鳙的营养需求与环境胁迫响应研究进展

戈贤平，林艳，米海峰，任鸣春，孙盛明，缪凌鸿

(1.农业农村部淡水鱼类遗传育种与养殖生物学重点开放实验室，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心;2.南京农业大学渔业学院：江苏 无锡 214081； 3.通威股份有限公司，成都 610041)

近年来，中国以“提质增效、减量增收、绿色发展、富裕渔民”为目标，以“健康养殖、适度捕捞、保护资源、做强产业”为方向，旨在提高中国渔业发展的质量和竞争力。鳙(Aristichthysnobilis)作为中国特有鱼类，随着中国渔业生产的不断发展，已成为中国主要淡水经济鱼类之一，其独特的滤食特性，有利于水产养殖的绿色发展。据《2018中国渔业统计年鉴》[1]统计，2017年全国鳙总产量约310万t，较2016年降低约0.55%，产量仅次于草鱼、鲢和鲤(图1)，湖北、广东、江西、湖南、安徽、江苏、四川、广西、河南、山东等均为鳙主产省(图2)。鳙喜欢栖息于水的中上层，生性温顺，便于管理和运输，其养殖食物链短、病害少、肉质细嫩鲜美，特别是鳙鱼头，富含不饱和脂肪酸，如磷脂、DHA、EPA等[2]，因而深受广大消费者喜爱。

随着市场消费需求的扩增，以及水产养殖行情的影响，传统鳙配养模式受到巨大冲击，市场对配套的鳙需求量越来越高[3]。因此，养殖户逐渐改变养殖模式，提高套养鳙密度或精养鳙，并投喂配合饲料。而目前国内外关于鳙的研究主要集中在养殖技术[4-6]、遗传与育种[7-11]、食品科学[12-14]、微囊藻素蓄积及毒性作用[15-17]等方面，对鳙饲料营养的深入研究还有待加强，文章梳理国内外学者对鳙饲料营养以及环境胁迫方面的研究情况，旨在为鳙的后续研究和养殖发展提供参考。

1 鳙营养与饲料

1.1 鳙的摄食特性

作为典型滤食性鱼类，鳙具有特有的滤食性器官，由鳃弧骨、腭褶、鳃耙和鳃耙管等组成，自然条件下主要滤食浮游动物，人工养殖条件下可滤食配合饲料。食物先经过鳃耙过滤，水和微小物体从鳃耙间隙顺利通过并从鳃孔排出，不能通过鳃耙间隙的浮游生物、有机碎屑等被滤积到鳃耙沟中并向后方移动，到近咽喉底时，鳃耙管壁肌肉收缩，从管中压出水流把食物汇集到一起而进入咽底，然后经咽喉进入前肠，食物才能被消化吸收[2,18-19]。

1.2 鳙的饲料要求

在鳙的养殖生产中，长期以来主要通过施肥培养水中的浮游生物为鳙提供天然饵料。单养或主养鳙时，为加快鳙的生长速度和提高产量，一般要投喂相应配合饵料[20]。浮游生物作为鳙(900～1 000 g)的主要食物来源时，其平均贡献率仅为(65.6±3.2)%, 而培育浮游生物的同时投喂鱼体总重量1%～1.5%的青鱼膨化颗粒饲料，饲料的贡献率可提高到82.1%[21]。但是现有的粉状饲料的效果则差强人意，入水后难以被鳙有效摄取，造成了饲料浪费和水体污染[22]。若饲料粒径过小，鳙滤食时则随水流通过鳃孔排出；若饲料粒径过大，则不能通过咽喉而被吐出。根据鳙的生活习性摄食习性，并从环境保护方面考虑，鳙饲料应该符合以下要求：1)符合NY 5072—2002《无公害食品渔用配合饲料安全限量》标准；2)符合环保原则，将对水体的污染降到最低；3)适口性、漂浮性和稳定性好，膨化颗粒饲料的粒径在0.3～0.8 mm之间为宜，破碎料在0.5～1.0 mm为宜，漂浮和稳定时间能保持30 min以上为宜。

图1 2017年全国大宗淡水鱼产量(万t)Fig.1 Production of conventional freshwaterfisheries in 2017 (×104 t)

1.3 鳙的营养需求研究

1.3.1 饲料成分对表观消化率的影响

精准测定鱼类对饲料原料各营养成分的表观消化率, 对鱼类饲料配方的配制优化至关重要。消化率是指动物消化道吸收的能量或营养物质占摄入食物总能量或者营养物质总量的百分比，是评价饲料原料营养水平的必需指标之一[23-26]。而表观消化率是指某种养分在被动物摄入前的含量和在粪便中含量的差值。

图2 2017年中国鳙养殖产量前十省Fig.2 Top10 provinces production of Aristichthys nobilis from in 2017

余含等[27]通过添加外源性三氧化二钇(Y2O3)，采用套算法研究了鳙[(290.02±2.82)g]对10种饲料原料鱼粉(国产)、干酒糟及其可溶物(DDGS)、菜籽粕、米糠、豆粕、酶解羽毛粉、棉籽粕、小麦麸、玉米蛋白粉和花生粕中干物质、粗蛋白、粗脂肪、总能以及氨基酸的表观消化率。发现鱼粉、豆粕、花生粕、棉籽粕和菜籽粕都是配制鳙配合饲料的适宜原料，干物质、粗蛋白、粗脂肪和总能平均表观消化率>84.7%，其中鳙对鱼粉利用效果最佳，平均表观消化率达87.8%，豆粕(85.4%)和棉粕(85.2%)次之(表1)。各饲料原料氨基酸的表观消化率均在65.59%～99.17%之间，且小麦麸各氨基酸的表观消化率均比较低(表2)。

表1 鳙对10种饲料原料中干物质、粗蛋白、粗脂肪和总能量的表观消化率[27]Tab.1 Apparent digestibility coefficients of dry matter, crude protein, crude lipid and gross energy inthe test ingredients for juveniles Aristichthys nobilis[27] %

注：同列无字母或数据肩标相同字母表示差异不显著(P>0.05)，不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

表2 鳙对10种饲料原料氨基酸的表观消化率[27]Tab.2 Apparent digestibility coefficients of amino acids in the test ingredients for juveniles Aristichthys nobilis[27] %

1.3.2 饲料中钙、磷水平对鳙生长性能和生化指标的影响

钙和磷是饲料无机部分的主要成分，也是鱼体硬骨组织的主要构成成分，直接参与鱼类骨骼系统的发育，其不仅可以影响鱼体内钙磷代谢，还能影响鱼类对饲料中其他矿物质的利用，提高对磷这一水体富营养化的主要限制性营养素的利用率，对保护养殖水环境具有非常重要的意义[28-29]。

本课题组研究发现，随着饲料钙(Ca)水平(0.41%、0.72%、0.93%、1.15%、1.26%和1.59%)的增加，初始重为(105.52±0.33)g的鳙的终重、增重率和特定生长率呈先上升后下降的趋势，在添加量1.26%时达到最大值；而饵料系数则呈现相反的趋势。高水平Ca(1.59%)显著提高了血清谷丙转氨酶和血清谷草转氨酶的活性(P<0.05)，并显著减少了血清中磷的含量(P<0.05)。缺乏组(0.41%)的碱性磷酸酶活性显著升高(P<0.05)。以饵料系数和特定生长率为评价指标，利用二次线性回归分析，鳙饲料适宜的Ca水平为1.26%，适宜Ca/P为1.13∶1(表3)[30]。同时本课题组研究了饲料磷水平(0.49%、0.71%、0.90%、1.12%、1.32%和1.59%)对初始重为(223.55±0.17) g的鳙的影响，发现鱼体增重率和特定生长率先随着饲料磷水平的升高而增加，随后呈下降趋势，并在1.12%时达到最大值；而饵料系数则呈相反的趋势。全鱼体蛋白随着磷水平的升高而增加，脂肪含量随之减少。肝指数、血清总蛋白和白蛋白含量在磷水平为1.12% 时达到最大值。葡萄糖水平随着磷水平的增加而升高，随后呈下降趋势，并在1.32% 时达到最大值。血清胆固醇、甘油三脂的含量和谷草转氨酶、谷丙转氨酶和碱性磷酸酶的活性虽受饲料磷水平的影响，但不显著。过量磷水平(1.32%和1.59%)显著上调了固醇调节元件结合蛋白-1(SREBP-1)和脂肪酸合酶(FAS)的相对表达量。以增重率和饵料系数为评价指标，经折线模型回归分析发现鳙饲料中磷的适宜添加量为1.16%(图3)[31]。

1.3.3 饲料脂肪和蛋白水平对鳙生长的影响

饲料脂肪过低可能导致鱼类生长缓慢，增加饵料系数，降低产值；而过高的饲料脂肪会在鱼体内蓄积，可能引发鱼类脂肪肝的形成[32-33]。王燕[34]对鳙饲料的适宜脂肪水平进行了研究，采用单因子浓度梯度设计，脂肪添加量分别为0、3%、6%、9%、12%和15%，配制成脂肪水平为4.72%、7.31%、11.02%、14.90%、17.14%和19.37%的6 种试验饲料，以增重率、特定生长率为主要指标，采用二次回归曲线分析发现初始平均体重为3.28 g的鳙饲料中适宜的脂肪水平为7.77%～8.31%；饲料脂肪水平为11.02%时，鳙的肠长比(肠长/体长)达到最高值，能促进鳙消化酶的分泌，有利于鳙的生长。

表3 Ca/P水平对鳙生长性能的影响[30]Tab.3 Effect of dietary calcium/phosphorus on growth performance of Aristichthys nobils[30]

图3 饲料磷水平对鳙幼鱼增重率的影响[31]Fig.3Effect of dietary phosphorus on growth rate of Aristichthys nobilis[31]

蛋白质是决定鱼生长最关键的营养物质，也是饲料成本中占比最大的部分。确定最优的蛋白质水平对优化饲料成本、保证鱼类良好生长和提高饲料蛋白质效率具有非常重要的意义。王辅臣[35]利用粉状慢沉性饲料对(6.0±0.02)g鳙进行养殖试验，以增重率和特定生长率为指标，采用二次回归曲线分析得出鳙对慢沉性饲料蛋白质的适宜需要量为 34.65%～34.88%。武汉科洋生物工程有限公司采用了精制饲料梯度法，发现鳙的蛋白质适宜需要量随水温的变化而变化： 20 ℃水温时为25.32%～31.42%，25～30 ℃水温时为24.78%～39.50%；采用直线回归和抛物线回归两种分析方法，确定鳙对饲料中蛋白质需要量的范围为22.54%～30.12%[36]。

1.3.4 投喂频率对鳙生长的影响

投喂频率是鱼类投喂模式的重要参数，适宜的投喂频率能够促进鱼类的生长，提高成活率，降低饵料系数，最终增加产量和产值[37-38]。开发专用的鳙配合饲料必须首先明了鳙对配合饲料的摄食节律，为鳙专用配合饲料的开发、养殖管理、投喂策略等研究提供更多的科学依据[39]。本课题组从不同投喂频率对鳙(60.6±1.33)g生长性能、肌肉品质及血液生化指标的影响角度，研究和分析鳙的最佳投喂频率，结果发现，当投喂频率为每天5 次时，鳙可更好的生长，保持鱼体肌肉品质，且促进其自身免疫功能[39]。在团头鲂的投喂频率试验中同样发现，在循环水控温养殖方式下，投喂频率为每天5次时，可使其可生长更快速、健康，且依然可保持鱼体肌肉品质[40]。说明每天投喂多次有利于鱼类幼鱼更快速和健康的生长，同时可保持肌肉品质。

2 鳙对环境胁迫因子的生理生化响应

2.1 微囊藻素蓄积及毒性作用

微囊藻毒素(microcystins, MC)是由蓝藻水华，如固氮的鱼腥藻(Anabaena)、束丝藻(Aphanizomenon)、拟柱胞藻(Clindrospermopsis)、胶刺藻(Gloeotrichia)和节球藻(Nodularia)，以及非固氮的微囊藻(Microcystis)、颤藻(Oscillatoria)和鞘丝藻(Lyngbya)等暴发所产生的一种环状七肽肝毒素[41]。MCs的主要靶器官是肝脏，除了可以诱发肝损伤外，还会导致肾脏、心脏、脑组织器官的氧化损伤及毒性病变[42-43]。在已证实存在的80 余种MCs 中，微囊藻毒素-LR(MCLR)是出现频率最高、危害最为严重、报道最多的一类MCs。而由于鳙的滤食特性，微囊藻素在鳙体内的蓄积、毒性以及其解毒机制的研究一直是炙手可热的课题。研究发现，鳙对MC具有很强的耐受力，不仅能耐受高浓度MC的长期胁迫，且肝脏和肾脏并未表现出明显损伤[44-45]，但是会造成鳙的肝脏代谢障碍，肾脏功能紊乱[46]。鳙对MC耐受能力强，可能是由于其肝脏和肾脏中具有针对微囊藻素的有效解毒和排泄作用的谷胱甘肽和半胱氨酸[17, 47-48]。因为肝脏中抗氧化系统消除过量的活性氧并且产生谷胱甘肽，且谷胱甘肽的含量稳定，维持了鳙对微囊藻素的较高解毒能力，缓解鳙的氧化应激[47]。此外，鳙中谷胱甘肽(GSH)或半胱氨酸(Cys)与微囊藻素共轭也对其具有解毒作用，且肝脏中MC-LR-Cys可能比MC-LR-GSH对MC-LR的解毒作用更显著[17]。

MC主要蓄积在鳙的肝肾脏和消化道等器官，而肌肉和非消化道器官中MC蓄积量相对较低[49]。对蓝藻暴发时期池塘内的鳙组织中10种微囊藻素进行检测(MCLR、MCRR、MCYR、MCLF、MCLY、MCLA和MCLW和其他3种未命名的MC)，发现鳙体内总MC含量由高到低依次是肠道、脾脏、肌肉，含有MC种类最多的组织是肌肉，其次是脾脏、肾脏、胆囊，最后是肝脏和肠道[50]。Ni等[50]研究发现蓝藻暴发时池塘水样中检测到的MCs的质量浓度为12.24 μg/L，估计每天从食用鱼类中摄取的微囊藻毒素的量约为0.48 μg/kg (MCLR-eq.)，比世界卫生组织提出的每日可允许摄入量(TDI)高12倍。吴幸强等[49]检测富营养水体中鳙鱼肉的 MC 含量均没有超过WHO推荐的人体每日可允许摄入的微囊藻毒素量(≤0.04 μg/kg b.w.)的标准，但是有研究发现煮沸可以增加鳙肌肉MC含量[51]，因此无论未加工鱼肉中 MC 含量是否超出WHO推荐的人体每日可允许摄入量，其对人体健康都具有潜在的风险性，在养殖生产中应该严格加强对水产品中MC污染的动态监测,并进行相应的食品安全性评价工作。

2.2 亚硝酸盐胁迫

亚硝酸盐是生态系统中氮循环重要产物之一，也是水体中一种常见的污染物，在水产养殖过程中可对水生生物造成众多危害[52-53]。细菌的硝化作用和反硝化作用能够将水体中亚硝酸盐含量稳定在较低浓度水平且处于动态平衡状态。但是一旦含氮量较高的外界氮源进入水体，超出水体中细菌的代谢能力，就会打破这种平衡状态，从而使得水体中亚硝酸盐浓度异常升高[54-56]。水环境中的亚硝酸根(NO2-)能够占据鳃上皮细胞膜上Cl-的吸收位点，通过竞争性抑制Cl-的吸收进入鳃上皮细胞[57-59]，继而进入血液循环，并在血浆中蓄积[60-61]。

本课题组研究发现，初均重为(180.05±0.09)g的鳙在亚硝酸盐质量浓度为48.634 mg/L的水体中暴露6 h后即产生生理响应，首先主要表现为鱼体血清中应激激素皮质醇含量快速升高，通过下丘脑-垂体-肾间组织轴调控的血糖含量也升高，以此应对亚硝酸盐氮胁迫；并且显著影响蛋白代谢和脂质代谢，同时肾脏热应激蛋白70(HSP70)表达上调对抗亚硝酸盐氮胁迫引起的机体损伤[62]；同时鳙肝脏产生氧化应激，并出现组织结构损伤，鳙通过增加肝脏谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽S转移酶和谷胱甘肽还原酶的活性并上调其转录表达水平应对亚硝酸盐胁迫，同时保证了还原型和氧化型谷胱甘肽(GSH/GSSG)的动态平衡[63]；在亚硝酸盐暴露过程中，血红蛋白含量逐渐下降引起的功能性贫血，血红蛋白含量显著降低引起的溶血性贫血，以及由于高铁血红蛋白还原酶显著升高而引起的高铁血红蛋白血症，使机体和组织处于缺氧状态，并造成鳃组织结构损伤。鳃中核因子-κB(NF-κB)和低氧诱导因子-1α(HIF-1α)的转录水平显著提高，以保护机体免受氧化损伤，缓解亚硝酸盐胁迫引起的缺氧状态[64]。因此，鳙对水体中高浓度的亚硝酸盐氮应激可产生快速应答反应，以提高自我保护能力，促进新陈代谢水平，保护机体免受应激损伤(图4)。

图4 鳙对水体中高浓度的亚硝酸盐氮应激产生的快速应答模式[63]Fig.4Rapid response to high concentration nitrite nitrogen stress of Aristichthys nobilis[63]

2.3 水体中蓄积农药毒性作用

农药在农业活动中广泛使用，在自然水域中普遍存在，不仅在工业化地区，而且在更偏远地区的水环境中也是如此，导致许多水生生态系统受到污染，包括水、沉积物和生物群[65-67]。水环境中农药的蓄积会损伤和破坏鳙的肝组织和血液循环系统[68-69]。

Yancheva[68]研究了一种除草剂甘草磷(20、40、72 mg/L)和一种杀真菌剂乙磷铝咪唑菌酮(30、38、50 mg/L)对鳙的毒性作用，发现了鳙出现肝脏组织学损伤以及循环系统的变化。肝脏组织退化的变化包括颗粒状、膨胀、脂肪玻璃样变性；肝脏组织坏死的变化包括渐进性坏死和坏死，以及循环系统的变化表现在血管充血和淋巴细胞增殖。Stoyanova等[69]研究了噻虫嗪(6.6、10、20 mg/L)胁迫96 h对鳙肝脏的生物化学、组织学以及组织化学指标的影响，研究发现，与非暴露群体相比，暴露鱼的乳酸脱氢酶、谷丙转氨酶、谷草转氨酶酶活性均升高了，且酶活性随着噻虫嗪浓度的增加而增加。肝脏出现颗粒状、膨胀、脂肪变性；肝细胞出现核固缩、核破裂、核溶解。肝血管的组织学变化表现为充血和淋巴细胞增殖。同时发现，随着噻虫嗪胁迫浓度的升高，肝糖原含量也逐渐升高，通过肝糖原含量的升高，推断鳙肝中的糖原生成过程增强了[70]。

2.4 热应激胁迫

温度是一个重要的环境因子，不仅影响鱼类的代谢过程，还会作用于鱼类整个生命周期，鱼类对温度的耐受性存在一个耐受范围，如超出了适应能力的范围，就会引起鱼体机能的损害，甚至造成死亡[71-73]。有研究探讨了高温急性胁迫下，鳙体内器官发生的组织病理变化，通过对热应激后3、6、12和24 h组织样品进行观察和检测，观察到3个重要器官的解剖结构变化显著：鳃组织中上皮细胞水肿变性、充血，鳃丝增厚，鳃小片卷曲、融合、变短；肝脏组织中细胞核溶解、坏死、充血、血窦扩张、细胞核肿胀和中央静脉充血；肾脏组织显示出肾小囊腔扩张，肾小管的直径增加，充血，肾小球收缩并充血，肾小管坏死[73]。以上研究表明，鳙极易受到环境温度变化的影响，在水产养殖温度波动的影响下，需要进行快速干预和预防。

3 难点与展望

目前关于鳙蛋白质、脂肪和糖类等主要营养元素的研究仍不足，尤其在氨基酸、矿物质、维生素等微量营养元素的需求研究还处于空白。这主要与鳙特有的滤食性有关，由此饲料粒径和性状要求的严格，使其摄食饲料行为的驯化较为困难。尽管如此，通过对鳙的摄食机理，联合遗传特性以及驯化方式的深入研究也可降低其摄食饲料驯化难度，从而对各种营养素需求量和投喂策略提供科学指导。此外，中国水产养殖业的蓬勃发展的同时也面临着更严峻的水产品质量安全和环境污染问题，因此与生态毒理学理论的结合将扩展该研究，也会为鳙的健康养殖及优质的水产品供应提供科学参考。