在所有组中，D4组的增重率、特定生长率和蛋白质效率最高，分别较对照组提高了 33.02% 、19.03% 和 18.27%;而 D4组的饲料系数则最低，较对照组降低了14.96%。

2.2 植酸酶对斑点叉尾鮰营养物质表观消化率的影响

由表3可知，饲料中添加植酸酶可提高斑点叉尾鮰对干物质、粗蛋白质、粗脂肪、钙、磷及微量元素(铜、锰、锌和铁)的表观消化率。

饲料中添加植酸酶可提高斑点叉尾鮰对干物质和钙的表观消化率，其中D1组与对照组相比差异不显著(P＞0.05)，而当植酸酶的添加量大于500 U/kg时，二者的表观消化率均显著高于对照组(P＜0.05)。在所有组中，D5组的干物质和钙表观消化率最高，二者分别较对照组提高了8.33%和9.39%，但 D3、D4和 D5组间干物质和钙表观消化率差异不显著(P＞0.05)。

饲料中添加植酸酶可提高斑点叉尾鮰对粗蛋白质和粗脂肪的表观消化率，其中D1和D2组与对照组差异不显著(P ＞0.05)，D3、D4和 D5组与对照组差异显著(P＜0.05)。在所有组中，D4组的粗蛋白质表观消化率最高，较对照组提高了5.39%;D5组的粗脂肪表观消化率最高，较对照组提高了5.73%。

表2 植酸酶对斑点叉尾鮰生长性能的影响Table 2 Effects of phytase on growth performance of channel catfish(Ictalurus punctatus)

随着植酸酶添加量的增加，磷的表观消化率呈上升趋势，且各试验组的磷表观消化率均显著高于对照组(P＜0.05)，但植酸酶的添加量在1 000～2 000 U/kg时，各组间磷的表观消化率差异不显著(P＞0.05)。在所有组中，D5组的磷表观消化率最高，较对照组提高了46.30%。

饲料中添加植酸酶可提高斑点叉尾鮰对铜、锰、锌和铁的表观消化率，其中铜和铁的表观消化率以D4组最高，分别较对照组提高了15.47%(P ＜0.05)和19.49%(P ＜0.05);锰和锌的表观消化率以D5组最高，分别较对照组提高了9.56%(P ＜0.05)和 29.63%(P ＜0.05)。

表3 植酸酶对斑点叉尾鮰营养物质表观消化率的影响Table 3 Effects of phytase on apparent digestibility of nutrients in channel catfish(Ictalurus punctatus) %

2.3 植酸酶对斑点叉尾鮰氮、磷排泄的影响

由表4可知，斑点叉尾鮰的总磷排泄量以对照组最高，达0.254 mg/(kg·h)，而添加植酸酶的各试验组的总磷排泄量均显著低于对照组(P＜0.05)，其中D4组最低，较对照组降低了39.76%。单位增重粪磷排泄量与总磷排泄量的变化趋势较为相似，以对照组最高，达3.91 g/kg，添加植酸酶的各试验组的单位增重粪磷排泄量均显著低于对照组(P＜0.05)，其中D4组最低，较对照组降低了76.21%。随着饲料中植酸酶添加量的增加，氨氮排泄量有所下降，且D3和D4组氨氮排泄量显著低于对照组(P＜0.05)，分别较对照组降低了20.46%和 22.47% 。

表4 植酸酶对斑点叉尾鮰氮、磷排泄的影响Table 4 Effects of phytase on excretion of nitrogen and phosphorus in channel catfish(Ictalurus punctatus)

3 讨论

3.1 植酸酶对斑点叉尾鮰生长性能及营养物质表观消化率的影响

磷作为一种必需矿物元素，在动物营养中发挥着重要作用［8］，而常用植物性饲料中60% ～70%的磷以植酸及植酸盐的形式存在，很难为鱼体所利用。研究表明，饲料中添加植酸酶对提高植酸磷及其他养分的利用率，促进鱼类生长具有良好的效果［2－4］。其原因在于，植酸酶分解植酸的同时，将原来螯合的蛋白质及矿物元素释放出来;此外，植酸的减少降低了其对消化酶的抑制［1］。

本试验研究表明，植酸酶可有效改善斑点叉尾鮰的生长性能，促进营养物质的消化吸收，降低饲料系数。对生长性能的研究发现，添加1 500 U/kg植酸酶组的鱼体增重率、特定生长率和蛋白质效率最高，分别较对照组提高了33.02%、19.03%和18.27%，饲料系数最低，较对照组降低了14.96%，这与 Jackson等［8］对斑点叉尾鮰、Papatryphon 等［13］对条纹鲈、郑涛等［14］对奥尼罗非鱼及高春生等［15］对草鱼的研究结果相一致;对干物质、粗蛋白质、粗脂肪及矿物元素表观消化率的研究发现，与对照组相比，植酸酶添加量在1 000～2 000 U/kg时，干物质、粗蛋白质、粗脂肪及矿物元素的表观消化率有显著提高，其中磷的表观消化率提高了 40.64% ～43.30%，这与 Papatryphon等［13］对条纹鲈，Vielma 等［16］、Jouni等［17］、Forster等［18］对虹鳟，白东清等［19］对鲤鱼的研究结果相一致，均证实了植酸酶对提高饲料中磷、蛋白质及脂肪的利用率有显著效果。本试验中，基础饲料中可利用磷含量为0.48%，低于斑点叉尾鮰对磷的需求量，而随着植酸酶添加量的增加，磷的表观消化率逐渐升高，可利用磷含量由0.48%增加到0.72%，满足了其对磷的需求。然而，对于粗蛋白质表观消化率的研究，有些学者报道了不同的研究结果，如Vegard等［20］在大西洋鲑饲料中分别采用喷涂和预处理添加2 900 U/kg植酸酶，结果表明，植酸酶组与对照组相比，粗蛋白质的表观消化率没有显著差异，并且这个研究结果与Sajjadi等［21］对大西洋鲑、Cheng 等［22］对虹鳟、姚瑞清［23］对罗非鱼的研究结果相一致。饲料中添加植酸酶对蛋白质表观消化率的影响存在差异，这可能与蛋白质饲料的质量、饲料结构组成及鱼体消化道的pH不同有关。根据Kies等［24］报道，植酸在pH为2的条件下可以显著地降低饲料蛋白质的溶解性，而在pH 4～5的范围内没有影响，不同饲料蛋白质的溶解性变化也相当大，这些因素应该是导致植酸酶对粗蛋白质表观消化率研究结果出现差异的原因。通过对生长性能、营养物质表观消化率及饲料成本效益综合分析，可以确定斑点叉尾鮰饲料中植酸酶的最适添加量为1 500 U/kg。

3.2 植酸酶对斑点叉尾鮰氮、磷排泄的影响

在水产动物养殖生产中，氮、磷不仅是养殖水体中限制初级生产力的2种营养元素，也是评价水产养殖自身污染的重要指标。植酸及植酸盐被公认为是植物性饲料中的抗营养因子［1］，由于鱼体消化道内缺乏水解植酸的植酸酶，限制了其对磷的消化吸收，同时，植酸还能与蛋白质及矿物元素螯合，从而降低了鱼体对蛋白质及矿物元素的吸收。大量未被利用的氮、磷随粪便及尿液排出体外，改变了水体环境中某些物理、化学及生物学指标，致使浮游生物数量和微生物含量增加，水体自净能力降低，导致水体富营养化或水质恶化［25］。

研究表明，鱼类饲料中添加植酸酶可以提高磷的利用率，降低磷的排泄量。Rodehutscord等［26］用植酸酶处理的大豆粉饲喂虹鳟，可使磷排泄量降低65% ～88%;Schafer等［27］在鲤鱼饲料中分别添加500和1 000 U/kg的植酸酶，结果磷的排泄量分别减少了28%和25%;曾虹等［28］在鲤鱼饲料中添加1 000 U/kg的中性植酸酶，结果饲料磷的利用率提高了41.3%，单位增重粪磷排泄量降低了32%;Jackson等［8］在斑点叉尾鮰饲料中用喷涂法添加植酸酶，结果磷排泄量较对照组降低了33%。本研究中，分析总磷和单位增重粪磷排泄量的变化可知，两者表现出相同的变化趋势，即添加植酸酶的各试验组较对照组均有显著降低，其中添加1 500 U/kg植酸酶的试验组最低，分别较对照组降低了39.76%和76.21%;分析氨氮排泄量的变化可知，与对照组相比，各试验组均表现出下降的趋势，并且添加1 000～1 500 U/kg植酸酶的试验组有显著降低，与上述研究结果相一致。这说明，在饲料中添加一定量植酸酶可有效降低斑点叉尾鮰氮、磷排泄，减少养殖水环境中氮、磷的污染。通过分析水体中总磷、氨氮及单位增重粪磷排泄量的变化，可以确定斑点叉尾鮰饲料中植酸酶的最适添加量为1 500 U/kg。

4 结论

综上所述，在斑点叉尾鮰饲料中添加植酸酶对改善其生长性能，促进营养物质的消化吸收，降低其向养殖水环境中的氮、磷排泄，消除氮、磷污染具有重大意义。综合分析各项指标，可以确定斑点叉尾鮰饲料中植酸酶的最适添加量为1 500 U/kg。

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