营养素对水生动物繁殖和生长发育的影响及机理研究进展

■丁兆坤 安晓玲 刘晓丽 李伟峰，2 许友卿*

（1.广西大学水产科学研究所广西高校水生生物健康养殖和营养调控重点实验室，广西南宁530004；2.广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室（钦州学院），广西钦州535011）

营养素是生命要素，因之可构成机体、提供能量、修复组织及调节生理等[1-2]。因此，营养素对水生动物繁殖、生长和发育非常重要[3]。

1 蛋白质对水生动物繁殖、生长和发育的影响

蛋白质是机体组织结构的重要组分，也是合成机体一些重要物质（如某些激素、酶等）的原料，对水生动物的繁殖、生长和发育影响很大[4-5]。特别应该指出的是，相对于大多数鸟类和哺乳动物而言，鱼类对蛋白质的要求较高(一般为30%～45%)，不同的鱼种对蛋白质的需求相异[6]。

蛋白质对水生动物繁殖影响大，途径因个体而异。蛋白质可促进性腺成熟、提高雌鱼的繁殖力、产卵频率等，概括起来是：①促进性腺发育。蛋白质在鱼类体内主要参与合成卵黄物质，如卵黄前体卵母细胞、卵黄脂磷蛋白、卵黄蛋白原、肽类激素、酶类、性腺组织和配子等[7]。在香鱼（Plecoglossus altivelis）饲料中添加0.1%的色氨酸（神经递质5-羟色胺的前体），能显著增加鱼血清中睾酮的浓度，促使雄鱼精子提早生成，雌鱼提前排卵[8]。一般而言，鱼性腺发育率随日粮中蛋白质水平的增加而提高，但并不是越高越好。Kabir等[9]用含蛋白250、350 g/kg和400 g/kg饲料投喂虎头鲨（Pangasianodon hypophthalmus），发现只有用含蛋白350 g/kg饲料投喂的鱼的产卵器直径和卵的成熟率显著提高。Watanabe等[10]用白鱼粉作为蛋白源投喂红海鲷（Chrysophrys），发现蛋白水平为45%组的亲鱼平均每尾产卵2.05×106粒，其中浮性卵为61.8%，均显著比低或高蛋白组的效果好。②影响亲鱼繁殖力、产卵频率。在一定范围内，摄食高蛋白质的水生动物产卵多、卵体积大、产卵周期短、浮性卵数适中，亲鱼的繁殖能力高[7，11]。随着蛋白水平的增加，多鳞白甲鱼（Onychostoma macrolepis）雌鱼卵母细胞个体增大，发育成熟度提高[12]。然而，Xu等[7]报道，投喂含蛋白质25%～35%的饲料的克氏原螯虾（Procambarus clarkii）的相对繁殖力，显著高于投喂40%～45%蛋白质者。南亚野鲮（labeo rohita）和丝足鲈（Ospheronemus gouramy）亲鱼饲料的蛋白质水平分别是35%和30%时，卵粒直径最大，后代更优[11]。③影响受精效果。投喂低蛋白高能量的饲料，导致亲鱼卵的受精率下降，例如，饲料蛋白由51%降至34%，糖由10%增至32%时，海鲈（Lateolabrax japonicus）卵的活力下降[13]。Rahman等[14]报告，投喂较高蛋白质和脂质水平的鱼类受精率较高[（84.2±5.17）%]，孵化率也较高[（82.0±4.30）%]，均显著高于对照组（P＜0.05）。然而，Jia等[15]报道，卵母细胞的受精率和卵巢液蛋白质水平之间存在负相关的关系。④不同蛋白源影响相异。乌贼粉被普遍认为是亲鱼饲料的优质蛋白源，如在亲鱼饲料中用部分或全部乌贼粉取代白鱼粉，能使真鲷（Pagrosomus major）仔鱼的质量大大提高[16]。

蛋白质促进水生动物生长发育。实验表明，饲料蛋白质含量影响牡蛎（Crassostrea corteziensis）幼虫的变态[17]。Infante等[18]研究发现，当用小肽替代鱼粉饲养黑鲷（Sparus macrocephalus）的替代率为0时，鱼骨骼畸形率为24%；当替代率为20%时，鱼骨骼畸形率为6%；当替代率为40%时，鱼骨骼畸形率仅有4%。投喂添加39%蛋白质饲料的黑鲷鱼苗存活率显著高于投喂添加34%和33%蛋白质者，投喂添加47%蛋白质饲料的存活率最高[19]。

蛋白质还可调控水生动物体重增速率。Keremah等[20]发现，在一定范围内，鲶鱼（Clarias gariepinus）的最终体重增加和生长率，随膳食蛋白质水平提高而增加。用梯度蛋白质水平从10%至30%的饲料投喂异育银鲫（Carassius auratus gibelio）六周后，鱼的相对生长率会随蛋白质水平的增加而提高，且各组间的相对生长率差异显著。但当蛋白质水平提高到50%时，鱼的相对生长率不再显著增加[21]。如用缺乏蛋氨酸、甘氨酸和缬氨酸的大豆蛋白投喂红罗非鱼（Red tilapia），其生长性能降低[22]。

蛋白质还影响水生动物的体成分。饲料蛋白水平与一些水生动物体内的水分、粗蛋白质、粗灰分、类胡萝卜素等的含量正相关[7，23-24]。Liu等[12]研究发现，日粮蛋白质含量显著影响尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)鱼体的蛋白质含量，饲喂含蛋白质40%～45%日粮的鱼体蛋白含量显著高于投喂25%～35%蛋白质饲料的鱼；而且膳食蛋白质水平也显著影响鱼成熟卵巢的化学成分。Xu等[7]研究发现，日粮蛋白显著影响肌肉含量（MC），用含有27%蛋白质和4%脂质的饲料投喂红色沼泽小龙虾（Procambarus clarkii）幼虾的MC最高（16.16%）。

2 脂肪对水生动物繁殖、生长和发育的影响

脂肪是鱼类正常生长和存活所需的能量和必需脂肪酸的来源，其主要功能为：氧化放能，储存能量，构成细胞膜的重要成分，影响细胞吞噬能力及呼吸爆发强度，作为脂溶性维生素（维生素A、D、E、K等）的载体，以及促进这些物质的消化吸收和利用等[25-26]。脂肪在水生动物体内不仅能为亲鱼的性腺发育和仔鱼的胚胎发育提供能量，而且还能提供必需脂肪酸（EFA）。所以脂肪对亲鱼繁殖性能的影响主要表现在产卵量、卵粒直径、受精率、孵化率、幼体的大小和存活率等方面[11]。首先，脂肪影响亲鱼的产卵量。点蓝子鱼（Siganus gnttatus）亲鱼饲料中脂类含量由12%增至18%时，亲鱼的产卵量亦增加；当脂肪含量过高或者过低时，亲鱼的产卵量则会相对降低[27]。其次，脂肪影响水生动物精子的活力、受精能力以及最终受精率。投喂二十二碳六烯酸(DHA)6个月的西伯利亚鲟鱼（Acipenser baeri）雌性的卵重量、产卵量和受精率比投喂二十碳五烯酸(EPA)的雌性分别提高40.8%，22.3%和35.6%[28]。

脂肪对水生动物繁殖的影响有时段之别。Al-Feky等[29]报道，初成熟尼罗罗非鱼之卵随日粮牛磺酸增加而显著变小（P＜0.05），至10 g/kg日粮为止，此时产卵时间也显著较短（P＜0.05）；然而，进一步增加牛磺酸水平时，卵子增大，直至15 g/kg日粮。

脂肪饮食不平衡会损害水生动物生长发育。如果鱼类幼体二十碳五烯酸(EPA)和花生四烯酸(AA)含量或/和比例不合理，可能破坏幼体骨形成和骨骼组织中的成骨细胞分化，导致骨骼畸形，矿化程度降低以及控制眼球移动的颅骨受损等[30]。DHA有助于色素正常的沉积，促进神经和视觉系统的发育，金头鲷（Sparus aurata）幼鱼脑和眼睛的DHA含量不足提示其脑和眼睛延缓发育[31]。由于多不饱和脂肪酸（PUFAs）在代谢方面存在竞争作用，主要是二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）与花生四烯酸（AA）的竞争，以致这三种PUFAs的比例是否适宜会直接影响海水仔稚鱼视网膜和脑的发育[32]。仔鱼饵料中DHA缺乏很可能会损害神经和视觉系统发育，从而对一系列生理和行为过程造成刺激，并且影响孵化和仔鱼早期发育[33]。投喂无脂肪和月桂酸饲料4周的青鱼（Mylopharyngodonpiceus）出现眼球突出、竖磷、体色变黑和鳍充血等病变现象，死亡率亦高。而鱼油组（含鱼类所需的必需脂肪酸）长得最好，规格整齐，增重率达134.6%[34]。

脂肪的种类和比例也影响水生动物个体生长发育。研究发现，饲料脂肪含量低于16.3%时，红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)幼鱼才能有效利用脂肪。低于11%时，脂肪含量增加才会使饲料效率显著升高，并对鱼体健康无明显影响。如果饲料脂肪含量过高，则会造成饲料消耗减少，导致鱼体增长缓慢[35]。红色沼泽小龙虾（Procambarus clarkii）、鲍鱼（Abalone）、青蛙（Rana plancyi）的生长先随脂质含量的增加而加快，到达一定限度后则会随脂质含量的增加而减缓[7,36-38]。适宜的饲料脂肪水平可促进白甲鱼[Varicorhinus(Onychostoma)simus(Sauvage et Dabry)]幼鱼的生长，提高其饲料转化率和免疫力，然而，饲料脂肪水平过高则可引起其肝损伤或组织病变[39]。

Taylor等[40]发现，投喂添加磷脂的日粮，可使大西洋鲑（Salmo salar）的整体存活率提高，存活率和饲粮磷脂添加水平呈正相关（R2=0.59～0.72）。而且磷脂可促进鱼苗的生长，投喂添加2.6%磷虾磷脂和3.6%大豆磷脂的大西洋鲑鱼体重增长最快。

脂肪也影响水生动物的体成分。随着饲料脂肪水平的升高，俄罗斯鲟（Acipenser gueldenstaedti）幼鱼的肝体比和体脂肪均提高，其中肝体比在饲料脂肪含量大于14.37%时显著增大，血清中的甘油三酯、胆固醇含量也随脂肪水平升高而显著提高（P＜0.05）[41]。

3 糖类对水生动物繁殖、生长和发育的影响

糖类是维持精子、卵子成活和运动的重要营养。在D-葡萄糖浓度为4%时，中华鲟（Acipenser staedti）精子的寿命达到最高值，为282.80 s；而其快速运动时间在葡萄糖溶液浓度3%时达到最高值，为55.88 s；此后显著下降[42]。除木糖外，海藻糖能使鲤鱼(Cyprinus carpio)精子维持更持久的运动时间和更高成活率[43]。

糖类是影响水生动物生长发育的重要因素。将栉孔扇贝[Chlamys(Azumapecten)Farreri]受精卵放在2 mmol/l的葡萄糖溶液中孵化，能显著提高幼虫的孵化率，显著降低胚胎的畸形率和滞育率[44]。在一定浓度范围内，随着饲料糖类含量的升高，鱼类摄食增多，鱼类的平均体重和体型增大，但当饲料中糖水平超过一定限度后，会引起鱼类抗病力降低、生长缓慢、死亡率升高等症状。在长期的进化过程中鱼类的消化系统可能比较适于低糖饵料，各种激素分泌和糖代谢酶系统都跟生理机制相适应[45-46]。随着饲料糖水平的升高，大黄鱼特定生长率(SGR)先升后降，全鱼粗脂肪含量显著降低，肝体比和肝糖原含量均随饲料糖水平的增加而显著升高(P＜0.05)[47]。在24%蛋白质时，随着饲料淀粉水平的增加，蛋白质效率(PER)、鱼体粗蛋白质和粗脂肪含量均显著增加(P＜0.05)，同时饲料系数、鱼体水分和粗灰分含量均显著下降(P＜0.05)[48]。肝是糖代谢的重要场所，饲料中糖含量增加就意味着会增加肝的负担，摄入高糖水平饲料的鱼肝体比指数增高，出现肝肿大或空泡化现象，对鱼体造成营养生理胁迫，导致生长率下降[45，49]。

4 矿物质对水生动物繁殖、生长和发育的影响

矿物质是水生动物的必需元素。水生动物对矿物质的需求与其体内矿物质的组成、含量密切相关[50]。水生动物体内矿物质组成及含量因种而异，即使是同一种水生生物也因年龄、季节、栖息环境和饲料的物质组成等而异[51]。然而，目前对水生动物矿物质的研究主要集中在钙、铁、磷、钾、镁等元素[42，52]。

矿物质对亲鱼繁殖的影响主要表现在改变卵的生化组成、质量及卵的孵化等方面。矿物质显著地影响萨罗罗非鱼（Sarotherodon melanotheron Rüppell）、中华鲟精子活性和寿命[42，52]。例如锌、镁、磷等矿物质的含量显著地影响日本鳗鲡(Anguilla japonica)、长刺海胆（Diadema setosum Diadema savignyi）、斑马鱼（Danio rerio）等水生动物的受精率、孵化率等[53-54]。野生大西洋鳕（Gadus morhua）卵粒磷含量与其受精率成正比[55]。缺磷时，亲鱼的产卵量、浮性卵比例和孵化率均会显著下降，而且不正常卵和畸形幼体的数量都大增[11]。在Ca2+含量一定的条件下，日本鳗鲡孵化率随Mg2+含量增加而升高。但当Mg2+的浓度超过1 300 mg/l时，孵化率开始下降，孵出幼体的畸形率也逐步升高[56]。

矿物质是水生动物体骨骼、牙齿、甲壳以及其他组织的重要构成成分，也是构成软组织中某些特殊功能的有机化合物，因此水生动物摄食一定量的矿物质对骨骼、牙齿、甲壳等的正常发育至关重要[57]。矿物质是生物酶的辅基成分或激活剂，无机盐是体液中的电解质，维持体液的渗透压和酸碱平衡，保持细胞的定型，保持神经和肌肉的敏感度，是水生动物进行正常生理生化活动的保证[58]。

矿物质对水生动物的增重量、饵料系数、成活率以及肥满度影响显著。Akpoilih等[59]报道，饲喂高磷大豆饲料的尖齿胡鲶体重比投喂低磷饲料（100%大豆）者增加得多。

5 维生素对水生动物繁殖、生长和发育的影响

维生素是机体必需的微量营养素，对代谢具有重要的调节功能[60]。维生素不仅能影响鱼类神经内分泌和繁殖功能，还能促进生长、增强免疫、修复损伤等；而且还是机体重要的抗氧化剂，能够抑制过量自由基形成以及自由基和生物位点之间的反应，进而减少氧化损伤，显著提高鱼类的免疫力和抗病力等，对于维持动物的代谢过程和生理机能极其重要，且不能为其他营养素所替代[61-62]。

维生素对水生动物繁殖的影响主要表现在对亲鱼性腺发育、产卵量、卵粒质量、受精、孵化等方面：①影响性腺发育。维生素E又称生育酚，能促进水生动物性腺发育，提高繁殖力。Santiago等[63]报道，适当摄入维生素A有助于鱼类性腺的发育和满足鱼类营养的需求，从而提升繁殖力。如果鲤鱼亲鱼持续7个月摄食缺乏维生素E的饲料，其性腺成熟系数（0.7%～2.0%）显著低于对照组（10%～20%）[64]。②影响亲鱼产卵量及质量。Suloma等[65]用补充维生素C（400 mg/kg）的饲料投喂罗非鱼，使其生殖性能最高，而对照组罗非鱼的生殖能力和鱼苗存活率最低。③影响受精。维生素C和E在精子发生和受精过程中发挥抗氧化功能，对保护精子起重要作用，降低脂肪过氧化风险，而这对保证精子的活力至关重要[13]。在半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis Gunther)亲鱼饲料中添加高剂量（0.525%）的维生素C可促进亲鱼性激素的合成，改善亲鱼繁殖性能，提高精子、卵子的质量，促进受精孵化，减少仔鱼畸形[66]。

维生素影响胚胎发育、仔鱼生长。例如维生素A与胚胎的骨骼发育、视网膜形成、免疫细胞的分化有关，对水生动物视紫红质的再造、细胞分化与再生、增强免疫力、促进鱼卵胚胎发育均有重要作用。饲料中添加适量维生素A可以促进鱼类骨骼生长发育，降低骨骼畸变[67]。在饲喂240 d后，投喂添加VE 50 mg/kg日粮的皱纹盘鲍(Taliotis discus hannai)蛋白质含量显著高于添加VE 0 mg/kg和5 000 mg/kg日粮者，软体中脂肪含量也显著升高[68]。用30 mg/l维生素C溶液浸泡胚胎和卵黄囊的普安银鲫仔鱼能缩短胚胎孵化时间，比对照组提前4.4 h出膜，提高胚胎孵化率和仔鱼成活率，分别比对照组高16.2%和17.8%，且仔鱼生长良好[69]。

维生素影响水生动物的增重率、特定生长率、成活率和饲料系数等。刺参（Apostichopus japonicus Selenka）、海棕鳟鱼（Salmotrutta caspius juveniles）、草鱼（Ctenopharyngodon idellus）、花鲈幼鱼等的增重率、特定生长率、成活率、饲料利用率等生长参数和生物量，都会随着饲料维生素含量的增加而提高[70-73]。日粮缺乏泛酸时，不仅抑制大黄鱼生长，死亡率高，而且会产生一系列缺乏症。而饲料中高含量的泛酸不会对大黄鱼生长和血液生理产生负面影响[74]。Fuertes等[75]分别用添加维生素A 0、2 500、5 000、10 000 IU/kg日粮投喂小龙虾（Pacifastacus leniusculus）80 d后发现，投喂添加维生素A 5 000、10 000 IU/kg日粮者的生存和生长最好。

饲料中添加VE能促进草鱼（Ctenopharyngodon idellus）生长，改善肌肉品质，增强机体抗氧化能力[76]。与投喂富含EPA+DHA日粮相比，投喂补充维生素E和维生素K的暹罗战斗鱼（Batta splendens）、草鱼（Ctenopharyngodon idellus）、军曹 鱼（Rachycentron canadum）的生存率和特定生长率最高（P＜0.05）[77-80]。

6 营养素影响水生动物繁殖、生长和发育的机理

营养素通过多种途径影响水生动物繁殖、生长和发育。

6.1 通过影响基因表达而实现调控

营养素对水生动物繁殖、生长和发育的调控，主要是通过影响基因的表达而实现的。正常基因表达是生物正常进行各种生理生化反应的前提，而各种营养素通过影响基因的表达而调节各生理生化过程、程度，其中包括调节动物的繁殖、生长、发育。在饲料中添加0.52%的n-3 HUFAs会促进一些与脂质代谢相关的基因表达，这些基因如脂蛋白脂肪酶(LPL)、硬脂酰辅酶A去饱和酶(SCD)和过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)等[81]。多不饱和脂肪酸主要是EPA抑制调节固醇的因子结合蛋白-1c（sterol regulatory element-binding protein-1c，SREBP-1c）的表达量，从而降低肝有关脂类合成酶类如乙酰辅酶A羧化酶α（acetyl-Co A carboxylase α，ACCα）、乙酰辅酶A合酶（acyl-Co A synthase，ACS）、硬脂酰辅酶A去饱和酶1（stearoyl-Co A desaturase，SCD1）和3-磷酸甘油酰基转移酶（glycerol-3-phosphateacyltrans-ferase，GPAT）mRNA的转录[82]。许友卿等[83]研究发现，饲料中添加不同剂量杜仲叶粉养殖青鱼（Mylopharyngodonpiceus），导致各实验组青鱼肾的mRNA免疫相关基因IgM、IL1β、MHCI、MHCII、TNFα和C3的表达量显著高于对照组，且以添加7.5%的杜仲叶粉最为显著，各基因的表达量分别是对照组的2.72、4.05、3.28、3.07、3.03倍和3.16倍。这是由于杜仲叶粉富含大量蛋白质、维生素以及矿物质的缘故。饲料中添加高水平的淀粉抑制生长激素（GH）基因和类胰岛素生长因子-I(IGF-I)基因的表达[84]。

6.2 通过影响酶活性而调控

各种营养素通过影响水生动物体内各种生物酶的活性而调控水生动物繁殖、发育、生长过程。大黄鱼血清溶菌酶、脂蛋白脂酶和肝脂酶活性，均随饲料糖水平的升高而显著降低(P＜0.05)[46]。随着饲料糖水平的增加，杂食性罗非鱼、温和肉食性卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)、凶猛肉食性军曹鱼三种鱼肝的糖异化代谢关键限速酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（Phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK）活性均降低[85]。随着饲料中磷水平逐渐增加，吉富罗非鱼幼鱼肝脂蛋白脂酶、丙酮酸激酶、苹果酸脱氢酶、碱性磷酸酶和肝脂酶活性均显著增加(P＜0.05)；但血清丙氨酸氨基转移酶活性显著下降(P＜0.05)；肝丙二醛含量则呈先降后升[86]。当日粮中维生素含量由1.9 mg增加到156.5 mg时，鲶鱼幼鱼体内血清超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶的活性都明显增加[87]。

6.3 通过其他途径调控

多不饱和脂肪酸一方面可以通过PPARα途径调控，还可以通过提高甲状腺激素在肝的信号传导，增强脂类在机体的分解代谢等[84]。维生素E是机体的重要抗氧化剂，主要通过清除自由基、基因介导及其他抗氧化途径发挥作用，增强机体抗氧化和免疫功能[88]。饲料中的不饱和脂肪酸对鱼类抗应激能力的影响，可能是应激后通过激活下丘脑—垂体—肾上腺（HPA）轴，随后改变血浆皮质醇的浓度而实现调控的[89]。饲料中添加过量的不饱和脂肪酸，易诱发鱼体细胞氧化应激，导致鱼体病变和鱼肉品质降低[90]。

7 小结与展望

综上所述，营养素显著影响水生动物繁殖、生长和发育。然而，营养素对水生动物的影响机理尚需深入研究。今后应该从多方面和不同层次深入研究营养素对水生动物繁殖、生长和发育的影响及其机理，以便更好利用营养素，发挥其最佳功能，促进养殖渔业的健康快速发展，提高经济效益和社会效益。特别应注意如下几方面研究：①深入研究不同营养素之间的协同和颉颃作用。②研究营养素对水生动物不同基因的影响。③进一步研究各营养素对不同水生动物影响的差异，并整合分析。④加强营养素对水生动物繁殖、生长、发育的影响机理研究，特别是分子机制研究。