新型魚用飼料原料紫背浮萍人工養(yǎng)殖的初步研究

張植元，葛靜遠，谷 兵，魏 東，喬秀亭，白東清

（天津農學院水產學院，天津市水產生態(tài)及養(yǎng)殖重點實驗室，天津300384）

水產養(yǎng)殖

新型魚用飼料原料紫背浮萍人工養(yǎng)殖的初步研究

張植元，葛靜遠，谷 兵，魏 東*，喬秀亭，白東清

（天津農學院水產學院，天津市水產生態(tài)及養(yǎng)殖重點實驗室，天津300384）

為探究紫背浮萍是否可以作為魚用飼料新型植物蛋白源，本試驗在室外采集初始干重為（2.03±0.01）g鮮紫背浮萍，經清洗與饑餓處理后將其隨機分為8組（以養(yǎng)殖第1天開始，每隔4 d一個組收割），每組3個平行，按照環(huán)境承載量一半的密度放置于表面積為0.5×0.075 cm2的養(yǎng)殖水槽中，在室外自然光照（光暗時間比為16 h∶8 h）下，以養(yǎng)殖水體Hoagland’s E-Medium為營養(yǎng)液，pH為7.8±0.2，水溫（26.6±1.1）℃，人工養(yǎng)殖29 d后測定其生長性能、營養(yǎng)物質與天然色素的含量。試驗結果表明：人工養(yǎng)殖紫背浮萍29 d后，其干生物量呈“J”型上升趨勢，葉綠素含量（葉綠素a：1.78 mg/g，葉綠素b：1.02 mg/g，總葉綠素：2.80 mg/g）顯著提高（P＜0.05）；到養(yǎng)殖第25天時，相對增長率降低至最低，且營養(yǎng)指標達到飽和（粗蛋白質：32.82%，粗脂肪：6.07%），總類胡蘿卜素含量（1.10 mg/g）無顯著差異（P＞0.05）。因此，人工養(yǎng)殖紫背浮萍可應用于水產動物養(yǎng)殖場中，不僅能夠處理養(yǎng)殖污水，還能大面積收割作為飼料原料，最終可形成一個生態(tài)循環(huán)的水產動物養(yǎng)殖模式。

紫背浮萍；生長性能；粗蛋白質；粗脂肪；葉綠素；總類胡蘿卜素

紫背浮萍（Spirodela polyrrhiza），屬于被子植物門，單子葉植物綱，澤瀉目，天南星科，浮萍亞科，是世界上最小，生長最迅速，形態(tài)最簡單的水生植物（黃明星等，2016）。浮萍亞科中有5屬，38種，各屬之間以其根的數目與葉的形狀進行區(qū)分（Les等，2002）。紫背浮萍常分布于水田、水塘、湖泊和水溝等，通過根或葉狀體從水中吸收所需的氮和磷等營養(yǎng)物質以供生長，在適宜條件下，生長能力旺盛，一般2～7 d可繁殖一代（李新波等，2011）。

浮萍的蛋白質含量可以與大豆相媲美，產量遠遠超過大豆，必需氨基酸的平衡性也較好，蛋白質成本明顯優(yōu)于大豆餅和魚粉等傳統(tǒng)飼料蛋白質源，且其葉黃素和酪氨酸含量豐富 （李新波等，2011）。而國內外對于浮萍用于魚用飼料的研究相對較少，雖然在飼料中添加浮萍不是很常見，但在喂養(yǎng)草魚的時候，會輔助投食浮萍，從而解決單一使用配合飼料導致魚體后期生長過快，成活率不高，規(guī)格不齊等現實問題，還降低了飼料的成本（關洪斌等，2010）。

自20世紀70年代以來，為了尋找高效低耗的污染防治技術，多種以大型水生植物為核心的污水處理和水體修復的生態(tài)技術被廣泛研究和應用（種云霄等，2006）。在眾多水生植物種類中，浮萍科植物是被研究應用較多的類群之一（Sherwood等，1995）。浮萍具有很強的吸收污水氮磷能力，在養(yǎng)殖污水中大規(guī)模種植浮萍不僅能起到凈化的作用，而且由于浮萍形狀體積小（3～5 mm），且漂浮于水面上，易于大規(guī)模收割（李新波等，2011）。

因此，介于浮萍的營養(yǎng)價值與生態(tài)效益，本試驗通過試驗條件下紫背浮萍的人工養(yǎng)殖，研究其生長性能、營養(yǎng)物質與天然色素的沉積，為后續(xù)紫背浮萍在魚用飼料上的應用與大規(guī)模工廠化養(yǎng)殖提供初步的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗對象與養(yǎng)殖管理 試驗對象為室外（天津農學院正門對面河溝中）采集初始干重為（2.03±0.01）g鮮紫背浮萍，經清洗與饑餓處理后將其隨機分為8組（以養(yǎng)殖第1天開始，4 d一個組），每組3個平行，按照環(huán)境承載量一半的密度放置于表面積為0.5 cm×0.075 cm的養(yǎng)殖水槽中（種云霄等，2004），在室外自然光照（光暗時間比為16 h∶8 h）下，以養(yǎng)殖水體為Hoagland’s EMedium營養(yǎng)液 （見表1），pH為7.8±0.2，水溫（26.6±1.1）℃人工養(yǎng)殖29 d。

1.2 樣本采集 按每隔4 d一組取樣，到29 d后，對所有養(yǎng)殖紫背浮萍進行烘干處理后，粉碎過篩制成浮萍粉，按組分裝保存于干燥器中，待測。

1.3 指標測定

1.3.1 生長指標測定 取樣本于分析天平進行稱重得養(yǎng)殖紫背浮萍干重。相對增長速率計算公式如下：

相對增長速率/%=（Wt2-Wt1）/Wt1×100；

式中：Wt1為一個取樣時間點的浮萍干重，g，Wt2為下一個取樣時間點的浮萍干重，g。

表1 Hoagland’s E-Medium營養(yǎng)液配方

1.3.2 營養(yǎng)指標測定 通過凱氏定氮法測定蛋白質含量，通過索氏浸提法測定粗脂肪含量。

1.3.3 葉綠素含量測定 參考張憲政（1986）的測定方法并略做修改：取0.1 g左右紫背浮萍粉，放入15 mL離心管中，再加入丙酮乙醇混合液（丙酮、無水乙醇、蒸餾水按4.5∶4.5∶1比例配制），定容至10 mL，在17℃下浸泡提取。用Thermo Spectronic UVmini-1240型紫外分光光度計分別在663 nm與645 nm波長下測定兩個吸收光譜并計算含量。葉綠素含量計算公式：

葉綠素a含量/（mg/g）=（12.7×D663-2.69×D645）×V/（100×W）；

葉綠素b含量/（mg/g）=（22.9×D645-4.68×D663）×V/（100×W）；

葉綠素總量/（mg/g）=（20.2×D645+8.02×D663）× V/（100×W）。

式中：D663、D645分別為相應波長下的光密度值，V為提取液的體積，W為浮萍干重。

1.3.4 總類胡蘿卜素含量測定 參考陳曉明等（2004）的方法并略做修改：用電子分析天平準確稱取紫背浮萍粉0.1 g，用丙酮定容至10 mL，放入超聲波清洗機低溫超聲波震蕩40 min后取出，以4000 r/min離心10 min，放入冰箱（4℃）中靜置24 h。將所得的色素萃取液分別置于1 cm比色皿中，以丙酮為空白對照管（比色皿加蓋以防止丙酮揮發(fā)，影響比色效果），用Thermo Spectronic UVmini-1240型紫外分光光度計進行掃描，找出最大吸收峰處的波長（448 nm），在該波長下測定各組色素萃取液的吸光度值?？傤惡}卜素含量計算公式如下：

表2 養(yǎng)殖紫背浮萍1～29 d各項指標的變化

總類胡蘿卜素含量/（mg/g）=（A×K×V）/（E×G）；

式中：A為吸光度值；K為常數，102；V為提取液體積，mL；E為摩爾消光系數，2500；G為樣品質量，g。

1.4 數據處理分析 數據均以“平均值±標準誤”表示，采用SPASS 18.0對所得數據進行單因素方差分析 （one-way ANOVA），若差異達到顯著水平，則采用Duncan’s法進行多重比較，顯著性水平為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 養(yǎng)殖紫背浮萍生長性能的變化 由表2與圖1、圖2可知，隨著養(yǎng)殖天數的增加，浮萍大致呈“J”型的生長曲線生長，養(yǎng)殖第1天與第5天的紫背浮萍干重差異不顯著（P＞0.05），其余各組差異均顯著，且第29天的紫背浮萍干重顯著大于其他各組 （P＜0.05），相對于第1天提高了430.42%；而相對增長速率呈現先升高后下降再升高的趨勢，到第9天與13天時，達到最高增長速率，顯著大于其他各組（P＜0.05）。

2.2 養(yǎng)殖紫背浮萍營養(yǎng)指標的變化 由表2與圖3、圖4可知，養(yǎng)殖紫背浮萍中粗蛋白質的含量隨著時間增加呈先上升后平穩(wěn)的趨勢，在第25天的時候，粗蛋白質含量達到最高32.82%，相對于第1天提高了5.44%（P＜0.05）；而紫背浮萍中粗脂肪的含量則呈現先下降后平穩(wěn)的趨勢，且各組之間差異均不顯著（P＞0.05）。

2.3 養(yǎng)殖紫背浮萍天然色素含量變化

2.3.1 養(yǎng)殖紫背浮萍葉綠素含量的變化 由表2與圖5可知，養(yǎng)殖紫背浮萍的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量隨著時間的變化大致均呈上升的趨勢，含量都是以第29天顯著大于其他各組 （P＜0.05），相對于第1天分別提高了47.11%、54.55%、 50.54%（P＜0.05），且養(yǎng)殖時間在第5天到第25天之間，各組含量差異均不顯著（P＞0.05）。

2.3.2 養(yǎng)殖紫背浮萍總類胡蘿卜素含量的變化由表2與圖6可知，養(yǎng)殖紫背浮萍的總類胡蘿卜素含量呈現緩慢上升的趨勢，第1天的含量最低，在第29天時，總類胡蘿卜素達到最高含量1.10 mg/g，相對于第1天提高了17.02%，但第5天到第25天之間各組差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 紫背浮萍干生物量的變化

圖2 養(yǎng)殖紫背浮萍相對增長速率的變化

圖3 養(yǎng)殖浮萍粗蛋白質含量的變化

3 討論

3.1 養(yǎng)殖紫背浮萍生長性能的變化 浮萍是一種具有體積小、繁殖快速、營養(yǎng)豐富且易與采集等特點的水生被子植物（黃榮松等，2014）。生殖期包括葉狀體與休眠芽世代，其葉狀體主要進行無性生殖，生長周期很短，光和效率高，在環(huán)境適宜的條件下，生物量能滿足1 d左右翻一番 （朱曄榮等，2013）。本試驗結果顯示，在養(yǎng)殖時間29 d內，浮萍大致呈“J”型生長趨勢，且在第29天達到最高生物量。本試驗初始投放紫背浮萍總量是按照環(huán)境承載量一半的密度投放，增長速率結果顯示，養(yǎng)殖時間到第13天時，其增長速率達到最高，之后呈下降趨勢，這與種云霄等人（2004）的研究結果相似，浮萍生物量的增長具有Logistic增長特性，在一定的條件下，生長速率主要受單位面積上的密度影響（種云霄等，2003），但在第25天后，紫背浮萍的增長速率有上升的趨勢，可能是由于浮萍是無性分裂生殖，在第25天時，上一代的浮萍達到生長飽和，開始分裂出下一代而呈現出增長速率小幅度升高的趨勢。試驗結果表明，在試驗條件下養(yǎng)殖29 d，紫背浮萍的干重能達到300 g/m2左右，如若應用于大型水產養(yǎng)殖場中，不僅能夠處理養(yǎng)殖污水，還能大面積收割作為飼料原料，最終可形成一個生態(tài)循環(huán)的水產動物養(yǎng)殖模式。

圖4 養(yǎng)殖紫背浮萍粗脂肪含量的變化

圖5 養(yǎng)殖紫背浮萍葉綠素含量的變化

圖6 養(yǎng)殖浮紫背萍總類胡蘿卜素含量的變化

3.2 養(yǎng)殖紫背浮萍營養(yǎng)指標的變化 氮磷是浮萍生長所必需的主要結構組成物質，一部分用于浮萍的生長，生殖速度越快，從水中吸收的氮磷就越多；另一部分則是用于自身的營養(yǎng)物質沉積 （許萬祥，1998）。本試驗測定了養(yǎng)殖不同時期紫背浮萍的粗蛋白質與粗脂肪含量，結果表明，浮萍的粗蛋白質與粗脂肪含量隨著養(yǎng)殖時間的增加，有波動的趨勢，但差異均不顯著（P＞0.05），在第25天時，營養(yǎng)指標均達到一個豐度。因此推斷，浮萍對于水體中氮磷的吸收，可能主要是用于不斷地提高生物量，自身營養(yǎng)物質沉積在第25天左右已經達到飽和。最終結果證明，紫背浮萍的粗蛋白質與粗脂肪含量均可達到魚用飼料植物蛋白源的標準。

3.3 養(yǎng)殖紫背浮萍天然色素含量變化 葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，是一類含脂的色素家族，位于類囊體膜，葉綠素從光中吸收能量，然后能量被用來將二氧化碳轉變?yōu)樘妓衔?，這是一個將光能轉變?yōu)榛瘜W能的過程。葉綠素有造血、提供維生素、解毒、抗病等多種功能，葉綠素的可溶性鹽類有一定的抗菌消炎作用和促進肉芽生長的作用（朱彤，2004）。類胡蘿卜素包括α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、γ-胡蘿卜素、米黃質、葉黃素、茄紅素、紫黃質等，其中前4種被稱為維生素A原（宋曙輝等，2001）。類胡蘿卜素不僅具有很強的抗氧化活性（Ganji等，2005），而且具有著色和營養(yǎng)作用，已被作為食品添加劑和營養(yǎng)增補劑（陸磊，2009）。本試驗結果顯示，養(yǎng)殖紫背浮萍的葉綠素與總類胡蘿卜素含量隨著養(yǎng)殖時間的增加，均呈現上升的趨勢，葉綠素的變化基本對應了生長的變化，證明了葉綠素是植物進行光合作用的主要色素并且間接影響了浮萍自身的生長；而總類胡蘿卜素含量在養(yǎng)殖第9天后，雖然呈現上升的趨勢，但差異均不顯著（P＞0.05）。結果顯示，紫背浮萍的葉綠素與類胡蘿卜素含量均極其豐富，如若應用到魚用飼料中，可能會提高魚體的免疫能力與體色沉積等。

4 結論

本研究結果表明，人工養(yǎng)殖紫背浮萍29 d，其干生物量呈“J”型上升趨勢，且養(yǎng)殖第29天時葉綠素含量顯著提高（P＜0.05）；養(yǎng)殖第25天時，相對增長率降低至最低，營養(yǎng)指標達到飽和（粗蛋白質：32.82%，粗脂肪：6.07%），總類胡蘿卜素含量（1.10 mg/g）無顯著差異（P＞0.05）。因此，建議人工養(yǎng)殖紫背浮萍可應用于水產動物養(yǎng)殖場中。

[1]陳曉明，徐學明，金征宇.富含蝦青素的法夫酵母對金魚體色的影響[J].中國水產科學，2004，11（1）：70～73.

[2]關洪斌，王曉蘭，李緯，等.19種動植物粗提物對錦鯉誘食活性的研究[J].資源開發(fā)與市場，2010，26（10）：865～868.

[3]黃明星，朱思思等.浮萍研究進展[J].生物學雜志，2016，33（3）：92～98.

[4]黃榮松，陳俠樺，等.pH對浮萍生長及其保護酶活性的影響[J].上海農業(yè)學報，2014，30（5）：90～94.

[5]李新波，蔡發(fā)國，鄧岳松.浮萍飼用價值研究進展[J].飼料研究，2011，10：3～6.

[6]陸磊.農產品中β-胡蘿卜素檢測方法的應用與研究 [J].甘肅科技，2009，25（23）：40～41.

[7]任維美.浮萍可用作魚飼料蛋白源[J].飼料與畜牧，2000，2：25～26.

[8]宋曙輝，薛穎.高效液相色譜法測定蔬菜中的類胡蘿卜素[J].華北農學報，2001，16（3）：92～97.

[9]吳振斌，詹發(fā)萃，等.綜合生物塘處理城鎮(zhèn)污水研究[J].環(huán)境科學學報，1994，14（2）：223～228.

[10]許萬祥，周巖，胡宗則.不同加工儲藏方法對浮萍營養(yǎng)成分的影響[J].當代畜牧，1998，3：35～36.

[11]姚茂桂.浮萍的營養(yǎng)成份及其在草魚養(yǎng)殖中的應用：[碩士學位論文] [D].湖北武漢：華中農業(yè)大學，2007.

[12]張憲政.植物葉綠素含量測定-丙酮乙醇混合液法[J].遼寧農業(yè)科學，1986，3：26～28.

[13]種云霄，胡洪營，等.細脈浮萍和紫背浮萍在污水營養(yǎng)條件下的生長特性[J].環(huán)境科學，2004，25（6）：59～64.

[14]種云霄，胡洪營，錢易.pH及無機氮化合物對細脈浮萍生長的影響[J].生態(tài)學報，2003，23（11）：2293～2298.

[15]種云霄，胡洪營等.浮萍植物在污水處理中的應用研究進展[J].環(huán)境污染治理技術與制備，2006，7（3）：14～18.

[16]朱彤.浮萍防治草魚爛鰓病、腸炎病和赤皮病效果試驗[J].中獸醫(yī)醫(yī)學雜志，2004，2：19～21.

[17]朱曄榮，李亞輝，等.新型能源植物浮萍生物質能的研究與開發(fā)[J].自然雜志，2013，35（3）：359～363.

[18]Ganji V，Kafai M R.Population determinants of serum lycopene concentrations in the United State：Data from the Third National Health and Nutrition Examination Surey，1998—1994[J].Journal of Nutrition，2005，135：567～572.

[19]Les D H，Crawford D J，Landolt E，et al.Phylogeny and systematics ofLemnaceae，the duckweed family[J].Systematic Botany，2002，27（2）：221～240.

[20]Reddy K R，Debusk T A.State-of-the art utilization of aquatic plants in water pollution control[J].Wat Sci.Tech，1987，19（10）：61～79.

[21]Serwood C，ReedR W，Crites E，et al.Natural Systems for Waste Management and Treatment[J].New York McgrawHill Inc，1995，134～181.■

In this study，in order to explore whether Spirodela polyrrhiza can be used as new plant protein sources for fish feed，the fresh Spirodela polyrrhiza with initial dry weight（2.03±0.01）g were collected outdoor，and randomly divided into 8 groups after cleaning and starvation and set 3 parallel each group（Harvest every 4 days each group since the first day to start farming），then placed in the 0.5 cm×0.075 cm breeding aquarium that aquaculture water were Hoagland’s EMedium nutrient solution，with the density adjusted to half of environmental carrying capacity，outdoor natural light（The ratio of light time to dark time was 16 h∶8 h），pH 7.8±0.2，water temperature（26.6±1.1）℃.The growth performance，nutrient and natural pigment content were measured after 29 days.The results showed that the dry biomass of Spirodela polyrrhiza showed a “J”type upward trend，and the content of chlorophyll was significantly increased after 29 days （chlorophyll a：1.78 mg/g，chlorophyll b：1.02 mg/g，and total chlorophyll 2.80 mg/g）（P＜0.05）；The relative growth rate decreased to the lowest and the nutritional index reached saturation after 25 days（crude protein：32.82%，crude fat：6.07%），and there were no significant difference about total carotenoid content（1.10 mg/g）（P＞0.05）.Therefore，the Spirodela polyrrhiza can be applied to aquatic animal farms，not only can deal with the aquaculture wastewater，but also can use for feed ingredients，and ultimately can form an ecological cycle of aquatic animal breeding mode.

Spirodela polyrrhiza；growth performance；crude protein；crude fat；chlorophyll；carotenoids

S963

A

1004-3314（2017）09-0035-04

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20170908

天津市科技重大專項與工程計劃項目“優(yōu)質錦鯉綜合養(yǎng)殖技術集成與應用”（15ZXBFNC00340）

*通訊作者