新型鱼用饲料原料紫背浮萍人工养殖的初步研究

张植元，葛静远，谷 兵，魏 东，乔秀亭，白东清

（天津农学院水产学院，天津市水产生态及养殖重点实验室，天津300384）

水产养殖

新型鱼用饲料原料紫背浮萍人工养殖的初步研究

张植元，葛静远，谷 兵，魏 东*，乔秀亭，白东清

（天津农学院水产学院，天津市水产生态及养殖重点实验室，天津300384）

为探究紫背浮萍是否可以作为鱼用饲料新型植物蛋白源，本试验在室外采集初始干重为（2.03±0.01）g鲜紫背浮萍，经清洗与饥饿处理后将其随机分为8组（以养殖第1天开始，每隔4 d一个组收割），每组3个平行，按照环境承载量一半的密度放置于表面积为0.5×0.075 cm2的养殖水槽中，在室外自然光照（光暗时间比为16 h∶8 h）下，以养殖水体Hoagland’s E-Medium为营养液，pH为7.8±0.2，水温（26.6±1.1）℃，人工养殖29 d后测定其生长性能、营养物质与天然色素的含量。试验结果表明：人工养殖紫背浮萍29 d后，其干生物量呈“J”型上升趋势，叶绿素含量（叶绿素a：1.78 mg/g，叶绿素b：1.02 mg/g，总叶绿素：2.80 mg/g）显著提高（P＜0.05）；到养殖第25天时，相对增长率降低至最低，且营养指标达到饱和（粗蛋白质：32.82%，粗脂肪：6.07%），总类胡萝卜素含量（1.10 mg/g）无显著差异（P＞0.05）。因此，人工养殖紫背浮萍可应用于水产动物养殖场中，不仅能够处理养殖污水，还能大面积收割作为饲料原料，最终可形成一个生态循环的水产动物养殖模式。

紫背浮萍；生长性能；粗蛋白质；粗脂肪；叶绿素；总类胡萝卜素

紫背浮萍（Spirodela polyrrhiza），属于被子植物门，单子叶植物纲，泽泻目，天南星科，浮萍亚科，是世界上最小，生长最迅速，形态最简单的水生植物（黄明星等，2016）。浮萍亚科中有5属，38种，各属之间以其根的数目与叶的形状进行区分（Les等，2002）。紫背浮萍常分布于水田、水塘、湖泊和水沟等，通过根或叶状体从水中吸收所需的氮和磷等营养物质以供生长，在适宜条件下，生长能力旺盛，一般2～7 d可繁殖一代（李新波等，2011）。

浮萍的蛋白质含量可以与大豆相媲美，产量远远超过大豆，必需氨基酸的平衡性也较好，蛋白质成本明显优于大豆饼和鱼粉等传统饲料蛋白质源，且其叶黄素和酪氨酸含量丰富 （李新波等，2011）。而国内外对于浮萍用于鱼用饲料的研究相对较少，虽然在饲料中添加浮萍不是很常见，但在喂养草鱼的时候，会辅助投食浮萍，从而解决单一使用配合饲料导致鱼体后期生长过快，成活率不高，规格不齐等现实问题，还降低了饲料的成本（关洪斌等，2010）。

自20世纪70年代以来，为了寻找高效低耗的污染防治技术，多种以大型水生植物为核心的污水处理和水体修复的生态技术被广泛研究和应用（种云霄等，2006）。在众多水生植物种类中，浮萍科植物是被研究应用较多的类群之一（Sherwood等，1995）。浮萍具有很强的吸收污水氮磷能力，在养殖污水中大规模种植浮萍不仅能起到净化的作用，而且由于浮萍形状体积小（3～5 mm），且漂浮于水面上，易于大规模收割（李新波等，2011）。

因此，介于浮萍的营养价值与生态效益，本试验通过试验条件下紫背浮萍的人工养殖，研究其生长性能、营养物质与天然色素的沉积，为后续紫背浮萍在鱼用饲料上的应用与大规模工厂化养殖提供初步的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验对象与养殖管理 试验对象为室外（天津农学院正门对面河沟中）采集初始干重为（2.03±0.01）g鲜紫背浮萍，经清洗与饥饿处理后将其随机分为8组（以养殖第1天开始，4 d一个组），每组3个平行，按照环境承载量一半的密度放置于表面积为0.5 cm×0.075 cm的养殖水槽中（种云霄等，2004），在室外自然光照（光暗时间比为16 h∶8 h）下，以养殖水体为Hoagland’s EMedium营养液 （见表1），pH为7.8±0.2，水温（26.6±1.1）℃人工养殖29 d。

1.2 样本采集 按每隔4 d一组取样，到29 d后，对所有养殖紫背浮萍进行烘干处理后，粉碎过筛制成浮萍粉，按组分装保存于干燥器中，待测。

1.3 指标测定

1.3.1 生长指标测定 取样本于分析天平进行称重得养殖紫背浮萍干重。相对增长速率计算公式如下：

相对增长速率/%=（Wt2-Wt1）/Wt1×100；

式中：Wt1为一个取样时间点的浮萍干重，g，Wt2为下一个取样时间点的浮萍干重，g。

表1 Hoagland’s E-Medium营养液配方

1.3.2 营养指标测定 通过凯氏定氮法测定蛋白质含量，通过索氏浸提法测定粗脂肪含量。

1.3.3 叶绿素含量测定 参考张宪政（1986）的测定方法并略做修改：取0.1 g左右紫背浮萍粉，放入15 mL离心管中，再加入丙酮乙醇混合液（丙酮、无水乙醇、蒸馏水按4.5∶4.5∶1比例配制），定容至10 mL，在17℃下浸泡提取。用Thermo Spectronic UVmini-1240型紫外分光光度计分别在663 nm与645 nm波长下测定两个吸收光谱并计算含量。叶绿素含量计算公式：

叶绿素a含量/（mg/g）=（12.7×D663-2.69×D645）×V/（100×W）；

叶绿素b含量/（mg/g）=（22.9×D645-4.68×D663）×V/（100×W）；

叶绿素总量/（mg/g）=（20.2×D645+8.02×D663）× V/（100×W）。

式中：D663、D645分别为相应波长下的光密度值，V为提取液的体积，W为浮萍干重。

1.3.4 总类胡萝卜素含量测定 参考陈晓明等（2004）的方法并略做修改：用电子分析天平准确称取紫背浮萍粉0.1 g，用丙酮定容至10 mL，放入超声波清洗机低温超声波震荡40 min后取出，以4000 r/min离心10 min，放入冰箱（4℃）中静置24 h。将所得的色素萃取液分别置于1 cm比色皿中，以丙酮为空白对照管（比色皿加盖以防止丙酮挥发，影响比色效果），用Thermo Spectronic UVmini-1240型紫外分光光度计进行扫描，找出最大吸收峰处的波长（448 nm），在该波长下测定各组色素萃取液的吸光度值。总类胡萝卜素含量计算公式如下：

表2 养殖紫背浮萍1～29 d各项指标的变化

总类胡萝卜素含量/（mg/g）=（A×K×V）/（E×G）；

式中：A为吸光度值；K为常数，102；V为提取液体积，mL；E为摩尔消光系数，2500；G为样品质量，g。

1.4 数据处理分析 数据均以“平均值±标准误”表示，采用SPASS 18.0对所得数据进行单因素方差分析 （one-way ANOVA），若差异达到显著水平，则采用Duncan’s法进行多重比较，显著性水平为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 养殖紫背浮萍生长性能的变化 由表2与图1、图2可知，随着养殖天数的增加，浮萍大致呈“J”型的生长曲线生长，养殖第1天与第5天的紫背浮萍干重差异不显著（P＞0.05），其余各组差异均显著，且第29天的紫背浮萍干重显著大于其他各组 （P＜0.05），相对于第1天提高了430.42%；而相对增长速率呈现先升高后下降再升高的趋势，到第9天与13天时，达到最高增长速率，显著大于其他各组（P＜0.05）。

2.2 养殖紫背浮萍营养指标的变化 由表2与图3、图4可知，养殖紫背浮萍中粗蛋白质的含量随着时间增加呈先上升后平稳的趋势，在第25天的时候，粗蛋白质含量达到最高32.82%，相对于第1天提高了5.44%（P＜0.05）；而紫背浮萍中粗脂肪的含量则呈现先下降后平稳的趋势，且各组之间差异均不显著（P＞0.05）。

2.3 养殖紫背浮萍天然色素含量变化

2.3.1 养殖紫背浮萍叶绿素含量的变化 由表2与图5可知，养殖紫背浮萍的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量随着时间的变化大致均呈上升的趋势，含量都是以第29天显著大于其他各组 （P＜0.05），相对于第1天分别提高了47.11%、54.55%、 50.54%（P＜0.05），且养殖时间在第5天到第25天之间，各组含量差异均不显著（P＞0.05）。

2.3.2 养殖紫背浮萍总类胡萝卜素含量的变化由表2与图6可知，养殖紫背浮萍的总类胡萝卜素含量呈现缓慢上升的趋势，第1天的含量最低，在第29天时，总类胡萝卜素达到最高含量1.10 mg/g，相对于第1天提高了17.02%，但第5天到第25天之间各组差异不显著（P＞0.05）。

图1 紫背浮萍干生物量的变化

图2 养殖紫背浮萍相对增长速率的变化

图3 养殖浮萍粗蛋白质含量的变化

3 讨论

3.1 养殖紫背浮萍生长性能的变化 浮萍是一种具有体积小、繁殖快速、营养丰富且易与采集等特点的水生被子植物（黄荣松等，2014）。生殖期包括叶状体与休眠芽世代，其叶状体主要进行无性生殖，生长周期很短，光和效率高，在环境适宜的条件下，生物量能满足1 d左右翻一番 （朱晔荣等，2013）。本试验结果显示，在养殖时间29 d内，浮萍大致呈“J”型生长趋势，且在第29天达到最高生物量。本试验初始投放紫背浮萍总量是按照环境承载量一半的密度投放，增长速率结果显示，养殖时间到第13天时，其增长速率达到最高，之后呈下降趋势，这与种云霄等人（2004）的研究结果相似，浮萍生物量的增长具有Logistic增长特性，在一定的条件下，生长速率主要受单位面积上的密度影响（种云霄等，2003），但在第25天后，紫背浮萍的增长速率有上升的趋势，可能是由于浮萍是无性分裂生殖，在第25天时，上一代的浮萍达到生长饱和，开始分裂出下一代而呈现出增长速率小幅度升高的趋势。试验结果表明，在试验条件下养殖29 d，紫背浮萍的干重能达到300 g/m2左右，如若应用于大型水产养殖场中，不仅能够处理养殖污水，还能大面积收割作为饲料原料，最终可形成一个生态循环的水产动物养殖模式。

图4 养殖紫背浮萍粗脂肪含量的变化

图5 养殖紫背浮萍叶绿素含量的变化

图6 养殖浮紫背萍总类胡萝卜素含量的变化

3.2 养殖紫背浮萍营养指标的变化 氮磷是浮萍生长所必需的主要结构组成物质，一部分用于浮萍的生长，生殖速度越快，从水中吸收的氮磷就越多；另一部分则是用于自身的营养物质沉积 （许万祥，1998）。本试验测定了养殖不同时期紫背浮萍的粗蛋白质与粗脂肪含量，结果表明，浮萍的粗蛋白质与粗脂肪含量随着养殖时间的增加，有波动的趋势，但差异均不显著（P＞0.05），在第25天时，营养指标均达到一个丰度。因此推断，浮萍对于水体中氮磷的吸收，可能主要是用于不断地提高生物量，自身营养物质沉积在第25天左右已经达到饱和。最终结果证明，紫背浮萍的粗蛋白质与粗脂肪含量均可达到鱼用饲料植物蛋白源的标准。

3.3 养殖紫背浮萍天然色素含量变化 叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，是一类含脂的色素家族，位于类囊体膜，叶绿素从光中吸收能量，然后能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物，这是一个将光能转变为化学能的过程。叶绿素有造血、提供维生素、解毒、抗病等多种功能，叶绿素的可溶性盐类有一定的抗菌消炎作用和促进肉芽生长的作用（朱彤，2004）。类胡萝卜素包括α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、米黄质、叶黄素、茄红素、紫黄质等，其中前4种被称为维生素A原（宋曙辉等，2001）。类胡萝卜素不仅具有很强的抗氧化活性（Ganji等，2005），而且具有着色和营养作用，已被作为食品添加剂和营养增补剂（陆磊，2009）。本试验结果显示，养殖紫背浮萍的叶绿素与总类胡萝卜素含量随着养殖时间的增加，均呈现上升的趋势，叶绿素的变化基本对应了生长的变化，证明了叶绿素是植物进行光合作用的主要色素并且间接影响了浮萍自身的生长；而总类胡萝卜素含量在养殖第9天后，虽然呈现上升的趋势，但差异均不显著（P＞0.05）。结果显示，紫背浮萍的叶绿素与类胡萝卜素含量均极其丰富，如若应用到鱼用饲料中，可能会提高鱼体的免疫能力与体色沉积等。

4 结论

本研究结果表明，人工养殖紫背浮萍29 d，其干生物量呈“J”型上升趋势，且养殖第29天时叶绿素含量显著提高（P＜0.05）；养殖第25天时，相对增长率降低至最低，营养指标达到饱和（粗蛋白质：32.82%，粗脂肪：6.07%），总类胡萝卜素含量（1.10 mg/g）无显著差异（P＞0.05）。因此，建议人工养殖紫背浮萍可应用于水产动物养殖场中。

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In this study，in order to explore whether Spirodela polyrrhiza can be used as new plant protein sources for fish feed，the fresh Spirodela polyrrhiza with initial dry weight（2.03±0.01）g were collected outdoor，and randomly divided into 8 groups after cleaning and starvation and set 3 parallel each group（Harvest every 4 days each group since the first day to start farming），then placed in the 0.5 cm×0.075 cm breeding aquarium that aquaculture water were Hoagland’s EMedium nutrient solution，with the density adjusted to half of environmental carrying capacity，outdoor natural light（The ratio of light time to dark time was 16 h∶8 h），pH 7.8±0.2，water temperature（26.6±1.1）℃.The growth performance，nutrient and natural pigment content were measured after 29 days.The results showed that the dry biomass of Spirodela polyrrhiza showed a “J”type upward trend，and the content of chlorophyll was significantly increased after 29 days （chlorophyll a：1.78 mg/g，chlorophyll b：1.02 mg/g，and total chlorophyll 2.80 mg/g）（P＜0.05）；The relative growth rate decreased to the lowest and the nutritional index reached saturation after 25 days（crude protein：32.82%，crude fat：6.07%），and there were no significant difference about total carotenoid content（1.10 mg/g）（P＞0.05）.Therefore，the Spirodela polyrrhiza can be applied to aquatic animal farms，not only can deal with the aquaculture wastewater，but also can use for feed ingredients，and ultimately can form an ecological cycle of aquatic animal breeding mode.

Spirodela polyrrhiza；growth performance；crude protein；crude fat；chlorophyll；carotenoids

S963

A

1004-3314（2017）09-0035-04

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20170908

天津市科技重大专项与工程计划项目“优质锦鲤综合养殖技术集成与应用”（15ZXBFNC00340）

*通讯作者