食源色氨酸添加量对不同密度下刺参生长和代谢酶活性的影响

2019-03-11张恩栋董双林田相利高勤峰

渔业信息与战略 2019年1期

张恩栋, 董双林, 王芳, 田相利, 高勤峰

(1 中国海洋大学，教育部海水养殖重点实验室，山东青岛，266003；2 辽宁师范大学生命科学学院，辽宁大连，116081)

高养殖密度通过拥挤胁迫影响鱼类的生长和健康[1-3]。动物在胁迫情况下，代谢维持能的供给配比增加，新陈代谢从合成代谢向分解代谢转变，以提供更多的能量抵御和应对胁迫[4]。色氨酸(Trp)是人类食物和动物饲料中的重要组成成分[5-6]，是合成5-羟色胺(5-HT)的前体[7]，能降低动物血浆中皮质醇、去甲肾上腺素和肾上腺素的含量。在鱼类等脊椎动物[8-12]包括人类[13]的食物中，添加Trp能够降低神经内分泌对胁迫的响应，与免疫应答[14]以及动物健康[15]存在相关性。刺参(ApostichopusjaponicusSelenka)是中国重要的海水养殖动物，也是俄罗斯、日本、朝鲜和韩国等国重要的渔业资源[16-17]。本项目组前期研究了高养殖密度对刺参生长的抑制[18]，而Trp对刺参的胁迫缓解能力未见报道。本研究定量测定刺参对密度胁迫的二级响应指标，分析食源性Trp对密度胁迫下刺参生长和代谢的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

试验基础饲料的组成为马尾藻粉(70%)、海泥(20%)和鱼粉(10%)，其中，灰分占59.9%、粗蛋白占16.56%、粗脂肪占8.52%，能值6.67 kJ/g。试验用L-色氨酸购自Sigma(USA)，饲料中添加量为0%、1%、3%和5%。饲料原料过100目筛，用水和成面团后制成直径1.0 mm颗粒，45 ℃烘干，-20 ℃储藏、备用。试验用刺参购自青岛市即墨区田横羊山海参专业合作社。试验开始前，刺参用无添加色氨酸的基础饲料喂养，驯化2周。

1.2 方法

经驯化后挑选960头体质量(湿重)为(3.5 ± 0.1)g的健康刺参，随机分配和养殖于64个40 L (53 cm×28 cm×34 cm) 的玻璃水族箱中。试验设4个养殖密度组，即每箱4、8、16和32头，分别标记为L、ML、MH和H。每个养殖密度组分别投喂含色氨酸0%、1%、3%和5%的饲料。共设16个处理组，每个处理4个重复。按照Dong等[19]的试验方法，刺参经过24 h饥饿后测定初始体质量。饲养试验75 d结束时，每个密度组的所有动物分别称重，测定各指标。养殖期间，每个水族箱用气石持续充气，每天更换3/4体积的海水，溶氧高于5.0 mg /L，水温控制在(17 ± 0.5)℃，pH (8.0 ± 0.2)，盐度30，氨氮低于0.25 mg/L。

样品采集与处理：试验开始前，随机选取30头驯养后的刺参称重，65 ℃烘干至恒重，计算刺参含水量。试验期间，每天上午10：00过量投喂刺参饲料，22 h后，采用虹吸法分别收集残饲和粪便。试验结束时刺参禁食24 h。所有刺参均被称重，计算生物量和增重率。

Wt-gain=100% × (W2-W1)/W1

(1)

式中：Wt-gain为增重率；W1和W2是刺参的初始和终末湿重，g。

代谢酶活力测定：用剪刀取刺参体壁贮存于-20 ℃备用。体壁谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)、乳酸脱氢酶(LDH)和苹果酸脱氢酶(MDH)活力分别采用赖氏法、分光光度法、Ochoa[20]和Wrobleuiski 等[21]方法，用南京建成生物工程研究所试剂盒测定。

1.3 统计分析

色氨酸含量和养殖密度对刺参生长、呼吸代谢酶活性的影响采用双因素方差(two-way ANOVA)分析。数据用SPSS17软件进行统计分析。用Duncan多重比较分析不同处理组间的差异显著性，显著水平为P<0.05。

2 结果

2.1 色氨酸对密度胁迫下刺参生长的影响

由图1可知，刺参生物量随着养殖密度增加而增加，但体质量增重率却随养殖密度的增加而下降。较低密度组(L和ML组)的体质量增长率显著高于较高密度组(MH和H组)(P<0.05)。

图1 不同养殖密度及色氨酸水平下刺参的生物量和增重率Fig.1 Biomass and weight gain of Apostichopus japonicus Selenka with different stocking densities and Trp levels

2.2 色氨酸对刺参代谢酶活力的影响

2.2.1 ALT和AST酶活力

本试验中，较高养殖密度的MH和H组刺参的ALT酶活力与较低养殖密度的L和ML组差异显著(P<0.05)(图2)。各养殖密度下，添加色氨酸组刺参的酶活力均高于未加色氨酸的对照组，MH对照组酶活性显著高于其他密度的对照组(P<0.05)。较高密度组，随着色氨酸添加量的增加，ALT活力呈下降趋势。色氨酸对较低密度组刺参的ALT活力无显著影响。AST呈现与ALT相似的趋势。

2.2.2 LDH和MDH酶活力

随着养殖密度增大，刺参乳酸脱氢酶(LDH)活力升高，但到了H组却下降(图3)。较低密度组与较高密度组的LDH酶活力差异显著(P<0.05)。与AST和ALT相似，MH组的LDH和苹果酸脱氢酶(MDH)的活力高于对照组，而在MH和H组，添加色氨酸的处理组酶活力下降(图3)。在MH和H组，投喂3%色氨酸处理组的LDH活力低于其他处理组。MDH活力趋势与LDH相似。在各养殖密度下，添加3%色氨酸的处理组，酶活力低于其他处理组。

图2 不同养殖密度及色氨酸水平下刺参的ALT、AST酶活力Fig.2 ALT activity and AST activity of Apostichopus japonicus Selenka with different stocking densities and Trp levels

图3 不同养殖密度和投喂不同色氨酸水平刺参MDH和LDH酶活力Fig.3 MDH activity and LDH activity of Apostichopus japonicus Selenka with different stocking densities and fed with different levels of Trp

3 讨论

3.1 高密度养殖抑制刺参个体生长

研究人员对卡特拉鱼(Catlacatla)[22]、银鲶(Rhamdiaquelen)[23]和鲈(Dicentrarchuslabrax)[24]的研究发现，高养殖密度使动物个体生长率下降。本研究中，对照组低养殖密度组刺参的增重率高于高养殖密度组。这表明高养殖密度的胁迫效应抑制了刺参生长(图1、图2)。

3.2 食源色氨酸提高刺参生长性能

色氨酸为必需氨基酸，是生物合成5-HT的限速性底物。5-羟色胺(5-HT)是大脑中主要的神经递质[25-26]，能够调节动物复杂的行为、心理和生理过程[7]。色氨酸羟化酶是利用色氨酸合成5-HT所需要的酶，因此，色氨酸含量的增加可提高5-HT的合成效率[27]。另一方面，迅速消耗色氨酸已广泛作为一种安全有效地降低大脑5-HT的生理学方法[28]。给动物喂养色氨酸可降低动物的进攻行为和高密度引起的胁迫。本研究中，与对照组相比，添加食源色氨酸能够显著促进刺参个体生长(P<0.05)(图1)。添加食源色氨酸后，低养殖密度组刺参的增重率高于高养殖密度组；而饲料中添加3%色氨酸后，刺参呈现出最大增重率。Walton等[29]和Tejpal等[30]对虹鳟(Oncorhynchusmykiss)和鲮(Cirrhinusmrigala)的研究显示，喂色氨酸的幼鱼能够提高鱼类生长性能和存活率。而本研究中，饲料添加5%色氨酸，刺参生长性能下降，这可能是由于色氨酸过量造成的。过量氨基酸对生物产生毒性，对生长产生负面影响[31-33]。

3.3 食源色氨酸影响刺参代谢酶活性

代谢反映生物能量消耗的生理过程。在糖异生作用中，谷草转氨酶(AST)和谷丙转氨酶(ALT)是蛋白质代谢中转氨作用的主要酶[30]。Chatterjee等[34]报道，鱼类受胁迫期间，转氨酶活性的升高会引起摄入酮酸增加，进而通过氧化代谢进入三羧酸循环。本研究中，AST和ALT活力都随着色氨酸含量从1%添加至3%而下降，而相应的对照组AST和ALT活力则较高(图2)。转氨酶活力降低可认为是添加色氨酸对刺参胁迫的缓解。对照组中的苹果酸脱氢酶(MDH)和乳酸脱氢酶(LDH)活力也比色氨酸添加组要高(图3)。MDH活力增高表明，动物通过提高三羧酸循环代谢水平来满足能量需求的增加，以应对胁迫。