不同藻類營養(yǎng)成分添加對魚類影響的研究進(jìn)展

張鈺嶸 陳輝蓉 李濤 楊雪薇 朱婷 黎雙飛

由于全球人口數(shù)量和全球人均魚類消費量的提升，以及人類健康意識的提高，預(yù)計到2050年，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量需在目前生產(chǎn)量的基礎(chǔ)上增加一倍，才能滿足人均魚類消費率。因此，如何滿足消費者對優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品的需求是一個值得全球關(guān)注的問題。為解決這一供需矛盾，在注重水產(chǎn)品總量提升的同時，也應(yīng)從養(yǎng)殖過程考慮降低養(yǎng)殖成本、提高魚類品質(zhì)。

藻類是自然界魚類的主要食物來源，不僅提供蛋白質(zhì)和能量，還提供維生素、多不飽和脂肪酸（PUFA）和色素等關(guān)鍵營養(yǎng)素，非常適合作為水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料或飼料添加成分。因此在全球聚焦雙碳目標(biāo)時，將綠色可再生資源藻類作為水產(chǎn)飼料添加，可以成為碳匯漁業(yè)發(fā)展的典范。

一、藻粉作為飼料成分添加對魚類的影響

藻類是一類水生光合自養(yǎng)生物，通常分為大型藻類和微藻。藻類也是水生食物鏈的主要生產(chǎn)者，營養(yǎng)成分包括含有必需氨基酸的蛋白質(zhì)、含有多不飽和脂肪酸的脂質(zhì)、碳水化合物、色素和其他生物活性化合物，是水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游動物和魚類的主要天然飼料來源。因為處理工藝非常簡單，藻粉是最常見的一種飼料添加形式。

1.藻粉中天然色素對觀賞魚類體色的影響。微藻是天然色素的來源之一，可代謝合成多種類胡蘿卜素，如蝦青素、β-胡蘿卜素和葉黃素等。類胡蘿卜素是魚類著色的關(guān)鍵物質(zhì)，而魚類自身不能合成，因此微藻可以作為觀賞魚類的色素來源，且比人工色素更加安全、健康。已有研究報道顯示，鹽藻（Dunaliella salina）是迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的天然β-胡蘿卜素含量最高的藻類，楊育凱等和孫金輝等分別將鹽藻粉分別添加在卵形鯧（Trachinotus ovatus）和血艷紅慈鯛（Copadichromis trimaculatus）的飼料中，結(jié)果顯示鹽藻粉對這兩種魚的體色和免疫力均有明顯的改善作用。崔培等在非洲王子魚（Labidochromis caeruleus）的飼料中添加1%的裂殖壺藻（Schizochytrium limacinum）干粉，發(fā)現(xiàn)其對魚具有良好的增色效果，而鹽藻粉對非洲王子魚的增色效果并不明顯。由此可見，相同藻粉對不同魚類的影響存在一定差異，這可能與試驗魚的內(nèi)在遺傳因素（如種類、年齡和健康狀況等）有關(guān)。

大型藻類也可以作為天然色素增強(qiáng)劑。Monica Joicy等研究表明，在飼料中添加3%的腸滸苔（Enteromorpha intestinalis）藻粉，可以代替類胡蘿卜素使孔雀魚（Poecilia reticulata）和玫瑰魚（Apogon nematopterus）的顏色增強(qiáng)，從而獲得更好的觀賞價值。因此，將藻粉作為觀賞魚類飼料的色素補充劑，具有成本低、效率高和更安全的特點。

2.不同藻粉對魚類生長和生理活性的影響。很多報道表明，在飼料中添加藻粉有利于改善魚類的生長和生理活性。Carneiro等用小球藻（Chlorella vulgaris）粉替代魚粉作為斑馬魚（Danio rerio）的飼料，發(fā)現(xiàn)飼喂40g/kg時斑馬魚生長最好，飼喂50g/kg時總膽固醇、低密度脂蛋白和甘油三酯水平達(dá)到最低，同時斑馬魚的繁殖性能也有所提高。Xie等證明，3%的裂殖壺藻（Schizochytrium sp.）粉可以提高卵形鯧（Trachinotus ovatus）的生長性能和非特異性免疫力。

大型海藻因含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物和礦物質(zhì)及多種維生素，有助于養(yǎng)殖魚類健康，所以作為養(yǎng)殖魚類飼料的報道也有不少，如石莼（Ulva sp.）藻粉可以促進(jìn)紅羅非魚（Oreochromis sp.）的生長、紫菜（Porphyra dioica）能提高虹鱒（Oncorhynchus mykiss）的生長表現(xiàn)。宣雄智等發(fā)現(xiàn)，用3%的龍須菜（Gracilaria lemaneiformis）藻粉代替異育銀鯽（Carassius auratus gibelio）飼料中的菜粕，能促進(jìn)異育銀鯽的生長。

適量的藻粉可以促進(jìn)不同種魚類的生長，也對魚的抗氧化能力和免疫活性有著不同程度的影響。但Wassef等和Azaza等的研究也指出，較高含量的藻類可能對魚類的生長和飼料利用率有負(fù)面影響，其原因可能是藻粉中的功能性物質(zhì)不太明晰，或是藻粉中含有抗?fàn)I養(yǎng)活性的物質(zhì)甚至是有毒化合物所致。因此，為了提供更優(yōu)質(zhì)的魚類飼料，相關(guān)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格把控藻粉質(zhì)量，使其更加安全健康。

二、藻類營養(yǎng)成分

作為飼料添加對魚類的影響

1.多不飽和脂肪酸添加對魚類脂質(zhì)代謝的影響。多不飽和脂肪酸是魚類不可或缺的一種營養(yǎng)物質(zhì)，在維持機(jī)體的正常機(jī)能、促進(jìn)生長發(fā)育和繁殖以及提高免疫力等方面有著重要作用。魚類能優(yōu)先以脂類作為能源物質(zhì)，而添加多不飽和脂肪酸可以促進(jìn)魚體內(nèi)部的脂質(zhì)代謝。Ji等研究揭示，草魚（Ctenopharyngodon idellus）機(jī)體組織的脂肪酸水平與高度不飽和脂肪酸（HUFAs）含量密切相關(guān)，適量的HUFAs補充可以顯著促進(jìn)草魚的脂質(zhì)代謝。Tian等也證實，0.30%的花生四烯酸能有效抑制草魚脂質(zhì)積累，并改變脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵基因表達(dá)。

海水魚體內(nèi)轉(zhuǎn)化n-3高度不飽和脂肪酸（n-3 HUFAs）的能力有限，只有通過飼料補充才能滿足其正常生理需求，而富含DHA的藻類是水產(chǎn)動物獲取不飽和脂肪酸的天然餌料。Nakagawa等在黑鯛（Acanthopugrus schlegeli）飼料中添加石莼（U. pertusa）藻粉，發(fā)現(xiàn)可以促進(jìn)脂質(zhì)代謝和不飽和脂肪酸的積累。Li等在斑點叉尾（Ictalurus punctatus）飼料中添加2%的裂殖壺藻，發(fā)現(xiàn)可以顯著提魚肉中DHA和n-3 LC-PUFAs水平。

2.海藻多糖添加對魚類免疫活性的影響。海藻多糖具有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、抗病毒、抗凝血和免疫調(diào)控等作用，近年來，越來越多的養(yǎng)殖戶為降低魚和蝦的死亡率，將目光聚焦于多糖免疫增強(qiáng)劑，以提高魚體免疫力。林建斌等在膨化顆粒配合飼料中添加0.6%的海帶（Laminaria japonica）多糖投喂珍珠龍膽石斑魚（Epinephelus. fuscoguttatus♂×E. lanceolatus♀），試驗組的免疫活性較對照組顯著性提高。耿中雷采用水提醇工藝對滸苔（Enteromorpha sp.）多糖進(jìn)行提取，其對羅非魚（O. mossambicus）的過氧化氫酶活性較對照組有所提高，且多糖單獨作用較聯(lián)合作用的效果更佳。

海帶（L. japonica）和紫菜（Pyropia）是海藻中最重要的兩個品種，其多糖含量非常豐富。林建斌等研究表明，海帶多糖和紫菜多糖都具有提高大黃魚幼魚生長性能和免疫力的作用，但多糖的添加量和提高效果關(guān)系不成正比。羅彤等和林希也證實紫菜多糖具有雙向免疫調(diào)節(jié)作用，但紫菜多糖的免疫機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3.藻蛋白作為飼料蛋白源添加對魚類的影響。隨著人類和動物對蛋白質(zhì)的需求越來越高，受制于市場植物蛋白資源的有限性，傳統(tǒng)的水產(chǎn)飼料植物蛋白添加成本越來越高。藻基蛋白作為魚類飼料中植物蛋白的成分添加，對環(huán)境非常友好，更大程度地滿足了市場需求。

姜志強(qiáng)等的研究證實，螺旋藻添加量為12%時，飼料蛋白質(zhì)水平為35.56%，可使錦鯉（C. carpio）生長、著色達(dá)到最佳效果。Hajiahmadian等也證實，螺旋藻可以作為一種植物蛋白成分摻入金倒鉤魚（Puntius gelius）飼料中，并使養(yǎng)殖魚的體重增加提速。Walker和Berlinsky用30%的微擬球藻（Nannochloropsis sp.）混合等鞭金藻（Isochrysis sp.）藻粉替代大西洋鱈魚（Gadus morhua）幼魚餌料中的魚粉蛋白，發(fā)現(xiàn)用15%藻蛋白替代飼料喂養(yǎng)的魚，其攝食量有所提高。

目前，微藻和大型藻類在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用都取得一定成效，但還需進(jìn)一步優(yōu)化藻蛋白提取工藝，合理調(diào)整飼料營養(yǎng)成分配比，在實現(xiàn)藻類綜合利用的同時，考慮藻類經(jīng)濟(jì)價值的提高。

三、藻渣作為飼料添加劑對魚類的影響

在藻類營養(yǎng)物質(zhì)提取過程中會產(chǎn)生一些副產(chǎn)品——藻渣，其中含有大量的不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、多糖和微量元素等。藻渣資源回收利用不僅可以提高藻類資源綜合利用的經(jīng)濟(jì)價值，還為水產(chǎn)飼料植物蛋白來源開辟了新途徑。

高振等對小球藻（C. vulgaris）提取油脂后的藻渣營養(yǎng)成分進(jìn)行分析，結(jié)果表明藻渣中含有動物生長的必需常量和微量礦物質(zhì)元素，且必需氨基酸指數(shù)較高，與常規(guī)飼料相比具有較高的開發(fā)潛力。石等在虹鱒（O. mykiss）成魚飼養(yǎng)過程中使用雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）提取蝦青素后的藻渣替代人工蝦青素作為蝦青素源著色添加劑，結(jié)果表明藻渣中天然蝦青素在魚體中更易累積，并顯著提高了其抗氧化能力。郭斌等將10%的海帶提取褐藻膠后的沉積物與植物蛋白質(zhì)配合后，替代飼料中的魚粉，發(fā)現(xiàn)對大菱鲆（S. maximus）幼魚的腸道結(jié)構(gòu)有改善作用。肖芬芬將裂殖壺藻提油后的副產(chǎn)物成功應(yīng)用到框鱗鏡鯉（C. carpio var. specularis）、草魚（C. idellus）和多鱗白甲魚（Onychostoma macrolepis）飼料中，當(dāng)添加量為6%時，可改善框鱗鏡鯉幼魚的抗氧化狀態(tài)和腸道結(jié)構(gòu)，而添加量為9%則會顯著降低草魚肝臟和腹腔脂肪的脂質(zhì)積累和增加幼年多鱗白甲魚體內(nèi)DHA含量。付云等以螺旋藻藻渣為原材料進(jìn)行后期發(fā)酵，結(jié)果顯示，發(fā)酵后藻渣蛋白含量較高（48.08%），將發(fā)酵后的螺旋藻渣應(yīng)用于飼料配料，可提高動物抗病性。

四、轉(zhuǎn)基因微藻作為

飼料添加劑對魚類的影響

微藻基因的插入或基因操作可以改善微藻的營養(yǎng)品質(zhì)，并且這些新型微藻可以作為功能性飼料添加，為促進(jìn)魚類生長與疾病預(yù)防提供天然營養(yǎng)和一套有益的重組體，最終提高魚類品質(zhì)。Chen等將表達(dá)黃鰭棘鯛（Acanthopagrus latus）生長激素的微綠球藻（N. oculata）投喂鹵蟲，再以轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因鹵蟲投喂羅非魚（Oreochromis sp.）幼魚，轉(zhuǎn)基因組實驗魚生長速度顯著性提高。Li和Tsai等將表達(dá)牛乳鐵蛋白的微綠球藻直接投喂青魚（Oryzias latipes），發(fā)現(xiàn)其消化道對副溶血性弧菌感染具有殺菌防御作用。Wu等將rt-PA編碼的具有復(fù)雜二級結(jié)構(gòu)的瑞替普酶在亞心形四爿藻（Tetraselmis subcordiformis）中成功表達(dá)，口服含有重組抗菌肽的微藻也可能提高水產(chǎn)品免疫力。

綜上所述，藻粉及營養(yǎng)成分作為水產(chǎn)飼料成分添加，其作用效果和機(jī)理的基礎(chǔ)研究已有很多報道，但在實際商業(yè)化應(yīng)用方面，實現(xiàn)業(yè)務(wù)化常規(guī)應(yīng)用的實例并不多見。從整體來看，限制其商業(yè)化應(yīng)用的因素主要包括：微藻藻粉及其營養(yǎng)成分的量化生產(chǎn)成本較高，且容易受潮霉變；從資源規(guī)?；侠砝媒嵌葋碚f，尚未形成穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈；藻類營養(yǎng)成分規(guī)?；崛」に嚹壳半y以達(dá)到商業(yè)產(chǎn)能需求等。從未來藻類產(chǎn)業(yè)發(fā)展、綠色水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)?；杉疤紖R漁業(yè)模式的構(gòu)建出發(fā)，藻粉直接添加與藻渣資源回收利用將成為藻類應(yīng)用于水產(chǎn)餌料的主要途徑。從功能性水產(chǎn)餌料開發(fā)角度考慮，轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因編輯及合成生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將為在餌料微藻中實現(xiàn)功能性蛋白或疫苗的表達(dá)提供技術(shù)支撐，未來微藻功能性餌料應(yīng)用有望取得突破性進(jìn)展。

大型藻類可以有效吸收、利用魚類養(yǎng)殖系統(tǒng)中多余的營養(yǎng)物質(zhì)，這樣不僅可以控制水體富營養(yǎng)化，還能將養(yǎng)殖廢水中多余的無機(jī)鹽轉(zhuǎn)化成具有較高價值的產(chǎn)品從系統(tǒng)里輸出，從而提高養(yǎng)殖效率，降低養(yǎng)殖成本。因此，大型藻類在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有良好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。不過，仍要進(jìn)一步研究和探討大型藻類與魚類復(fù)合養(yǎng)殖系統(tǒng)中的互利機(jī)制和養(yǎng)殖比例，以達(dá)到清潔生產(chǎn)和實現(xiàn)碳匯漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。

基金項目：國家科技部藍(lán)色糧倉重點專項課題（2020YFD0901002）；深圳市規(guī)劃與自然資源局農(nóng)業(yè)發(fā)展專項資金（漁業(yè)類）農(nóng)業(yè)高新技術(shù)項目（2021-928）。

作者簡介：張鈺嶸（1998-），女，陜西榆林人，碩士研究生在讀，研究方向為藻類生物技術(shù)。

*通信作者：黎雙飛（1975-），男，教授、博士生導(dǎo)師，博士，研究方向為水生生物學(xué)。