鱼类赖氨酸营养生理研究进展

2015-01-17高娅俊邓君明

饲料工业 2015年24期

■高娅俊张曦邓君明

（云南农业大学动物科学技术学院，云南昆明 650201）

赖氨酸（lysine,Lys）属碱性氨基酸，鱼类自身不能合成，必须从食物中摄取，是许多鱼类的第一限制性氨基酸，特别是以植物蛋白源替代鱼粉时尤为重要。在“理想蛋白”论中，赖氨酸常用作参考氨基酸。赖氨酸对维持水生动物的正常生长、发育和神经系统的机能起重要作用。本文对赖氨酸的营养功能、代谢途径、营养需求量的研究进展、需求量的影响因素及确定需要量的研究方法进行综述，为赖氨酸在鱼类饲料中的应用提供参考。

1 赖氨酸营养功能及代谢途径

赖氨酸也称为2，6-二氨基己酸，分子量为146.19。其化学结构决定赖氨酸不能在体内进行转氨基反应，所以鱼体内不能合成赖氨酸，只能从食物中补充。赖氨酸具有L-型和D-型两种同分异构体，两种同分异构体的吸收效率是不一样的，动物体内几乎不能吸收D-赖氨酸，主要靠L-赖氨酸供给。

1.1 赖氨酸的营养功能

赖氨酸的营养功能有以下几种：①赖氨酸是构成蛋白质的20种氨基酸之一，同时是一种生酮氨基酸，当缺乏碳水化合物时，赖氨酸参与酮体的生成和葡萄糖代谢。②赖氨酸和蛋氨酸一起作为肉碱前体，将长链脂肪酸运输到线粒体内进行β-氧化。③赖氨酸经分解代谢形成乙酰乙酰辅酶A，然后转化成乙酰辅酶A进入三羧酸循环。④赖氨酸不仅可以作为底物参与蛋白质的生物合成，还可能通过调控生长激素、胰岛素和类胰岛素生长因子等内分泌激素，间接影响蛋白质代谢；本身还作为信号分子直接调控翻译起始因子的活性，从而影响蛋白质的生物合成；最后通过调控与氮代谢相关基因的表达,影响蛋白质代谢。⑤赖氨酸还可以提高机体抵抗应激的能力。

1.2 赖氨酸分解代谢途径

赖氨酸不进行转氨作用，4个碳原子转变为乙酰乙酰辅酶A，其他两个碳原子经脱羧失去。其代谢途径有两条：①赖氨酸与α-酮戊二酸缩合，形成酵母氨酸[ε-N（L-戊二酸基-2-）-L-赖氨酸]。②赖氨酸的α-氨基可能被L-氨基酸氧化酶氧化。两条途径都形成L-α-氨基己二酸半醛，最终形成乙酰乙酰辅酶A，然后转化成乙酰辅酶A进入三羧酸循环。

2 不同鱼类对赖氨酸的需求量

目前已研究了部分鱼类对赖氨酸的需求，见表1。

表1 部分鱼类的赖氨酸需求量

由表1可以看出，鱼类对饲料中赖氨酸的需求范围是1.21%～3.32%（占饲料）或3.47%～8.64%（占蛋白）。

3 影响鱼类赖氨酸需求量的因素

3.1 评价指标对赖氨酸需求量的影响

不同的研究者采用不同的评价指标得出的赖氨酸需求量是不同的，即使是同一研究者采用不同的评价指标得到赖氨酸需求量也不一样。杨威（2012）对鳡幼鱼的研究结果表明：根据饲料中赖氨酸水平与增重率的关系得出赖氨酸的最适需要量为3.4%，用蛋白质沉积率作为指标得出赖氨酸的最适需要量为3.12%。

林郁葱（2012）用增重率和饲料系数为指标确定胭脂鱼幼鱼赖氨酸需要量分别占饲料的2.43%、2.38%，占饲料蛋白的5.52%、5.41%。黄更生等（2003）研究表明，按生长率所确定的草鱼赖氨酸需要量占饲料的1.61%，用肝脏游离赖氨酸浓度为指标确定的赖氨酸需要量分别占饲料的1.46%。由此可见，鱼类赖氨酸需求量受评价指标的影响。

3.2 饲料中添加赖氨酸形式对赖氨酸需要量的影响

基于氨基酸平衡理论，在饲料中添加氨基酸效果明显。但如果以晶体氨基酸的形式添加，由于氨基酸易溶于水，一部分氨基酸溶解在水中，造成了氨基酸损失，致使饲料的氨基酸平衡被破坏，难以充分发挥鱼类的生长潜力。此外，由于氨基酸吸收不同步，晶体氨基酸的吸收速度比蛋白态氨基酸快，先吸收的晶体氨基酸直接排泄或代谢而不用于合成蛋白质。如果晶体氨基酸经包膜后，其在水中的溶失率降低，在消化道的吸收速度得以延缓，实现蛋白态氨基酸与外源氨基酸的同步吸收。陈丙爱等（2008）报道，在鲤鱼饲料中添加包膜氨基酸后显著提高鱼体增重率，添加包膜组比添加晶体氨基酸组的血清游离氨基酸延迟2 h达到高峰。因此在饲料中添加晶体氨基酸和包被氨基酸得出的赖氨酸的需求量是不同的。

3.3 饲料的pH值和实验周期的长短

调整饲料的pH值至中性或稍微偏碱性可以提高鲤鱼对晶体氨基酸的利用率。饲料pH值增加，可提高凡纳滨对虾的增重率，体脂肪和灰分降低，但是对体蛋白没有显著影响。实验周期的长短对鱼类的生理状态和生长率也有一定的影响，不同的实验者采用的实验周期分别有6、8、10周和12周不等。Walton等(1986)研究表明，实验周期为12周虹鳟赖氨酸需要量为饲料干物质的1.9%，而Kim等(1992)研究表明，实验周期为8周时虹鳟赖氨酸需要量为饲料干物质的1.3%，因此，实验周期对鱼赖氨酸的需求存在较大的影响。

3.4 投喂频率对赖氨酸需要量的影响

投喂频率是指每天对鱼类投喂的次数，投喂频率直接影响到鱼类的生存环境，适宜的投喂频率提高鱼类的生长速度，并且提高饲料转化率，减少饲料浪费，降低对水体环境的污染。杜海明等（2007）报道，鳡的生长受投喂频率的影响，最佳投喂频率是3次。杨帆等（2011）报道，当投喂频率从2次增加到4次时，黄鳝的摄食率和生长率都显著提高，但当投喂频率增加到12次时，黄鳝的摄食率和特定生长率与投喂4次相比无明显差异，从而确定黄鳝的投喂频率是4次。朱传忠等（2011）研究报道，鲫鱼1 d投喂4次增重率和特定生长率显著高于1 d投喂2次，从而增加饲料采食量。由此可知，投喂频率不同，摄食率和生长不同，从而影响赖氨酸的需要量。

3.5 饲料中蛋白质含量对赖氨酸需要量的影响

蛋白质是鱼类饲料中最重要的营养物质之一，不但为鱼类提供用于合成蛋白质的氨基酸，而且还能提供鱼体生长代谢所需要的能量，饲料中蛋白含量是影响鱼类生长和饲料成本的主要因素，如果饲料中蛋白质含量过低，则不能满足鱼类生长的需要，过高则造成蛋白质的浪费，同时产生较多含氮排泄物从而污染养殖水体环境。Bodin等（2009）研究表明，当饲料中蛋白质含量为31%时，虹鳟赖氨酸的需要量为饲料干物质的1.68%，饲料中蛋白质含量为46.9%时，虹鳟赖氨酸的需要量为饲料干物质的2.34%。

3.6 温度对赖氨酸需要量的影响

温度是影响鱼类生长及生理生化活动最重要的环境因素之一，显著影响鱼类生长和代谢。研究表明，在一定的温度范围内，鱼类的增长率随温度的升高而增大，但当超过最适温度时，摄食率和增长率随温度的升高而下降。鱼类的代谢率随温度升高而增大，鱼类代谢越旺盛，对赖氨酸的需要量越高。邓思平等（2000）研究得出，温度对南方鲇的生长具有明显的影响,生长率随着温度的上升而增加，在28℃时生长率达到最大值，而在32℃生长率反而下降。

3.7 种类和生长阶段

由于遗传特性不同，不同种类的鱼生长速度不同，对赖氨酸的需求差异很大。一般来说，越小的鱼，生长速度越快，代谢越旺盛，对赖氨酸的需求越高，这可能是由于不同种类的鱼对赖氨酸的利用、代谢存在差异。其次，随着生长阶段的不同，与赖氨酸代谢相关酶的活性也不同。因此，实验鱼对赖氨酸的需求存在差异。

4 饲料中赖氨酸过量或缺乏对鱼类的影响

4.1 饲料中赖氨酸缺乏对鱼类的影响

大量研究表明，如果饲料中赖氨酸含量不足，鱼类生长缓慢，饲料利用率低。鄢华（2002）研究得出，赖氨酸缺乏会导致幼建鲤体色发黑、生长受阻，同时降低幼建鲤的疾病抵抗能力。周贤君等（2006）研究得出，赖氨酸含量不足，会导致氨基酸不平衡，影响鱼类对饲料蛋白源的利用。严全根等（2006）研究得出，当饲料中赖氨酸含量不足时，许氏平鲉生长缓慢、饲料系数高。赖氨酸含量不足影响鱼类生长和饲料利用的原因之一是饲料中氨基酸不平衡，加重了鱼类的脱氨基作用。

4.2 赖氨酸过量对鱼类的影响

杨威（2012）研究表明，饲料中赖氨酸含量过量时，鳡幼鱼的生长性能和饲料利用均出现了降低的现象。Deng等对六丝马鲅的研究中得出赖氨酸过量时显著降低鱼的生长率。如果赖氨酸过量，赖氨酸可干扰精氨酸在肾小管的重吸收而增加精氨酸的需要，此种现象称为赖氨酸与精氨酸的拮抗作用。在鸟类和哺乳动物中，赖氨酸与精氨酸拮抗现象普遍存在。但是在鱼类这方面的研究较少，赖氨酸与精氨酸是否存在拮抗现象目前存在争论，一部分研究者认为，在鱼类中不存在赖氨酸-精氨酸拮抗现象。另一部分研究者的实验结果表明，鱼类的赖氨酸和精氨酸之间存在拮抗现象，如军曹鱼、团头鲂、大西洋鲑鱼等。周凡（2011）研究得出，黑鲷存在精氨酸与赖氨酸的拮抗作用，当饲料赖氨酸过量时，增加精氨酸含量可以缓解这种拮抗作用。但究竟是哪些因素造成水产动物中出现赖氨酸和精氨酸的拮抗作用，还有待于进一步研究。

5 鱼类赖氨酸需要量的研究方法

5.1 生长实验法

生长实验法是使用最早，同时也是测定氨基酸需求量的常用方法，目前大多数鱼类的赖氨酸需求是使用这种方法得到的。用不同赖氨酸含量的饲料饲喂实验鱼一段时间后，计算相关实验指标，用二次曲线或折线模型拟合方程后确定其需求量。一般情况下，当饲料中赖氨酸含量增加时，鱼类生长速度加快，当生长速度增加到一定程度时，再提高饲料中赖氨酸含量，鱼类生长相对稳定甚至降低。此种方法虽然较可靠，但实验周期较长、工作量大、试验费用高。研究者用生长试验法确定了银鲈、鲮鱼、丝尾鳠、真鲷等赖氨酸需求量。

5.2 理想蛋白质理论法

“理想蛋白”是指饲料中的氨基酸在组成和比例上完全满足动物的氨基酸需求，可以被动物完全利用的蛋白。该理论基于鱼类对氨基酸的需要量与鱼体的氨基酸组成一致。有研究者用肌肉或全鱼氨基酸组成模式作为鱼类氨基酸需求量的通行标准，根据计算公式得出其氨基酸需求量。其计算公式为：某种必需氨基酸需要量=（全鱼某种必需氨基酸含量/全鱼赖氨酸含量）×赖氨酸需要量。季文娟（2000）以黑鲷幼鱼肌肉氨基酸组成作为幼鱼饲料中必需氨基酸需求量的标准模式，表明其氨基酸组成模式基本符合黑鲷幼鱼生长的需要。Deng等（2010）使用六丝马鲅的肌肉氨基酸模式得出赖氨酸需要量。

5.3 游离氨基酸水平观测法

研究表明，血清或组织中的游离氨基酸浓度与鱼摄取饲料量有紧密的联系，如果鱼类的氨基酸需求量大于摄入量时，血清或组织中的游离氨基酸浓度维持在一个较低水平上。如果鱼类所需要的氨基酸需求量小于饲料中所研究的氨基酸含量时，该氨基酸在血清或组织中浓度上升。由于饲料中氨基酸含量增加而引起组织中氨基酸浓度突然上升时，该水平就是氨基酸需求量水平。但此方法仅在少数情况下与用生长试验法得到的氨基酸需求量相一致。Tibaldi等研究表明，使用血浆中苏氨酸浓度变化为指标确定舌齿鲈的苏氨酸需要量与和生长实验法所得的需要量相近。黄更生等（2003）研究表明,按血清游离赖氨酸浓度所确定的赖氨酸需要明显低于生长研究法得到的结果，用肌肉游离赖氨酸浓度为指标确定的赖氨酸需要量与生长研究法确定的赖氨酸需要量较接近。

5.4 氨基酸氧化产物水平观测法

此种方法是基于假设饲料中缺乏某种必需氨基酸时，此种氨基酸主要用作蛋白质合成，只有很少量被氧化成二氧化碳。如果当某种必需氨基酸过量时，有更多必需氨基酸被氧化成二氧化碳，只要测定随氨基酸摄入量变化的二氧化碳浓度值就可计算出相应的氨基酸需要量。但是用此种方法测定氨基酸的需求量报道较少。Alam等（2001）用生长试验法与氨基酸氧化产物水平观测法得到牙鲆中蛋氨酸的含量是一致的。Walton等（1984）研究表明，用氨基酸氧化法得到的色氨酸需要量比用生长试验法得到的需要量偏低。

5.5 同位素14C标记法

由于鱼体内每种氨基酸都是以碳元素为骨架构成的，将14C葡萄糖注射到鱼体内，几天后取体蛋白用盐酸水解，测定氨基酸14C的放射强度，根据放射强度的大小来确定氨基酸。但是此种方法使用较少。Walton等（1986）用14C的方法测定了虹鳟色氨酸、赖氨酸和精氨酸的需求量。用生长试验法测赖氨酸的需求量为1.9%，占蛋白的4.3%，但是使用同位素标记法测出的值不是很准确。