饲料蛋白水平对大规格草鱼生长、饲料利用和氮代谢相关酶活性的影响

李 彬 梁旭方 刘立维 袁小琛 朱文欢 李 杰



饲料蛋白水平对大规格草鱼生长、饲料利用和氮代谢相关酶活性的影响

李 彬 梁旭方 刘立维 袁小琛 朱文欢 李 杰

(华中农业大学水产学院, 农业部淡水生物繁育重点实验室, 武汉 430070)

为探讨饲料蛋白水平对草鱼()生长、饲料利用和氮代谢的影响, 以鱼粉和酪蛋白为蛋白源制备蛋白水平分别为15%、20%、25%、30%和35%的5种等能(13.71 kJ/g)饲料饲养草鱼[(209±10) g] 8周。结果表明: 饲料蛋白水平对草鱼的增重率、特定生长率、饲料效率均影响显著(<0.05), 其中25%蛋白组最高。通过二次多项式的回归分析得出: 当饲料蛋白水平为26.50%和27.20%的时候, 特定生长率和饲料效率分别达到最高。15%蛋白组的摄食率显著高于其他蛋白组(<0.05)。蛋白质保留率和蛋白质效率随蛋白水平的升高而显著降低(<0.05)。各蛋白组的成活率、血清丙氨酸转氨酶活性和血清天冬氨酸转氨酶活性均无显著差异(>0.05)。血清总蛋白、血清尿素氮、肝脏天冬氨酸转氨酶活性、肝脏谷氨酸脱氢酶活性和肌肉腺苷酸脱氨酶活性随蛋白水平的升高显著增加(<0.05), 而肝脏丙氨酸转氨酶活性先增加后稳定, 这表明高蛋白组(30%和35%蛋白组)相对于低蛋白组(15%和20%蛋白组)有较多的蛋白质用于分解代谢提供能量。

草鱼; 蛋白质; 生长; 饲料利用; 氮代谢

蛋白质作为鱼类配合饲料中重要的营养物质, 不仅能够提供鱼体合成蛋白质所需的氨基酸, 还能提供生长和代谢所需的能量[1], 是决定鱼类生长的关键因素。饲料中蛋白质含量过低会限制鱼体生长, 导致无法按时达到上市规格, 影响经济效益。然而, 当饲料中蛋白质含量过高时, 不仅增加了饲料成本, 而且鱼类通过氧化脱氨基作用将过量的蛋白质用于能量消耗或以脂肪的形式储存起来而非用于体蛋白的沉积, 产生较多的氨氮排泄物, 从而导致养殖水体污染加重, 不利于鱼类的生长和生态环境的可持续发展[2—4]。目前, 有关草鱼的蛋白质研究大多集中在营养需求与饲料利用上, 对草鱼氮代谢方面研究较少。

草鱼()隶属于鲤形目鲤科雅罗鱼亚科草鱼属, 是我国优良养殖品种之一, 具有生长快、肉味鲜美、养殖成本低、市场容量大等特点。受养殖条件和实验成本的影响, 关于草鱼的研究多针对于草鱼幼鱼, 对大规格的草鱼鲜有报道。然而大规格草鱼是实际养殖中必经且重要的阶段, 因此, 研究大规格草鱼对实际生产具有重要的指导意义, 并产生更大的经济效益。本实验旨在探讨饲料蛋白水平对大规格草鱼生长、饲料利用、血清生化指标和氮代谢相关酶活的影响, 为大规格草鱼饲料配方的优化提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 实验饲料

以秘鲁鱼粉和酪蛋白为蛋白源, 鱼油和大豆油为脂肪源制备5组不同蛋白水平的等能饲料。饲料蛋白实测值分别为15.65%、20.82%、25.88%、30.78%和36.01% (分别用15%、20%、25%、30%和35%表示), 饲料的蛋白能量比为11.47—26.38 mg/kJ, 饲料配方和实测饲料成分见表1。饲料原料购于武汉盛天宇饲料有限公司和武汉富龙饲料有限公司。饲料原料粉碎后全部通过60目筛, 按照添加量从小到大的顺序逐级搅拌混匀, 用颗粒饲料机制成直径 3 mm的硬颗粒饲料, 风干后于−20℃保存备用。

表1 实验饲料配方和基本成分

注: 1. 维生素预混料(每千克饲料): 维生素A, 2000 IU; 维生素B1, 5 mg; 维生B2, 5 mg; 维生素B6, 5 mg; 维生素B12, 0.025 mg; 维生素D3, 1200 IU; 维生素E 21 mg; 维生素K32.5 mg; 叶酸, 1.3 mg; 生物素, 0.05 mg; 泛酸钙, 20 mg; 肌醇, 60 mg; 抗坏血酸(35%), 110 mg; 烟酸, 25 mg; 2. 矿物质预混料(每千克饲料): 硫酸锰, 10 mg; 硫酸镁, 10 mg; 氯化钾, 95 mg; 氯化钠, 165 mg; 硫酸锌, 20 mg; 碘化钾, 1 mg; 硫酸铜, 12.5 mg; 硫酸铁, 105 mg; 亚硒酸钠, 0.1 mg; 3. 可消化能计算值(蛋白质16.7 kJ/g, 脂肪37.6 kJ/g, 碳水化合物16.7 kJ/g)[5]; 4. 蛋能比: 蛋白mg/可消化能kJ

Note: 1. Vitamin premix (per kg of diet): vitamin A, 2000 IU; vitamin B1, 5 mg; vitamin B2, 5 mg; vitamin B6, 5 mg; vitamin B12, 0.025 mg; vitamin D3, 1200 IU; vitamin E 21 mg; vitamin K32.5 mg; folic acid, 1.3 mg; biotin, 0.05 mg; pantothenic acid calcium, 20 mg; inositol, 60 mg; ascorbic acid (35%), 110 mg; niacinamide, 25 mg; 2. Mineral premix (per kg of diet): MnSO4, 10 mg; MgSO4, 10 mg; KCl, 95 mg; NaCl, 165 mg; ZnSO4, 20 mg; KI, 1 mg; CuSO4, 12.5 mg; FeSO4, 105 mg; Na2SeO3, 0.1 mg; 3. Calculated digestible energy (16.7, 37.6 and 16.7 kJ/g for protein, lipid and carbohydrate)[5]; 4. P/E: Protein/Digestible energy

1.2 实验用鱼与饲养条件

养殖实验在华中农业大学水产养殖基地的池塘中进行, 池塘平均水深约3 m。实验所用草鱼购自湖北省仙桃排湖渔场, 正式实验前将草鱼放入网箱 (2 m × 2 m × 2 m)中暂养, 每天8:00和16:00以商业饲料饱食投喂, 使之逐渐适应环境和配合饲料。暂养2周后, 对实验鱼饥饿 24h, 挑选出体格健壮、规格一致[(209 ±10) g] 的草鱼随机分入15(5个实验组, 每组3个重复)个网箱(2m × 2m × 2m)中, 每个网箱12尾。整个实验周期均定时(8:00, 16:00)采用饱食投喂, 实验期为8周。实验期间水温27.5—33.5℃, pH 7.62—8.08, 溶氧>6 mg/L, 氨氮<0.5 mg/L, 亚硝酸盐<0.15 mg/L, 光照周期为自然光照周期。

1.3 样品收集与分析

养殖实验开始前将6尾鱼置于−80℃冰箱保存。在养殖实验结束后, 实验鱼饥饿24h, 以MS-222麻醉(100 mg/L), 然后计数并称重。每个网箱中取3尾鱼置于−80℃冰箱中保存, 用于测定全鱼粗蛋白含量。另取3尾鱼以无菌注射器自尾静脉取血, 然后解剖取背部肌肉和肝脏, −80℃保存待测。将采集的血液样品在37℃下凝血1—2h (不加抗凝剂), 4℃冰箱过夜(让血块凝固), 4℃条件下, 3000 r/min 离心10min, 小心吸取上层血清, −80℃保存待测。

饲料和鱼体常规成分测定采用AOAC(1995)的方法。水分含量在105℃烘箱中烘至恒重测定。粗蛋白含量采用凯氏定氮法(Kjeltec 2300 Analyzer, Foss Tecator, Sweden)测定样品含氮量, 再乘以6.25得粗蛋白含量。粗脂肪采用索氏抽提法(乙醚为溶剂)。灰分含量在马弗炉中 550℃灼烧至恒重测定。能量采用氧弹仪(Parr Instrument Company, Moline, IL, USA)测定。血清样品送至武汉大学中南医院检测总蛋白、尿素氮、丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶, 以上指标均采用全自动生化分析仪(Abbott Laboratories, Abbott Park, IL, USA)测定。肝脏中的丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、谷氨酸脱氢酶以及肌肉中的腺苷酸脱氨酶的活性均采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定。酶活性单位定义: 在 37℃条件下, 每分钟酶解1 µmol底物为1个活力单位(U)。组织匀浆液中蛋白浓度采用考马斯亮蓝法测定[6], 以牛血清白蛋白为基准物。

1.4 计算公式

增重率(Weight gain,, %)=100×(终末体重−初始体重)/初始体重;

特定生长率(Specific growth rate,, %/d)= 100×(ln末重−ln初重)/实验天数;

成活率(Survival rate,, %)=100×成活鱼尾数/投放鱼尾数;

摄食率(Feed rate,, %BW/d)=100×总摄食量/ [实验天数×(初总重+末总重)/2] ;

饲料效率(Feed efficiency rate,)=(终末体重−初始体重)/摄食量;

蛋白质保留率(Protein retention efficiency,, %)=100×(终末鱼体蛋白质重−初始鱼体蛋白质重)/蛋白质摄入量;

蛋白质效率(Protein efficiency ratio,)=(终末体重−初始体重)/蛋白质摄入量。

1.5 数据统计与分析

实验数据采用“平均值±标准误”表示, 使用统计软件SPSS 17.0对实验数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA), 差异显著时通过 Duncan’s方法进行多重比较, 以<0.05为差异显著性标准。

2 结果

2.1 饲料蛋白水平对草鱼生长和饲料利用的影响

由表2可知, 饲料蛋白水平对各组的成活率无显著影响(>0.05), 而对增重率、特定生长率、饲料效率、摄食率、蛋白保留率和蛋白质效率均有显著影响(<0.05)。25%蛋白组的增重率、特定生长率和饲料效率均最高, 显著高于15%和35%蛋白组(<0.05), 但与30%蛋白组无显著差异(>0.05)。15%蛋白组的摄食率显著高于其他组(<0.05)。20%和25%蛋白组的蛋白质保留率显著高于30%和35%蛋白组(<0.05), 但与15%蛋白组无显著差异(>0.05)。随着饲料蛋白水平的增加, 蛋白质效率逐渐降低, 30%和35%蛋白组的蛋白质效率无显著差异(>0.05), 两组均显著低于15%、20%和25%蛋白组(<0.05)。

表2 饲料蛋白水平对草鱼生长和饲料利用的影响

注: 表中数值(平均值±标准误)为3个重复的平均值。数值后不同的上标字母表示差异显著(<0.05),下同

Note: Values (mean±SE) are the means of triplicate. Values in each column with different superscripts have significant difference (<0.05). The same applies bellow

通过二次多项式的回归分析, 得到增重率和饲料效率与饲料蛋白水平的关系, 回归方程分别为:= –0.00342+ 0.1802–1.0504,² = 0.9601 (图1);= –0.00202+ 0.1088–0.7314,² = 0.9623 (图2)。当饲料蛋白水平为26.50%时, 草鱼的特定生长率达到最高; 当饲料蛋白水平为27.20 %时, 草鱼的饲料效率达到最高。

图1 饲料蛋白水平对草鱼特定生长率的影响

2.2 饲料蛋白水平对草鱼血清生化指标的影响

由表3可以看出, 各组血清丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶均无显著性差异(>0.05)。30%和35%蛋白组血清总蛋白显著高于15%蛋白组(<0.05), 20%和25%蛋白组与其他组无显著性差异(>0.05)。血清尿素氮含量随着饲料蛋白水平的升高而增加, 35%蛋白组显著高于15%、20%和25%蛋白组(<0.05), 与30%蛋白组无显著性差异(>0.05)。

图2 饲料蛋白水平对草鱼饲料效率的影响

2.3 饲料蛋白水平对草鱼氮代谢相关酶活性的影响

如表4所示, 25%、30%和35%蛋白组的肝脏丙氨酸转氨酶活性显著高于15%和20%蛋白组(<0.05), 15%和20%蛋白组之间无显著性差异(>0.05)。肝脏天冬氨酸转氨酶、谷氨酸脱氢酶和肌肉腺苷酸脱氨酶的活性随着饲料中蛋白水平的增加而升高, 35%蛋白组显著高于15%和20%蛋白组(<0.05), 15%和20%蛋白组之间无显著性差异(>0.05), 30%和35%蛋白组之间无显著性差异(>0.05)。

表3 饲料蛋白水平对草鱼血清生化指标的影响

表4 饲料蛋白水平对草鱼氮代谢相关酶活性的影响(U/g 蛋白)

3 讨论

3.1 饲料蛋白水平对草鱼生长和饲料利用的影响

本实验通过二次多项式的回归分析得到, 当饲料蛋白水平为26.50%时, 草鱼的特定生长率达到最高; 当饲料蛋白水平为27.20%时, 草鱼的饲料效率达到最高。蒋湘辉等[20]以鱼粉为蛋白源, 得出0.75 g草鱼最适蛋白需求为25%; 李爱杰[21]指出, 草鱼成鱼阶段的蛋白需求为22%—25%; 廖朝兴等[22]以酪蛋白为蛋白源, 得出10 g草鱼的最适蛋白需求为28.2%; 王胜[16]以酪蛋白和明胶为蛋白源, 得出7.43 g草鱼的最适蛋白需求为39.14%。造成这些差异的原因有很多, 如饲料能量水平、饲料蛋白源、鱼体规格和养殖水温等。Shiau,[23]指出, 随着饲料中能量水平的升高, 石斑鱼的最适蛋白需求量逐渐降低。饲料蛋白源中氨基酸组成的平衡性是蛋白源影响蛋白需求的主要原因。Takeda,[24]用鱼粉和沙丁鱼肉为蛋白源养殖杜氏鰤() 4周后, 获得最适蛋白需求量为55%, 而以鱼粉、豆饼和肉粉为蛋白源饲养, 最适蛋白需求量为50%[25]。随着鱼体的生长, 其蛋白需求量逐渐降低。Chen和Tasi[26]研究表明1.5 g左右的石斑鱼的蛋白需求量为54%, 而规格为20—30 g时的蛋白需求量为40%—50%。有关研究表明, 鱼类蛋白质需求量随水温升高而增加。在水温分别为22—26℃和26—33℃时, 拟石首鱼()的蛋白需求量分别为35%和44%[27]。

3.2 饲料蛋白水平对草鱼血清生化指标的影响

血液生化指标能反映鱼类的生理代谢状态, 与营养状况密切相关, 生化指标的变化可以阐明营养素在机体代谢变化的作用机制。丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶是动物体内氨基酸代谢中重要的酶类, 在正常情况下血清中的转氨酶活性较低, 当动物体受到营养不良或者胁迫作用, 尤其是肝脏受损时, 往往导致血清中丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶含量升高[28, 29]。在本实验中, 血清丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶的活性并未受饲料蛋白水平的显著影响, 表明各组鱼体肝脏健康状况良好。血清总蛋白在一定程度上可以代表饲料中蛋白质的营养水平及动物对蛋白质的消化吸收程度。在本实验中随着饲料中粗蛋白水平的增加, 血清总蛋白浓度升高, 但高蛋白组之间无显著性差异, 这说明蛋白水平超过最适需求时, 草鱼不能对其有效地消化吸收, 血清总蛋白沉积率并不增高, 多余的蛋白质被浪费掉。血清尿素氮可以较准确反映动物体内蛋白质的代谢情况, 蛋白质代谢良好时, 血清尿素氮浓度较低。在本实验中随着饲料蛋白水平的升高, 血清尿素氮的含量增加, 表明高蛋白组的草鱼代谢负担较重, 这与Preston,[30]和Bibiano Melo,[31]的研究结果一致。

3.3 饲料蛋白水平对草鱼氮代谢相关酶活性的影响

饲料中的蛋白质降解成氨基酸后主要通过转氨基作用和脱氨基作用进一步在体内转化、代谢, 其中主要的关键酶是谷氨酸脱氢酶和腺苷酸脱氨酶, 还有辅助转氨基的主要关键酶是丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶。同哺乳动物类似, 鱼类也主要通过联合脱氨基作用满足机体脱氨基的需要, 而转氨酶在联合脱氨基作用中起关键作用, 转氨酶活力的大小反映了氨基酸代谢强度的大小, 虽然鱼类体内转氨酶众多, 但其中却以丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶最为重要, 二者在鱼类蛋白质代谢中起着重要作用。肝脏是蛋白质代谢的重要场所, 肝脏中转氨酶活性可以反映蛋白质代谢状况[32]。Alexis,.[33]对鲻鱼()和Bibiano Melo,.[31]对克林雷氏鲶()研究表明肝脏转氨酶随着饲料蛋白含量的升高而增加, 并伴随着氨氮排泄增加。在本实验中, 15%和20%蛋白组的两种转氨酶活性差异不显著, 而25%蛋白组显著高于15%和20%蛋白组。由于低蛋白组的非蛋白能所占比例较高, 鱼体不需要大量分解蛋白质提供能量, 此时饲料中的蛋白质主要参与蛋白质的合成用于鱼体的生长。25%蛋白组的特定生长率最高, 说明鱼体内蛋白质代谢无论是合成代谢还是分解代谢都高于低蛋白组, 作为体内蛋白质代谢最重要的参与者, 丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶活性理应显著增高。在高蛋白水平下非蛋白能减少, 大量的蛋白质被脱氨基用于供能, 此时两种转氨酶活性应该增高。然而本实验结果表明, 30%和35%蛋白组的丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶活性较25%蛋白组均没有显著增高, 但天冬氨酸转氨酶活性有增高的趋势, 此结果与Sa,.[34]一致, 当饲料中蛋白水平过量时, 丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶活性并没有受到显著影响。

与其他脊椎动物相比, 鱼类是排氨型动物, 蛋白质代谢产生大量氨, 在有氧情况下, 氨主要来源于肝脏转氨脱氨作用和肌肉的嘌呤核苷酸循环。环境氧降低时, 肝中产生的氨降低, 而肌肉中产生的氨增加。谷氨酸脱氢酶在鱼类肝脏中活性很强, 很多氨基酸在转氨酶的作用下转化成谷氨酸参与代谢, 是氨基酸分解代谢的关键酶, 其活性的高低在一定程度上反映了体内蛋白质分解代谢的情况[32]。本实验表明, 随着饲料蛋白水平的增加, 谷氨酸脱氢酶活性显著升高, 说明高蛋白组有大量的蛋白质被分解代谢提供能量, 造成蛋白质浪费, 同时氨氮排泄也相应的增多[35]。类似的结果在虹鳟()[36]、克林雷氏鲶()[31]上有所报道。

腺苷酸脱氨酶是参与嘌呤核苷酸循环和能量代谢的重要酶类。嘌呤核苷酸循环是肌肉脱氨供能的主要途径, 其关键脱氨酶是腺苷酸脱氨酶。在嘌呤核苷酸循环中, 腺苷酸脱氨酶将腺嘌呤核苷酸催化脱氨生成次黄嘌呤核苷酸, 此循环是消耗天冬氨酸脱掉氨基而供能的过程[37]。在脊椎动物肌肉中大多数的氨都是腺苷酸脱氨酶产生的, 特别是鱼类的肌肉中, 该酶活性在骨骼肌中最高[38]。在本实验中, 30%和35%蛋白组显著高于15%和20%蛋白组, 与谷氨酸脱氢酶活性的变化趋势一致, 表明在高蛋白组有较多的蛋白质用于供能, 肌肉中氨的含量相应增加, 对鱼体健康产生不利影响。

综上所述, 随着饲料蛋白水平的升高, 肝脏天冬氨酸转氨酶、谷氨酸脱氢酶、肌肉腺苷酸脱氨酶活性以及血清尿素氮含量显著增加。通过特定生长率和饲料效率的回归方程得出, 大规格草鱼(209 ± 10) g的最适蛋白需求为26.50%—27.20%。

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EFFECTS OF DIETARY PROTEIN LEVELS ON GROWTH, FEED UTILIZATION AND THE ENZYMES ACTIVITY ON NITROGEN METABOLISM OF GRASS CARP ()

LI Bin, LIANG Xu-Fang, LIU Li-Wei, YUAN Xiao-Chen, ZHU Wen-Huan and LI Jie

(Key Lab of Freshwater Animal Breeding, Ministry of Agriculture, College of Fisheries, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

The present study was to investigate the effect of dietary protein levels on growth, feed utilization and nitrogen metabolism of grass carp (). Five isoenergetic diets (13.71 kJ/g) were formulated with 15%, 20%, 25%, 30% and 35% protein level. Fish (209 ± 10 g) were randomly distributed into five groups each with three replicates and were fed twice daily (08:00 and 16:00) to apparent satiation for 8 weeks. The results showed that weight gain and feed utilization were significantly affected by dietary protein levels (<0.05). Fish fed the diet with 25% protein had the highest weight gain, specific growth ratio and feed efficiency ratio than other groups. Protein retention efficiency and protein efficiency ratio inversely correlated with dietary protein levels (<0.05).There were no significantly differences on survival, activities of serum alanine aminotransferase and serum aspartate aminotransferase (>0.05). The dietary optimal protein for grass carp fromandestimated using the second order polynomial regression was ranged from 26.5% to 27.2%. Serum total protein, blood urea nitrogen, the activities of aspartate aminotransferase, glutamate dehydrogenase in liver and adenosine 5′-monophosphate deaminase in muscle were significantly increased with the increasing of dietary protein levels (<0.05). This denoted increased catabolism of protein to supply energy with the increasing of dietary protein levels.

; Protein; Growth; Feed utilization; Nitrogenmetabolism

2013-09-10;

2013-12-18

国家重点基础研究发展计划“973”项目(2009CB118702); 水产养殖动物营养需求与高效配合饲料开发项目(公益性行业(农业)科研专项)(201003020)资助

李彬(1988—), 男, 江苏连云港人; 硕士研究生; 研究方向为水产动物营养与饲料。E-mail: 08libin@163.com

梁旭方, 教授; E-mail: xufang_liang@hotmail.com

S965.1

A

1000-3207(2014)02-0233-08

10.7541/2014.35