維生素C對蝦類生長和健康調(diào)節(jié)作用研究進展

譚青松 孔凡雙 朱文歡

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，武漢 430070；2.水產(chǎn)養(yǎng)殖國家級實驗教學(xué)示范中心，武漢 430070；3.武漢市水產(chǎn)技術(shù)推廣指導(dǎo)中心，武漢 430012)

蝦類一直是國內(nèi)外重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖對象。但當前養(yǎng)蝦業(yè)中，很多蝦類還在使用活餌料，還有些蝦的營養(yǎng)研究匱乏，其飼料配制參?？计渌r的營養(yǎng)需求[1]。針對特定養(yǎng)殖蝦品種的營養(yǎng)需求來開發(fā)高效配合飼料是未來的研究焦點[2]。隨著高密度養(yǎng)殖的持續(xù)發(fā)展，一些蝦類在養(yǎng)殖過程出現(xiàn)生長變慢、免疫能力變低等問題[3]。此外，高密度養(yǎng)殖還造成環(huán)境污染，使得全球蝦類養(yǎng)殖易受到較大規(guī)模的流行病的影響，包括早死癥、黑死病等[4]。傳統(tǒng)的蝦類疾病防治主要依靠化學(xué)藥物和抗生素，其過度使用易造成許多副作用，如藥物殘留、病菌耐藥性、自身免疫抑制、微生態(tài)平衡破壞等，嚴重影響蝦類養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展[5]。

維生素C是一種強效抗氧化劑和免疫調(diào)節(jié)劑，可用作飼料添加劑來改善養(yǎng)殖動物健康，減少抗生素的使用[6]。魚蝦類需要攝入維生素C才能保持良好的健康狀況，其生長性能也與飼料中維生素C含量密切相關(guān)[7]。因此，利用維生素C來調(diào)控蝦類的生長和健康，對養(yǎng)蝦業(yè)健康發(fā)展意義重大。本文概述維生素C的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)及其對蝦類生長、免疫和抗氧化的影響及相關(guān)作用機制，歸納維生素C在蝦類飼料中的適宜添加量和高效價劑型，并指出未來維生素C在蝦類中的研究方向，為蝦類的健康養(yǎng)殖和飼料生產(chǎn)提供參考。

1 維生素C的結(jié)構(gòu)、特性和生物合成

1.1 維生素C的結(jié)構(gòu)與特性

維生素C，又稱L-抗壞血酸，簡稱為VC、抗壞血酸，其化學(xué)名稱為2-氧代-L-蘇式-己酮-1，4-內(nèi)酯-2，3-烯二醇，相對分子質(zhì)量為176.12，分子式為C6H8O6，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 維生素C的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of vitamin C[7]

維生素C具有很強的還原性，其C2和C3之間的基團(在雙鍵上有2個OH基團)為烯二醇，很容易產(chǎn)生2個質(zhì)子和電子，轉(zhuǎn)化為脫氫抗壞血酸(dehydroascorbate，DHA，維生素C的氧化形式)的二酮基。該基團的存在決定了維生素C的強還原性和酸性[8]。由于L-抗壞血酸具備還原性，可以在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為L-DHA。這2種維生素C形式(被還原和被氧化)具有相同維生素活性。由于L-抗壞血酸的酸性，在C3處的羥基質(zhì)子易失去，形成抗壞血酸鈣或鐵的鹽[8]。在哺乳動物中的研究表明，抗壞血酸鹽是單電子反應(yīng)中最豐富的水溶性化合物，其在許多金屬依賴的加氧酶催化的反應(yīng)中扮演輔助因子的作用。例如，對于Fe2+/α-酮戊二酸依賴性雙加氧酶來說，L-抗壞血酸可將不活躍的含F(xiàn)e3+的酶重新轉(zhuǎn)化為有活性的含F(xiàn)e2+的形式[9]。

1.2 維生素C的合成及其對蝦類的必需性

植物和哺乳動物體內(nèi)可合成維生素C，其合成過程[10]如圖2所示。一般由D-葡萄糖或D-半乳糖作為合成底物，其中葡萄糖-6-二磷酸被4個連續(xù)的中間體轉(zhuǎn)化為L-古洛糖酸-γ-內(nèi)酯，后經(jīng)L-古洛糖內(nèi)酯氧化酶(L-gulonolactone oxidase)氧化為2-酮基-L-葡萄糖酸內(nèi)酯，進而生成L-抗壞血酸。

圖2 維生素C的合成途徑Fig.2 Synthesis pathway of vitamin C

一般認為，蝦體內(nèi)因缺乏L-古洛糖內(nèi)酯氧化酶而不能自身合成維生素C，必須從飼料中獲得足量的維生素C以滿足需求[11]。維生素C缺乏會導(dǎo)致蝦類的飼料轉(zhuǎn)化率低、生長不良、抗應(yīng)激能力降低、死亡率高、傷口愈合受損和黑化損傷[12-14]。徐志昌等[15]報道了飼料中維生素C可以改善中國對蝦(Penaeuschinensis)的蛻殼反應(yīng)，但高劑量維生素C下的蛻殼頻率及生長反而受到抑制。在加州對蝦(Penaeuscaliforniensis)和南美藍對蝦(Penaeusstylirostris)上也有類似結(jié)果的報道[16]。在馬氏沼蝦(Macrobrachiummalcolmsonii)的研究中還發(fā)現(xiàn)，補充維生素C改善了蝦的消化酶分泌[11]。

2 蝦類對維生素C的營養(yǎng)需求

確定維生素C最適需求量的評判標準包括：特定生長率、增重率、存活率、飼料系數(shù)、組織累積量等。同時，蝦類對維生素C的需求量受其種類及發(fā)育階段、養(yǎng)殖水溫、飼料其他成分以及維生素C劑型等因素影響[7,17]。

2.1 蝦類對維生素C需求量的研究

表1列出了國內(nèi)外幾種常見養(yǎng)殖蝦品種對維生素C的需求量。由表可見，不同蝦類的維生素C需求量存在較大差異，這也提示不同種類蝦的維生素C需求量不能相互參照，需要精確試驗來確定。評價指標、生長階段和劑型等也是影響維生素C需求量的重要因素。先前對凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)的研究表明，飼料維生素C添加量在150 mg/kg時，促生長效果最好[18]。但近年來，Chen等[19]通過對存活率進行折線回歸分析得到的凡納濱對蝦對飼料維生素C的需求量更高。最近一項克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)對維生素C的營養(yǎng)需要研究表明，基于特定生長率回歸分析得到的最佳飼料維生素C含量因維生素C劑型不同而存在差異[20]。Celada等[21]根據(jù)淡水通訊螯蝦(Pacifastacusleniusculus)生長率和存活率作為評判指標，發(fā)現(xiàn)幼蝦由于生理代謝旺盛、生長迅速，相比成年蝦對維生素C的需求量要更高。

表1 蝦類基于生長指標對維生素C的需求量Table 1 Vitamin C requirement for shrimp species based on growth indices

2.2 維生素C劑型在蝦類飼料中的應(yīng)用

維生素C有較強的還原性和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，通常要避光避熱保存[8]，在加工和儲存過程中也很容易降解[21]。通過在結(jié)晶維生素C表面進行包被處理，或?qū)S生素C碳環(huán)上的活性羥基基團進行修飾，可獲取穩(wěn)定性更高的保護型維生素C，提升其生物效價[25]。早期常采用乙基纖維素、脂質(zhì)包膜來穩(wěn)定維生素C，后來又發(fā)現(xiàn)可在維生素C結(jié)構(gòu)中引入硫酸基團(抗壞血酸-2-硫酸酯)來改善維生素C的穩(wěn)定性[26]。近年來報道，維生素C磷酸衍生物的穩(wěn)定性和生物利用率更高[7]。表2列出了幾種常見劑型維生素C的抗壞血酸含量及其穩(wěn)定性。由于不同抗壞血酸劑型在加工、運輸和儲存過程中的活性損失，飼料配方設(shè)計時，需要綜合其劑型、需要量和其他營養(yǎng)物質(zhì)的交互作用等情況來供給維生素C，以確保充足活性成分的維生素C[26]。

表2 常見維生素C劑型的抗壞血酸含量及其穩(wěn)定性Table 2 Ascorbic acid content in common vitamin C forms and its stability

維生素C劑型在各種蝦類中的生物學(xué)效價并不完全一致。馬甡等[27]用含包膜維生素C和維生素C磷酸酯鎂的2種飼料投喂中國對蝦幼蝦后發(fā)現(xiàn)，包膜維生素C組的存活率比維生素C磷酸酯鎂組的要高；在兩者提供相同的維生素C效價時，前者的需求量相對較低。李愛杰[28]用幾種不同劑型維生素C進行中國對蝦養(yǎng)殖試驗時發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定型維生素C比結(jié)晶維生素C的促生長效果好；在穩(wěn)定型維生素C中，以維生素C磷酸酯鎂和維生素C硫酸酯的平均增重率較高，而維生素C多聚磷酸酯的效果較差，但其平均存活率卻最高?？追搽p[29]分別將含包膜維生素C和維生素C磷酸酯的試驗飼料飼喂克氏原螯蝦，結(jié)果表明包膜維生素C可以增強蝦血清中更全面的免疫酶活性，并且基于特定生長率對2種維生素C劑型的最佳需求量比較得出，克氏原螯蝦對包膜維生素C的需求量更低，由此可知包膜維生素C更容易被克氏原螯蝦吸收和生物利用，其生物學(xué)效價更高。但值得注意的是，維生素C磷酸酯在此試驗飼料中的活性成分抗壞血酸的留存率比包膜維生素C高很多。這些研究進一步說明，維生素C的需求量會受到不同評價指標以及不同劑型維生素C的效價等因素的綜合影響。值得針對養(yǎng)殖蝦類品種進一步研究各維生素C劑型的效價。

3 維生素C對蝦類生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用

3.1 維生素C對蝦類的促生長作用

維生素C對蝦類的促生長作用已經(jīng)得到廣泛證實。早期在斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)上的研究表明，飼料中添加適量的維生素C可以顯著促進斑節(jié)對蝦的生長和存活，并降低飼料系數(shù)[22,32]。宋理平等[24]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加0.03%的維生素C可顯著促進中國明對蝦(Fenneropenaeuschinensis)的增重率。近幾年對羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)[11]和克氏原螯蝦[20,33]的研究也表明，維生素C提高了飼料利用率，改善了蝦的生長。Zhou等[18]還較系統(tǒng)地研究了維生素C對凡納濱對蝦不同成長階段的影響，發(fā)現(xiàn)維生素C可大幅度提高幼蝦的生長率，而對成蝦的促生長效果不明顯。

蝦類生長過程中需不斷進行蛻殼。當飼料中營養(yǎng)成分缺乏時，蝦類蛻殼會受到不良影響，進而限制其生長[28]。宋理平等[24]總結(jié)了維生素C促進蝦類脫殼的作用機理：維生素C參與甲殼最外層的硬化，該硬化層由一種外殼蛋白和苯醌經(jīng)交聯(lián)作用而成，而體內(nèi)苯醌的形成需要維生素C的參與。徐志昌等[15]確定了促進中國對蝦蛻殼周期和生長的最佳飼料維生素C含量為40 mg/kg。但值得注意的是，該研究還表明過量的維生素C會抑制中國對蝦的蛻殼和生長。吳東蕾等[23]還從肝胰腺代謝和蛻殼基因?qū)用骈_展了研究，證實維生素C能促進蝦類蛻殼基因的表達，并發(fā)現(xiàn)維生素C含量過高時，紅螯光殼螯蝦的生長大幅度減慢。不過該研究的時間較短，沒有探究養(yǎng)殖后期維生素C對蝦類蛻殼頻率的影響。

3.2 維生素C對蝦類繁殖性能的影響

適量的維生素C具有改善蝦類繁殖性能的作用。Alava等[34]研究表明，飼料中補充500～1 000 mg/kg維生素C可改善日本對蝦(Penaeusjaponicus)的性腺發(fā)育，而補充1 500 mg/kg或未補充維生素C均可導(dǎo)致其性腺發(fā)育不良。Xu等[35]發(fā)現(xiàn)，0.06%飼料維生素C含量可以加快克氏原螯蝦的性腺發(fā)育，促進性激素的分泌。Ferraz等[36]對凡納濱對蝦繁殖階段的研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加適量維生素C可以提高蝦的產(chǎn)卵率、孵化率，而維生素C含量過高時會產(chǎn)生負面作用。邵光明等[33]認為，維生素C改善蝦類的繁殖性能可能與降低性腺中的丙二醛(MDA)含量、保護性腺免受氧化損傷相關(guān)，尤其是在卵巢中的作用更明顯。宋光同等[37]還研究了多種營養(yǎng)素組合對克氏原螯蝦繁殖性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，維生素C、維生素E間具有協(xié)同作用，促進蝦體內(nèi)類固醇激素的合成和分泌，加速蝦的性腺和胚胎發(fā)育，但關(guān)于具體的適宜添加量組合仍有待進一步研究。

4 維生素C對蝦類營養(yǎng)健康的調(diào)節(jié)作用

4.1 維生素C對蝦類體內(nèi)營養(yǎng)成分的調(diào)節(jié)作用

通過在飼料中補充維生素C，馬氏沼蝦體的粗蛋白質(zhì)含量得到了改善[11]。近期在克氏原螯蝦上的研究也表明了飼料中補充維生素C可增加蝦體中粗蛋白質(zhì)的含量，并闡述了維生素C在機體蛋白質(zhì)代謝中的重要作用[20]。López等[38]報道了1 500 mg/kg的維生素C可以增加凡納濱對蝦體內(nèi)的糖原含量以作為機體能量來源，從而增加膳食蛋白質(zhì)吸收后在體內(nèi)沉積。在克氏原螯蝦中還發(fā)現(xiàn)，以含維生素C飼料喂養(yǎng)的蝦體粗脂肪含量顯著高于缺乏維生素C飼料投喂的蝦體[20]，這表明維生素C還具有較強的促進機體脂肪合成的能力[39]，在羅氏沼蝦上也報道了維生素C具有促進體脂增加的效果[11]。肝體比(hepatosomatic index，HSI)是生物體健康和能量儲備的指標[20]。Cavalli等[40]報道了飼料補充維生素C可以增強羅氏沼蝦等甲殼類動物肝胰腺中蛋黃前體的合成，進而提高蝦的HSI。在日本囊對蝦(Marsupenaeusjaponicus)[41]和克氏原鰲蝦[20]的研究中都得到了維生素C改善蝦的HSI這一結(jié)果。

4.2 維生素C對蝦類非特異性免疫的調(diào)節(jié)作用

在絕大多數(shù)哺乳動物的免疫應(yīng)答中，白細胞(特別是中性粒細胞和單核細胞來源的巨噬細胞)是傷口愈合的主要參與者。維生素C可影響中性粒細胞幾個重要的功能：對炎癥介質(zhì)反應(yīng)的遷移(趨化)、吞噬和殺死微生物以及巨噬細胞凋亡和清除[42]。簡言之，維生素C在吞噬細胞中積累，并增強其細胞的趨化性、吞噬作用和活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生，從而殺死病原微生物[42]。其中，促炎癥轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)在炎癥反應(yīng)的信號通路中發(fā)揮核心的作用[42]。Ellulu[43]報道了維生素C在人體的抗炎作用機制歸因于其調(diào)節(jié)NF-κB-DNA結(jié)合活性的能力。因此，維生素C可通過直接增強免疫細胞的功能或調(diào)節(jié)敏感的細胞信號通路來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)。

蝦類等甲殼類動物易遭受其生活水環(huán)境中的不同寄生蟲和病原體的侵擾。然而，蝦類缺乏脊椎動物中典型的抗體和基于T/B細胞的后天免疫[44]，所以蝦類完全依賴于其先天免疫系統(tǒng)。血液成分是重要的生理、病理和毒理學(xué)指標，其各種變化被廣泛用于評估水生動物的健康和營養(yǎng)狀況[45]。酚氧化酶(PO)、溶菌酶(LZM)、酸性磷酸酶(ACP)、呼吸爆發(fā)(RB)活性以及血細胞總數(shù)(THC)等血液學(xué)指標常用來評價蝦類的免疫能力。飼料中添加0.06%～0.12%的維生素C增強了克氏原螯蝦血清PO、LZM和ACP活性，但在提高添加量至0.15%并不會使上述免疫酶的活性持續(xù)升高[20]。在斑節(jié)對蝦[31]和克氏原螯蝦[20]中，與缺乏維生素C飼料相比，補充維生素C的飼料顯著提高了蝦的RB活性和THC。這表明，維生素C不僅會影響蝦類的生長和飼料利用，還能調(diào)節(jié)蝦類的免疫能力[7]。但值得注意的是，馬氏沼蝦[11]和凡納濱對蝦[18]的THC在高水平維生素C下并沒有明顯改善。這可能是由于試驗蝦的消化代謝、研究方法和取樣時段存在較大差異。目前還缺乏維生素C調(diào)控蝦類免疫功能的機制研究，這可能是今后的研究重點。

4.3 維生素C對蝦類抗氧化的調(diào)節(jié)作用

肝胰腺是甲殼類動物最重要的組織，在排毒、營養(yǎng)代謝和免疫防御中起著重要作用[47]。一般認為，甲殼類肝胰腺中的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)和還原型谷胱甘肽(GSH)是對抗自由基和其他氧化損傷的關(guān)鍵抗氧化酶防御體系[20]。Asaikkutti等[11]報道了25～100 mg/kg的維生素C可以提高馬氏沼蝦的SOD和CAT活性，進而改善抗氧化能力。在克氏原螯蝦中發(fā)現(xiàn)，與缺乏維生素C組相比，補充維生素C可以明顯增強CAT、GPx活性和GSH含量，并以此改善生長性能[20]。此外，MDA作為脂質(zhì)過氧化過程的最終產(chǎn)物，可以引起細胞毒性應(yīng)激，是評估氧化應(yīng)激水平的生物標志物[48]。飼料中添加維生素C降低了凡納濱對蝦[19]和馬氏沼蝦[11]的MDA含量，這進一步證實了維生素C對蝦類的抗氧化作用。此外，維生素C具備抗黑變作用，能改善蝦肉品質(zhì)。郝云彬等[49]通過檢測中華管鞭蝦(Solenoceracrassicornis)中的多酚氧化酶(PPO)來探究維生素C等組合試劑對該指標的抑制作用，由此得出最佳維生素C含量在0.010～0.018 g/L的復(fù)合抑制劑既可以通過與PPO活性中心絡(luò)合，直接對PPO發(fā)揮抑制作用，還通過還原中間產(chǎn)物醛類，抑制蝦的黑色素生成。周宇芳等[50]通過中華管鞭蝦PPO活性探究維生素C對其作用機理，也得出了相似的結(jié)論。莊秋麗等[51]進一步探究了維生素C在復(fù)合保鮮劑中的最適劑量，發(fā)現(xiàn)1.5 g/L的維生素C搭配0.5 g/L溶菌酶和7.0 g/L檸檬酸能夠抑制微生物的生存，并減少組織氧化，改善蝦肉品質(zhì)。這些結(jié)果為蝦類養(yǎng)殖中的抗氧化能力改善以及肉品質(zhì)提升提供了參考。

4.4 維生素C對蝦類抗應(yīng)激和抗病毒的調(diào)節(jié)作用

目前，維生素C也作為具有抗應(yīng)激作用的營養(yǎng)素被加入到飼料中，用于緩解高密集養(yǎng)殖[52]和冷休克等造成的應(yīng)激[53]。補充維生素C可抑制受應(yīng)激魚類的皮質(zhì)醇含量，并調(diào)節(jié)熱休克蛋白70(HSP70)的表達水平[7]。關(guān)于維生素C對蝦類抗應(yīng)激的研究還很有限。Wang等[46]研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中補充維生素C提高了凡納濱對蝦的抗氧化與抗氨氮應(yīng)激的能力。Niu等[54]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中補充維生素C可以緩解凡納濱對蝦在低溶解氧環(huán)境的應(yīng)激。近年來，維生素C在其他水產(chǎn)動物上的抗應(yīng)激作用得到了較多研究[55-56]，這些研究都證實了維生素C可以降低應(yīng)激反應(yīng)，為蝦類健康養(yǎng)殖提供了理論指導(dǎo)。但是，關(guān)于這方面的基礎(chǔ)研究相對滯后，針對其機理方面探究較少。

白斑綜合征(white spot syndrome，WSS)作為一種重要的蝦類病毒性疾病，廣泛危害著世界各地的商業(yè)化蝦類養(yǎng)殖。所有的蝦類基本都能夠作為白斑綜合征病毒(white spot syndrome virus，WSSV)的宿主被感染[57]。目前針對蝦類對WSSV等病毒的抗性機制尚不完全清楚。Ocampo等[58]研究表明，凡納濱對蝦等蝦類在病毒感染中得以幸存下來，個體免疫反應(yīng)起著至關(guān)重要的作用：病毒在特定組織中的浸潤、吞噬作用和包封；淋巴器官是蝦循環(huán)系統(tǒng)必不可少的部分，可以用作病毒顆粒過濾器。WSSV感染日本對蝦后，最典型的免疫應(yīng)答是開放循環(huán)系統(tǒng)中的血淋巴細胞數(shù)量急劇下降，淋巴細胞的凝結(jié)功能降低[59]。維生素C作為一種免疫調(diào)節(jié)劑，可以通過增強免疫反應(yīng)來提高蝦類的抗病能力。近期針對克氏原螯蝦飼喂5種不同維生素C含量(0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.15%)飼料后的攻毒試驗證實了飼料中補充維生素C可以提高蝦對WSSV的抗病力[20]。這為克氏原螯蝦等蝦類養(yǎng)殖中的WSS防治提供了參考。

5 小 結(jié)

綜上所述，維生素C不僅能夠促進蝦類的存活與生長發(fā)育，改善繁殖性能，還可以提升蝦類的非特異性免疫應(yīng)答、抗應(yīng)激和抗氧化能力。但是，關(guān)于蝦類維生素C的營養(yǎng)研究尚存在不足：1)養(yǎng)殖蝦類的維生素C營養(yǎng)研究非常有限，僅對少數(shù)養(yǎng)殖蝦品種開展了研究；2)已有的蝦類維生素C需求量的探究缺乏相對統(tǒng)一的試驗條件(試驗環(huán)境、蝦種類和維生素C劑型)和評判標準(評價指標和數(shù)據(jù)分析方法)，這使得現(xiàn)有研究結(jié)果的推廣應(yīng)用價值受限；3)沒有采用多種指標結(jié)合來系統(tǒng)評價蝦類的維生素C需求量，尤其是早期研究僅考慮生長性能的影響；4)缺乏對維生素C在蝦類中生理生化功效的分子機理探究。

針對上述不足，未來關(guān)于蝦類的維生素C營養(yǎng)研究應(yīng)開展營養(yǎng)學(xué)與免疫學(xué)、分子生物學(xué)和細胞學(xué)的交叉研究，結(jié)合多種研究手段來進行全面而系統(tǒng)的蝦類維生素C營養(yǎng)研究，并從分子層次深入挖掘其對蝦類的作用機制，探究相關(guān)基因和蛋白的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。此外，還需要針對不同養(yǎng)殖模式、養(yǎng)殖環(huán)境系統(tǒng)開展維生素C的劑型和添加方式研究。針對維生素C在蝦類病害防治、抗應(yīng)激、抗氧化、促蛻殼、促生長、促產(chǎn)卵等方面的作用，還值得探究其與其他添加劑組合使用的效應(yīng)以開發(fā)功能性飼料和飼料添加劑。