水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)飼料中磷的利用研究進(jìn)展

浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 陸 靜 邵慶均

水產(chǎn)動(dòng)物在養(yǎng)殖過程中氮、磷等元素過量排放引起的水體生態(tài)系統(tǒng)變化備受關(guān)注。減少養(yǎng)殖水體染已經(jīng)成為保持世界水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。雖然氮、磷同為造成水體富營養(yǎng)化的主要元素，但藻類等水生生物對(duì)磷更為敏感。當(dāng)水體中磷處于低濃度時(shí)，即使氮濃度能滿足藻類等水生生物的需要，其生產(chǎn)力也會(huì)降低。因此，控制磷污染顯得更為重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)1 t金頭鯛或普通鯉魚分別排放總磷13 kg左右（Watanabe 等，1999；Alvarado，1997）。因此從飼料方面來減少磷的排放是可推廣的有效方法之一。本文就影響水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)飼料中磷利用的因素作一綜述。

1 常見養(yǎng)殖魚類對(duì)磷的需要量

磷是核酸和細(xì)胞膜的重要組成礦物質(zhì)元素，也是骨組織的主要結(jié)構(gòu)成分，且直接參與所有產(chǎn)生能量的胞內(nèi)反應(yīng)（NRC，1993）。魚類能夠在水中直接吸收磷元素，但水中磷濃度較低，遠(yuǎn)不能滿足需要量，因此需要從飼料中攝取。而且，魚類對(duì)鈣的吸收受磷含量的影響，反之亦然，一般情況下魚類適宜的鈣磷比為1∶（1～2）。表1為常見養(yǎng)殖魚類對(duì)磷的需要量。

由于影響魚類磷需要的因素較多，不同研究者的試驗(yàn)方法不同，試驗(yàn)條件的差異等，結(jié)論各有不同。另外，研究者一般以體增重、血清磷含量、骨骼磷含量等為作為判定魚類對(duì)磷需要量標(biāo)準(zhǔn)，因此，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍需進(jìn)一步統(tǒng)一。

表1 常見養(yǎng)殖魚類對(duì)磷的需要量

2 不同養(yǎng)殖魚類對(duì)磷的消化率

鯉科（草魚、鯉魚等）、麗魚科（羅非魚等）和鮭科（大麻哈魚、虹鱒、嘉魚等）魚類占世界水產(chǎn)養(yǎng)殖類的80%以上（FAO，2009）。大量文獻(xiàn)顯示，不同魚類對(duì)磷的表觀消化率相差很大。虹鱒對(duì)魚粉中磷的利用率為17%～81%，羅非魚為27%～65%；虹鱒對(duì)大豆粉中磷的利用率為20%～35%，而鯉魚為33%，羅非魚為35%～47%（Fu ruya 等 ，2001a；Mira.n.da 等 ，2000；Sugiura 和Hardy，2000；和， 2005）。 魚類在消化系統(tǒng)解剖學(xué)和生理學(xué)上的差異，是磷在不同魚種之間消化和吸收差異的重要原因。鯉科魚類不能很好地消化低溶解度的磷化合物，對(duì)骨磷的消化率幾乎為零，相比麗魚科和鮭科魚類磷酸氫鈣鹽的消化率 （62%～64%），鯉科魚類只有30%（Hua和 Bureau，2010）。 存在這些差異的原因可能是鯉科魚類為無胃魚，因此缺乏一個(gè)利于磷化合物溶解的酸性環(huán)境。此外，鯉科和鮭科魚類不能很好地利用植物成分中的植酸磷，而羅非魚能較好地利用（Hua 和 Bureau，2010）。 Ellestad等（2002）在尼羅羅非魚腸道內(nèi)發(fā)現(xiàn)了較強(qiáng)活性的植酸酶，而在雜交條紋鱸魚和鯉魚中鮮現(xiàn)。而且，羅非魚大腸中的微生物發(fā)酵過程產(chǎn)生的植酸酶或有機(jī)酸有助于其消化植酸磷。另外，鯉科魚類的腸道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且相對(duì)較短，減少了消化酶作用的時(shí)間及強(qiáng)度，從而影響磷的消化率。

3 水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)不同形式磷的利用率

3.1 不同來源 在配合飼料中，不同飼料原料的磷利用率存在明顯差異。在常見動(dòng)物性原料中，魚粉和肉骨粉富含鈣磷元素，是飼料總磷的主要來源（Halver和 Hardy，2002）。研究表明，以魚粉為主要蛋白源的日糧含磷水平超過了維持魚類良好生長的最低需求（Satoh等，2003）。但是，磷在魚粉中的存在形式（磷酸三鈣復(fù)合物）對(duì)有些養(yǎng)殖魚類來說是很難被利用的，在生產(chǎn)過程中可以通過加工技術(shù)或化學(xué)方法處理來改變其存在形式，從而提高磷的利用率。在植物性原料中，磷以植酸鹽的形式存在，這種存在形式的磷對(duì)大部分魚來說利用率均較低。因此，磷利用率的變化在很大程度上是由磷的來源決定的（表2）。

為減少磷排放，在配制飼料時(shí)盡量使用可消化磷含量高的蛋白源。通常情況下，多種蛋白源混合的飼料在不影響魚的生長性能的情況下具有較低的磷排泄水平。

3.2 不同化學(xué)形式 Riche和Brown（1996）研究發(fā)現(xiàn)，虹鱒對(duì)磷的有效利用率最大值出現(xiàn)在其對(duì)日糧磷最適需求量附近，Satoh等（1997）和Sugiura等（2000）也得到類似結(jié)果。因此，為使飼料磷水平正好或盡量接近該養(yǎng)殖魚類生長的最佳需求，在生產(chǎn)過程中有時(shí)需要添加一定量的無機(jī)或有機(jī)磷化合物。磷的利用率與其溶解度有關(guān)，溶解度越高利用率越大（Pimentel-Rodrigues和Oliva-Teles，2007）。并且，不同磷源對(duì)添加水平變化的反應(yīng)也是有差異的，Ca（H2PO4）2和 Ca3（PO4）2的表觀消化率在低于需要水平的時(shí)候更高，而此時(shí)CaHPO4的消化率降低，引起這些結(jié)果的機(jī)制還尚待研究。

表2 魚飼料中常見原料中磷的利用率

Niu等（2008）研究表明，添加 KH2PO4組南美白對(duì)蝦的生長性能（增重量，特定生長率）和存活率顯著優(yōu)于添加 NaH2PO4或 Ca（H2PO4）2組。同樣以南美白對(duì)蝦為研究對(duì)象，Davis和Arnold（1994）測(cè)得無機(jī)磷源的利用率， 結(jié)果表明，Ca（H2PO4）2、CaHPO4、Ca3（PO4）2、KH2PO4和 NaH2PO4中磷的表觀利用率分為46.13%、19.11%、9.19%、68.11%和68.12%。因此，KH2PO4可作為南美白對(duì)蝦的最佳磷源 （最適總磷添加量為20.9～22.0 g/kg），原因可能跟滲透壓和酸堿平衡有關(guān)。鈉鉀離子是海水動(dòng)物的細(xì)胞外離子，蝦類的細(xì)胞膜含有一個(gè)能量依賴性的鈉泵，可以把鈉離子從細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞外環(huán)境中，因此需要更多的鉀離子來平衡細(xì)胞內(nèi)減少的鈉離子，細(xì)胞外具有高濃度的鈉離子，細(xì)胞內(nèi)具有高濃度的鉀離子。這樣形成的鈉鉀離子濃度差激活A(yù)TP酶，利于海洋生物對(duì)環(huán)境的生理適應(yīng)（Zhu 等，2004）。 Roy 等（2007）研究認(rèn)為，日糧中鉀含量的增加有助于提高水產(chǎn)動(dòng)物的存活率?？傮w來說，水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)磷的生物利用率高低順序?yàn)椋篕H2PO4＞ CaH2PO4＞ Ca（H2PO4）2或 CaHPO4＞ Ca3（PO4）2。

4 添加植酸酶對(duì)磷利用的影響

4.1 魚粉替代蛋白 植物性原料部分替代魚粉，在經(jīng)濟(jì)效益和低磷可持續(xù)水產(chǎn)飼料配方評(píng)估上均有很大的優(yōu)勢(shì)。植物原料中的植酸磷很難被魚類應(yīng)用，因此需要通過添加外源性植酸酶來提高飼料磷的利用率。例如，在大豆替代蛋白飼料中添加植酸酶可以改善胃腸道內(nèi)植酸鹽的水解作用，從而增加磷的消化和吸收率。不同魚粉替代蛋白質(zhì)添加植酸酶對(duì)磷排放的影響見表3。

表3 添加植酸酶對(duì)磷排放的影響

由表3可知，不同養(yǎng)殖種類的植酸酶適宜添加量不同，且即使同一養(yǎng)殖種類添加相同水平的植酸酶，在不同的飼料配方或養(yǎng)殖環(huán)境中，其減少磷排放的作用也有所差異。因此，要根據(jù)養(yǎng)殖種類、年齡、替代蛋白種類等因素調(diào)整添加水平，此外，還需要考慮到養(yǎng)殖系統(tǒng)、生產(chǎn)工藝等條件對(duì)植酸酶的影響。

4.2 不同來源的植酸酶 引起表3中結(jié)果差異的另一原因可能是添加的植酸酶來源的不同。植酸酶屬于磷酸單酯水解酶，是磷酸酶的一種特殊類型。目前確認(rèn)的植酸酶有兩種類型，一種是存在于植物、酵母、霉菌和細(xì)菌中且需要Mg2+參與催化過程的3-磷酸水解酶（EC 3.1.3.8），這種植酸酶作用于植酸鹽時(shí)，最先水解的是肌醇3號(hào)碳原子位置的磷酸根；另一種植酸酶為6-磷酸水解酶（EC 3.1.3.26），只存在于植物籽實(shí)中，其首先水解的是肌醇3號(hào)碳原子位置的磷酸根。動(dòng)物胃腸道植酸酶一般有三種來源，分別來自飼料中動(dòng)植物原料、微生物發(fā)酵產(chǎn)生和人工添加。

由于飼料原料來源的植酸酶活力較低，且在加工過程中的熱處理會(huì)使其失活，而遺傳工程技術(shù)的發(fā)展使產(chǎn)酶微生物能以適宜的成本生產(chǎn)足夠濃度的酸性植酸酶，因此，目前商用植酸酶大多來源于微生物，而微生物中植酸酶種類繁多，性質(zhì)各有差異（表 4）。

飼料生產(chǎn)過程中，根據(jù)養(yǎng)殖魚類消化系統(tǒng)的不同生理?xiàng)l件，需要選擇合適的植酸酶種類。同時(shí)，尋找一種常見養(yǎng)殖種類均能適用，即具有高耐熱穩(wěn)定性的中性植酸酶將是植酸酶研究工作中非常重要的一步。

表4 微生物植酸酶特性

4.3 植酸酶的不同添加方式 目前，植酸酶的添加方式有：直接混合添加；以包膜形式添加或制粒后噴霧添加；添加至經(jīng)干燥處理的植物性原料中發(fā)酵預(yù)處理 （Cheng 和 Hardy，2003；Vielma 等，1998；Cain 和 Garling，1995）。 每種添加方式都有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，植酸酶的作用效果存在差異，但目前有關(guān)這方面的研究報(bào)道還較少。

陳京華和麥康森（2010）在5000.0 g豆粕中添加2.5 g植酸酶，然后用產(chǎn)朊假絲酵母（Candida utilis）進(jìn)行發(fā)酵預(yù)處理。相比未添加植酸酶組和直接添加植酸酶組，植酸酶預(yù)處理豆粕組的磷排放率分別減少了 33.15%、9.36%。Denstadli等（2007）以大豆?jié)饪s蛋白為基礎(chǔ)飼料，比較了大西洋鮭對(duì)添加發(fā)酵預(yù)處理植酸酶和包膜植酸酶的差異，結(jié)果表明，發(fā)酵預(yù)處理組腸道的磷消化率顯著高于包膜植酸酶組，表明植物性原料的發(fā)酵預(yù)處理能顯著提高磷的消化率。

4.4 其他 維生素D最基本的功能是促進(jìn)腸道鈣磷的吸收，提高血液鈣和磷水平，促進(jìn)骨的鈣化。在哺乳動(dòng)物飼料中添加維生素D3能顯著提高磷的消化率和吸收率，并能促進(jìn)腎臟對(duì)磷的重吸收，從而減少磷的排放（Lee等，1986）。 Avila等（2000）在虹鱒腸道發(fā)現(xiàn)了與哺乳動(dòng)物類似的鈉依賴性磷運(yùn)輸機(jī)制。因此，大量研究者將維生素D3添加到水產(chǎn)動(dòng)物飼料中，從磷代謝方面來控制磷的排放。Srivastav等（1997）研究報(bào)道，腹腔注射25-羥基維生素D3或1，25-二羥基維生素 D3均能提高淡水鯰魚的血漿磷濃度，對(duì)虹鱒（Cheng和Hardy，2003）、 美國鰻魚 （Fenwick 和Vermette，1989）也有類似報(bào)道。說明，低磷高維生素D3飼料能夠通過調(diào)節(jié)磷代謝降低養(yǎng)殖污水可溶性磷和糞便磷水平。

另外，降低腸道pH能提高磷和植酸鹽的溶解率，使之在腸道更好地被吸收。因此，可以通過補(bǔ)充有機(jī)酸來降低腸道pH，并能像螯合作用一樣吸附腸道上的多種陽離子 （Ravindran和Kornegay，1993）。 Sarker等（2011）研究了在魚粉及植物性原料為主的日糧中添加有機(jī)酸對(duì)黃鰤?mèng)~仔魚生長及氮磷利用的影響，結(jié)果表明，在飼料中添加有機(jī)酸（檸檬酸）后，魚粉中的磷酸三鈣鹽能夠在檸檬酸的作用下釋放足夠的磷以滿足魚類的生長需要，而無需再添加其他形式的無機(jī)磷。而且，魚體灰分中磷含量增加的同時(shí)試驗(yàn)組具有更好的生長性能，說明添加有機(jī)酸能顯著提高磷及其他元素的利用率。

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