符 兵 彭 凱 陳 冰* 彭 振 趙紅霞 王國霞 黃 文,4 曹俊明 盧邁新 曹建萌 蔡 佳
(1.廣東海洋大學(xué),湛江 524088;2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點(diǎn)試驗(yàn)室,廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點(diǎn)試驗(yàn)室,廣州 510640;3.茂名市農(nóng)業(yè)科技推廣中心,茂名 525099;4.嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室茂名分中心,茂名 525099;5.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院珠江水產(chǎn)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶亞熱帶水產(chǎn)資源利用與養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 511400)
羅非魚(Oreochromisniloticus)具有生長快、病害少、繁殖力強(qiáng)、食性雜等特點(diǎn),且骨刺少、肉質(zhì)厚,富含多種不飽和脂肪酸,是我國南方主要經(jīng)濟(jì)魚種之一。2020年,我國羅非魚總產(chǎn)量達(dá)165.5萬t[1],約占全球總產(chǎn)量的27%,出口總量達(dá)到44.73萬t,出口額約12.45億美元。然而,巨大的市場競爭力使得普通商品羅非魚的市場價(jià)格低下,急需高品質(zhì)的產(chǎn)品來打破羅非魚養(yǎng)殖業(yè)同質(zhì)化、低水平的現(xiàn)狀。
鑒于廣東中山脆肉鯇的成功,一部分專業(yè)養(yǎng)殖者開始著手于脆肉羅非魚的養(yǎng)殖并取得了較好的成果。經(jīng)蠶豆(ViciafabaL.)脆化的羅非魚肌肉硬度和咀嚼性顯著提升,具有肉質(zhì)爽脆、無泥腥味等特點(diǎn),適用于多種烹飪方式,其特殊的口感打破了消費(fèi)者對羅非魚魚肉的傳統(tǒng)認(rèn)知,深受消費(fèi)者青睞[2-3]。然而,在脆肉鯇養(yǎng)殖過程中,由于投喂的脆化飼料良莠不齊、營養(yǎng)不均衡,加上經(jīng)粗加工的脆化飼料仍存在較多的生物堿、蠶豆凝集素、蠶豆嘧啶核苷、胰蛋白抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子[4],魚體會表現(xiàn)出適口性差、飼料系數(shù)高、腸道損傷、腸道菌群失衡等問題,造成生長性能降低[5-7]。這可能也是制約脆肉羅非魚養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主要障礙。此外,前人有關(guān)脆化的研究大多采用投喂純蠶豆、浸泡蠶豆或是蠶豆配合飼料的方式[5,8-10],以添加蠶豆粉制成膨化飼料進(jìn)行試驗(yàn)的報(bào)道很少。因此,本試驗(yàn)以吉富羅非魚為試驗(yàn)對象,研究飼料中添加不同水平蠶豆對其生長性能、腸道消化酶活性、腸道形態(tài)和腸道菌群的影響,以期為脆肉羅非魚養(yǎng)殖及脆化飼料的研發(fā)提供參考。
以豆粕、菜籽粕為主要蛋白質(zhì)源,豆油和磷脂為主要脂肪源,分別添加0(對照)、15%、30%和60%的蠶豆,并輔以大豆?jié)饪s蛋白、魚粉調(diào)整補(bǔ)充蛋白質(zhì)使飼料配方中蛋白質(zhì)水平一致,微量調(diào)整豆油比例使飼料配方中脂肪水平一致,配制4種等氮等脂試驗(yàn)飼料,分別命名為C0、C15、C30、C60。試驗(yàn)飼料組成及營養(yǎng)水平見表1。鮮蠶豆購于湖北某合作社,其營養(yǎng)成分含量(干物質(zhì)基礎(chǔ))如下:粗蛋白質(zhì)28.5%、粗脂肪0.8%、水分11.1%、粗灰分3.4%、淀粉43.0%、蛋氨酸0.2%、賴氨酸2.0%。所有飼料原料經(jīng)粉碎并全部通過60目標(biāo)準(zhǔn)篩,混合均勻后通過T52水產(chǎn)飼料膨化機(jī)(華強(qiáng)膨化機(jī)械廠,廣東)制成粒徑為3 mm的膨化飼料(膨化溫度為110 ℃),噴油后經(jīng)55 ℃烘干,置于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
表1 試驗(yàn)飼料組成及其營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) %
續(xù)表1項(xiàng)目Items飼料DietsC0C15C30C60營養(yǎng)水平Nutrientlevels4)粗蛋白質(zhì)Crudeprotein29.1829.1529.0929.20粗脂肪Crudelipid4.694.754.674.70粗灰分Ash8.388.468.428.36蛋氨酸Methionine0.400.440.410.41賴氨酸Lysine2.022.012.022.01
試驗(yàn)用吉富羅非魚由廣東羅非魚良種場提供,在暫養(yǎng)池馴養(yǎng)1周后,選取初始體重約為500 g的吉富羅非魚600尾,隨機(jī)分為4組,分別命名為C0、C15、C30、C60組,每組3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)50尾魚。養(yǎng)殖試驗(yàn)在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云基地池塘網(wǎng)箱中進(jìn)行,網(wǎng)箱規(guī)格為1.5 m×1.5 m×2.0 m。4組試驗(yàn)魚按照組名投喂對應(yīng)的試驗(yàn)飼糧,采用飽食投喂方式,每天投喂2次(08:30和17:00),每天記錄飼料投喂量、試驗(yàn)魚死亡情況及水質(zhì)情況,試驗(yàn)期為100 d。養(yǎng)殖期間,采用自然光照,24 h供氧,水體中溶氧濃度>6.0 mg/L,氨氮濃度<0.05 mg/L,亞硝酸鹽濃度<0.01 mg/L,溫度在26~33 ℃。
飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后,禁食24 h,統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)箱中試驗(yàn)魚的數(shù)量和總重量,計(jì)算終末體重、增重率、特定生長率和存活率;統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)箱中試驗(yàn)魚的總攝食量,計(jì)算飼料系數(shù)、蛋白質(zhì)效率和攝食量;每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取6尾試驗(yàn)魚測定體長與體重,計(jì)算肥滿度,分離肝臟并稱重,計(jì)算肝體比;每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取3尾試驗(yàn)魚的前腸于-80 ℃冰箱保存,用于測定消化酶活性;每個(gè)重復(fù)取2尾試驗(yàn)魚的中腸固定于4%甲醛溶液,用于腸道形態(tài)分析;每個(gè)重復(fù)另取3尾試驗(yàn)魚的后腸于同一EP管,-80 ℃保存,用于腸道菌群組成分析。
1.4.1 生長性能與形態(tài)學(xué)指標(biāo)計(jì)算
增重率(%)=100×[終末體重(g)-初始體重(g)]/初始體重(g);特定生長率(%/d)=100×[ln終末體重(g)-ln初始體重(g)]/試驗(yàn)天數(shù)(d);成活率(%)=100×終末成活尾數(shù)/初始總尾數(shù);飼料系數(shù)=攝食量(g)/[(終末體重(g)-初始體重(g)];蛋白質(zhì)效率(%)=100×體重增加量(g)/飼料蛋白質(zhì)攝取量(g,干物質(zhì)基礎(chǔ));攝食量(g/尾)=總攝食量(g)/[(初始尾數(shù)+終末尾數(shù))/2];肥滿度(g/cm3)=100×體重(g)/體長(cm)3;肝體比(%)=100×肝臟重(g)/體重(g)。
1.4.2 腸道消化酶活性測定
所測腸道消化酶包括淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶。將腸道組織用生理鹽水以1∶9的體積比進(jìn)行稀釋,獲得腸道組織勻漿,2 500 r/min離心10 min,取上清液測定淀粉酶和脂肪酶活性。另稱取腸道組織樣品,用胰蛋白酶勻漿液按照1∶9的體積比稀釋,獲取腸道組織勻漿,2 500 r/min離心10 min,取上清液測定胰蛋白酶活性。上述腸道消化酶活性采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測定,具體測定方法參考試劑盒說明書。
1.4.3 腸道形態(tài)分析
腸道組織在4%多聚甲醛中固定24 h后,進(jìn)行脫水、透明和浸蠟包埋,制備石蠟組織切片并進(jìn)行常規(guī)染色。待切片水化后浸入蘇木精染色10 min,蒸餾水速洗,用0.1%鹽酸乙醇分色,浸入1%伊紅中染色2 min,再用鹽酸乙醇分色,經(jīng)95%乙醇與無水乙醇脫水、二甲苯透明、中性樹膠封片后,光鏡下觀察腸道組織的形態(tài)與病理學(xué)特征。
1.4.4 腸道菌群測定
用試劑盒提取腸道組織DNA后,以16S DNA“V3+V4”高變區(qū)的序列設(shè)計(jì)引物,進(jìn)行腸道菌群總DNA的PCR擴(kuò)增,所用引物為338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)。采用MiSeq高通量測序得到的PE reads首先根據(jù)overlap關(guān)系進(jìn)行拼接,同時(shí)對序列質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)控和過濾。區(qū)分樣本后進(jìn)行操作分類單元(OTU)聚類分析和物種分類學(xué)分析,基于OTU進(jìn)行alpha多樣性分析,包括物種豐富度(Chao指數(shù)和Ace指數(shù))和多樣性(Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù));基于分類學(xué)信息,在各個(gè)分類水平上進(jìn)行群落結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)分析。
采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件中單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan氏多重比較法對試驗(yàn)結(jié)果的差異顯著性進(jìn)行分析處理。先對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn),若不滿足方差齊性,則采用Dunnett-T3檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。試驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SE)表示,顯著性水平為P<0.05。腸道菌群相關(guān)數(shù)據(jù)分析均在I-Sanger云平臺(www.i-sanger.com)上進(jìn)行。
由表2可知,各組間羅非魚的增重率、特定生長率、飼料系數(shù)、肝體比、肥滿度和攝食量均無顯著差異(P>0.05)。C60組的蛋白質(zhì)效率和存活率顯著高于C0和C15組(P<0.05)。
表2 飼料中添加蠶豆對羅非魚生長性能的影響Table 2 Effects of faba bean supplementation on growth performance of Oreochromis niloticus
由表3可知,各組間羅非魚的腸道淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶活性均無顯著差異(P>0.05),但總體上均隨蠶豆添加量的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢,并在C30組取得最高值。
表3 飼料中添加蠶豆對羅非魚腸道消化酶活性的影響Table 3 Effects of faba bean supplementation on intestinal digestive enzyme activities of Oreochromis niloticus
由表4可知,與C0組相比,C15、C30和C60組羅非魚腸道絨毛高度、絨毛寬度和肌層厚度均顯著降低(P<0.05)。
表4 飼料中添加蠶豆對羅非魚腸道形態(tài)的影響Table 4 Effects of faba bean supplementation on intestinal morphology of Oreochromis niloticus μm
各組羅非魚腸道組織切片如圖1所示。與C0組相比,C15、C30和C60組腸道絨毛上皮細(xì)胞脫落,固有層裸露,絨毛頂端自溶,結(jié)締組織疏松,伴少量炎性細(xì)胞散在浸潤,肌層細(xì)胞減少,肌層局部變窄。
圖1 羅非魚腸道組織切片(HE染色)Fig.1 Intestinal tissue slice of Oreochromis niloticus (HE staining,200×)
2.4.1 Venn圖分析
由羅非魚腸道菌群Venn圖(圖2)可知,C0、C15、C30和C60組的總OTU數(shù)目分別為935、984、815和812。各組共有的OTU數(shù)目為446,分別占總OTU數(shù)目的47.7%、45.3%、54.7%和54.9%;C0、C15、C30和C60組獨(dú)有的OTU數(shù)目分別為147、186、93和53,分別占總OTU數(shù)目的10.16%、12.85%、6.43%和3.66%。
圖2 羅非魚腸道菌群Venn圖Fig.2 Venn map of intestinal flora of Oreochromis niloticus
2.4.2 物種組成分析
門水平和屬水平下羅非魚腸道菌群的相對豐度如圖3所示。在門水平上,優(yōu)勢菌群依次為藍(lán)藻門(Cyanobacteria)、放線菌門(Actinobacteriota)、厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)和梭桿菌門(Fusobacteriota),這5個(gè)門在各組腸道菌群中所占比例均在90%以上。與C0組相比,C15、C30和C60組變形菌門的相對豐度降低;C15和C60組梭桿菌門的相對豐度降低,藍(lán)藻門的相對豐度升高;各組放線菌門和厚壁菌門的相對豐度差異不大。在屬水平上,相對豐度大于1%的菌群C0組有14個(gè)(檢測到鄰單胞菌屬),C15組有14個(gè)(檢測到乳桿菌屬),C30組有14個(gè)(檢測到鄰單胞菌屬),C60組有13個(gè)。其中,與C0組相比,C15和C60組norank_f_norank_o_Chloroplast的相對豐度升高,鯨桿菌屬(Cetobacterium)的相對豐度降低;C15、C30和C60組羅姆布茨菌屬(Romboutsia)的相對豐度降低。
圖3 門水平和屬水平下羅非魚腸道菌群的相對豐度Fig.3 Relative abundance in phylum and genus levels of intestinal flora of Oreochromis niloticus
2.4.3 alpha多樣性
飼料中添加蠶豆對羅非魚腸道菌群alpha多樣性指數(shù)的影響如表5所示。各組羅非魚腸道菌群的Shannon指數(shù)、Ace指數(shù)和Chao指數(shù)無顯著差異(P>0.05);C15、C30、C60組羅非魚腸道菌群的Simpson指數(shù)均低于C0組,且C30組與C0組的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。
表5 飼料中添加蠶豆對羅非魚腸道菌群alpha多樣性指數(shù)的影響Table 5 Effects of faba bean supplementation on alpha diversity indexes of intestinal flora of Oreochromis niloticus
蠶豆在畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用越來越廣泛。Keller等[11]研究證實(shí),蠶豆配合螺旋藻可以完全替代豆粕,對雜交公牛的生長和肥滿度無顯著影響。Sobotka等[12]研究顯示,飼料中添加10%或者12%的蠶豆蛋白提取物能提高仔豬的日增重率和飼料效率。也有研究發(fā)現(xiàn),飼料中添加浸泡蠶豆或蠶豆沉性顆粒料會抑制羅非魚、草魚(Ctenopharyngodonidellus)、斑點(diǎn)叉尾(Ietaluruspunetaus)、異育銀鯽(Carassiusauratusgibelio)等的生長,同時(shí)會增大其飼料系數(shù)[8,13-14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,C15、C30和C60組羅非魚的增重率和特定生長率與對照組即C0組羅非魚的基本持平,說明投喂添加蠶豆的飼料對羅非魚的生長無消極影響。這與陳度煌等[15]的研究結(jié)果類似,該研究發(fā)現(xiàn)1.5%蠶豆乙醇提取物組、1.5%蠶豆丙酮提取物組和基礎(chǔ)飼料組羅非魚的生長性能基本一致。這可能歸因于本試驗(yàn)飼料中補(bǔ)充了不同劑量的蛋氨酸,使得各組飼料蛋氨酸含量基本維持在同一水平,削弱了蛋氨酸對生長的限制性。研究證實(shí),大豆?jié)饪s蛋白是由豆粕去除皂甙、大豆凝集素、胰蛋白酶抑制因子等抗?fàn)I養(yǎng)因子后加工而成,其和魚粉的表觀消化率和蛋白質(zhì)效率均高于菜籽粕和豆粕[16-17],這很可能是C60組羅非魚蛋白質(zhì)效率高于對照組和C15組的原因。羅非魚的存活率隨蠶豆添加量的增加呈現(xiàn)升高的趨勢并在C60組與對照組達(dá)到顯著性水平,這可能是試驗(yàn)前期處于無乳鏈球菌的爆發(fā)期,而蠶豆中的縮合單寧能干擾微生物細(xì)胞壁多肽與巰基反應(yīng),使膜蛋白功能喪失,對變形鏈球菌有抑制作用[18-19]。因此,我們推測縮合單寧對無乳鏈球菌也具有一定的消殺作用,從而提高了羅非魚的存活率。此外,各添加蠶豆組羅非魚的肝體比隨蠶豆添加量的升高呈現(xiàn)降低的趨勢,這與姜維波[14]、鄭小淼等[20]的研究結(jié)果相似,表明飼喂蠶豆會對肝臟等器官的發(fā)育起抑制作用。
淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶等消化酶在動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化方面發(fā)揮著重要作用,其活性嚴(yán)重影響著水產(chǎn)動物和陸生動物的消化水平。研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加蠶豆會提高肉雞盲腸對蛋白質(zhì)的消化率[21]。鄭小淼等[20]證實(shí),浸泡蠶豆會顯著降低草魚腸道堿性蛋白酶和脂肪酶活性,提高α-淀粉酶活性。而李忠銘等[22]研究表明,蠶豆對鯉魚腸道蛋白酶活性無顯著影響,卻會顯著降低其淀粉酶活性。本試驗(yàn)結(jié)果表明,淀粉酶和胰蛋白酶隨蠶豆添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,并在C30組取得最大值,說明飼料中添加30%的蠶豆能提高羅非魚的消化能力。與上述研究結(jié)果不一致的原因除了試驗(yàn)對象不同,可能還與飼料營養(yǎng)水平存在差異有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),消化酶與食物之間并不單是消化酶對食物的單向作用,魚類攝入食物營養(yǎng)成分的差異也會對機(jī)體消化酶的分泌和活性產(chǎn)生不同的作用,魚類生長過程中會因其攝入食物營養(yǎng)成分的差異而影響不同組織的消化酶活性[23]。大量研究表明,適宜的淀粉水平對動物的消化酶活性有增強(qiáng)作用[24-25]。本研究中,飼料淀粉水平隨蠶豆添加量的增加而逐漸升高,這可能是腸道部分消化酶活性得到增強(qiáng)的主要原因之一。
魚類腸道黏膜不僅可以消化吸收營養(yǎng)物質(zhì),同時(shí)還是機(jī)體重要的防御屏障之一[26]。其中,黏膜層的柱狀細(xì)胞即微絨毛結(jié)構(gòu)中含有多種消化酶,能有效增大腸道表面的吸收面積。張振男等[6]研究顯示,用蠶豆飼喂草魚,早期腸道黏膜上皮會出現(xiàn)炎癥,表現(xiàn)為微絨毛逐漸稀疏、變短;試驗(yàn)后期腸道黏膜上皮部分區(qū)域微絨毛消失,細(xì)胞間緊密連接暴露,上皮細(xì)胞表面遭到損壞。造成腸道結(jié)構(gòu)破壞的原因之一是攝食蠶豆后,試驗(yàn)魚腸道中的革蘭氏陰性菌數(shù)量增多,其毒性物質(zhì)脂多糖含量增加,繼而試驗(yàn)魚腸道出現(xiàn)炎癥反應(yīng)。靳雅琦等[27]研究也發(fā)現(xiàn),經(jīng)純蠶豆飼喂的草魚腸絨毛變短,霍亂弧菌等致病菌數(shù)量增多。本試驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果類似,相比于對照組,各添加蠶豆組羅非魚腸道絨毛高度、肌層厚度和絨毛寬度均顯著降低,造成此結(jié)果的原因可能是蠶豆雖經(jīng)高溫膨化處理,仍存在一部分蠶豆凝集素。研究證實(shí),蠶豆凝集素較其他豆科凝集素更穩(wěn)定,能與腸道表面結(jié)合,引起上皮細(xì)胞微絨毛萎縮,抑制上皮細(xì)胞增殖[28]。
腸道內(nèi)復(fù)雜的菌群系統(tǒng)既能影響飼料營養(yǎng)素的高效利用,又能調(diào)控宿主的正常生理功能[7]。研究發(fā)現(xiàn),羅非魚腸道的優(yōu)勢菌群為梭桿菌門、變形菌門、厚壁菌門和放線菌門[29]。梭桿菌門下的鯨桿菌屬可參與魚體內(nèi)維生素B12的合成以及多肽碳水化合物的發(fā)酵[30]。本研究發(fā)現(xiàn),C15和C60組羅非魚腸道菌群中鯨桿菌屬的相對豐度低于對照組,說明添加15%和60%的蠶豆可能會影響羅非魚的造血功能和糖類代謝能力。變形菌門廣泛存在于動植物體和自然環(huán)境中,其數(shù)量的增加是菌群失調(diào)和疾病風(fēng)險(xiǎn)的潛在診斷標(biāo)志[31]。本研究中,C15、C30和C60組羅非魚腸道菌群中變形菌門的相對豐度低于對照組,可能意味著添加蠶豆能改善羅非魚腸道菌群結(jié)構(gòu)。鄰單胞菌屬是條件致病菌,可導(dǎo)致魚攝食減少、脾臟腫大和腹腔積水等[32]。乳桿菌屬是一種重要的有益菌,能改善腸道菌群組成,抑制病原菌生長[29-30]。本研究中,鄰單胞菌屬存在于對照組和C30組,乳桿菌屬只出現(xiàn)在C15組,這可能是C15組腸道雖然損傷最嚴(yán)重,但仍有較高的增重率和消化酶活性的原因之一。
腸道物種的alpha多樣性分析可以反映微生物群落的豐富度和和多樣性。本研究發(fā)現(xiàn),相比于對照組,C30組的Simpson指數(shù)顯著降低,C15和C60組的Simpson指數(shù)也有所降低,且C30和C60組的Ace指數(shù)和Chao指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢,這與張振男等[6]在草魚上的研究結(jié)果一致,說明添加超過30%的蠶豆會降低腸道菌群的多樣性。而林科濤[7]的研究結(jié)果顯示,蠶豆會提高草魚腸道菌群的多樣性,這種不同研究結(jié)果的差異可能是養(yǎng)殖環(huán)境和魚的種類不同造成的。
在等氮等脂的條件下,飼料中添加15%~60%的蠶豆對羅非魚的生長性能和腸道消化酶活性無顯著影響,但會顯著降低腸道絨毛高度、絨毛寬度和肌層厚度,損傷腸道組織結(jié)構(gòu),并會降低腸道菌群中變形菌門的相對豐度和腸道菌群多樣性。