上海海洋大学学报  2021, Vol. 30 Issue (3): 475-483    PDF    
低磷饲料中补充柠檬酸对大口黑鲈生长和营养物质利用率的影响
王璞1,2,3, 喻一峰1,2,3, 李小勤1,2,3, 徐禛1,2,3, 冀东1,2,3, 杨品贤1,2,3, 何明1,2,3, 冷向军1,2,3     
1. 上海海洋大学 水产科学国家级实验教学示范中心, 上海 201306;
2. 上海海洋大学 农业农村部鱼类营养与环境生态研究中心, 上海 201306;
3. 上海海洋大学 水产动物遗传育种中心上海市协同创新中心, 上海 201306
摘要:为了探究饲料中添加柠檬酸对大口黑鲈(Micropterus salmoides)生长、营养物质利用和氮(N)、磷(P)排放的影响,分别配制磷酸二氢钙(MCP)添加量为5、10(低磷饲料)、15 g/kg(对照饲料)的3组饲料(P5,P10,P15),在低磷饲料P5和P10中分别添加10 g/kg的柠檬酸,共5组实验饲料。投喂初始体质量为(16.0±0.16)g的大口黑鲈60 d。结果显示,随着MCP添加量的增加,大口黑鲈增重率、全鱼磷含量、粗蛋白沉积率、磷消化率、椎骨磷和血浆磷含量均显著增加(P < 0.05),N排放量和全鱼粗脂肪含量显著下降(P < 0.05),且均在P15组达到最佳水平。在P5饲料中添加柠檬酸,显著提高了鱼体增重率(+5.6%)和血浆磷含量,降低了饲料系数(-0.05)和N排放量(P < 0.05),达到了和P10组基本一致的水平(P>0.05);在P10饲料中添加柠檬酸,在数值上改善了生长性能(P>0.05),达到了和P15组基本一致的水平(P>0.05)。此外,在P5和P10饲料中补充柠檬酸,均显著提高了磷消化率,降低了P排放量(P < 0.05)。综上所述,在低磷饲料中添加10 g/kg的柠檬酸可改善大口黑鲈生长、提高饲料和磷的利用率。
关键词大口黑鲈    柠檬酸    磷酸二氢钙    消化率    磷利用    

磷是水产饲料中重要的限制性营养素[1]。不同鱼类对不同饲料原料中磷的生物利用度相差甚大,从0~81%不等[1-2]。植物性原料中含有较多的植酸磷,但鱼类肠道中缺乏植酸酶,所以对植物性磷的利用率很低[3];对于动物性原料如鱼粉等,许多鱼类对其磷的利用率也不高[4]。为了防止磷缺乏和确保鱼类的快速生长,通常商业饲料中会补充无机磷,如磷酸二氢钙。但是,饲料中大量未被利用的磷不可避免地被排放到养殖水体中,成为水体富营养化的重要原因[5-6]

提高饲料中磷的利用率,一直是饲料行业关注的热点。目前,植酸酶已成功地应用于畜禽饲料中[7-8],但在水产饲料中,加工的特殊性(高温)植酸酶难以直接添加到水产饲料中,而有机酸的应用有望成为解决这一难题的有效途径。研究[9-11]表明,添加有机酸可以提高磷的利用率。有机酸对饲料中磷利用率的促进已在陆生动物得到证明[12-13]。有报道[14]称,补充有机酸可降低消化道pH,从而增加植酸盐的溶解度并提高肠道中磷的利用率。另外,有机酸可通过螯合钙来减少它们之间的拮抗作用而促进磷的吸收[15]。在有机酸中,研究较多的有柠檬酸、乳酸、甲酸和苹果酸等,其中柠檬酸的酸性较强,且具有一定的抑菌作用[16]。有关柠檬酸在水产动物上的研究已见于真鲷(Pagrus major)[17]、虹鳟(Oncorhynchus mykiss)[18]和大菱鲆(Scophthalmus maximus)[19]等,总体上来看,柠檬酸促进了这些鱼类的生长,并减少了营养物质排放。

大口黑鲈(Micropterus salmoides)肉质鲜美,无肌间刺,生长迅速,具有很高的经济价值,是我国重要的肉食性养殖鱼类,2018年的养殖产量达43.20万t[20]。在大口黑鲈饲料中是否可以通过添加柠檬酸来提高磷的利用率,从而减少无机磷的添加量?目前尚未见有关报道。因此本研究在不同磷水平饲料中补充柠檬酸,考察对大口黑鲈生长性能、营养物质利用、体组成和氮、磷排放的影响,为大口黑鲈高效环保饲料的研制提供依据。

1 材料与方法 1.1 实验设计

配制含磷酸二氢钙(MCP)添加量为5、10、15 g/kg的3组饲料(P5,P10,P15),其中P5、P10为低磷饲料,P15为正对照饲料,在2组低磷饲料(P5、P10)中分别添加10 g/kg的柠檬酸(P5-N和P10-N),共制成5组实验饲料。根据前期研究,正对照饲料添加15 g/kg MCP。此外,饲料中添加0.5 g/kg的三氧化二钇(Y2O3)为内源指示剂,用于营养物质表观消化率的测定。各主要原料粉碎过60目筛,逐级混匀,用单螺杆挤压机(SLP-45,中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所研制)制成直径为2 mm的沉性颗粒饲料[制粒温度(85±5)℃],饲料于通风阴凉处晾干,置于4 ℃冰箱中保存备用。试验饲料组成及营养水平见表 1

表 1 饲料组成及营养水平 Tab.1 Composition and nutrient levels of diets
1.2 实验鱼和饲养管理

实验用鱼购自浙江省湖州市鲈鱼养殖场。养殖实验在上海海洋大学滨海基地进行。实验鱼用基础饲料暂养驯化4周后,挑选体质优良、规格均匀、平均体质量为(16.0±0.16)g的大口黑鲈375尾进行养殖实验,选择3口大小相同的室内水泥池(5.0 m × 3.0 m × 1.2 m),每口水泥池中放置5口网箱,将实验鱼随机放入网箱中,每网箱25尾,每个实验组设3个重复。水源来自于1口经过暗沉淀的蓄水池,各池每5天换水1次,每7天吸污1次,各池的换水量为池水的三分之一,养殖周期为60 d。实验期间,每天投喂饲料两次(08:00、16:00),日投饲率为鱼体质量的1.5% ~ 3.0%,根据水温、摄食情况进行调整, 各网箱保持基本一致的投饲量。养殖期间,水体溶氧>5 mg/L,水温26 ~ 30 ℃,pH 7.2 ~ 7.9,氨氮<0.2 mg/L,亚硝酸盐<0.1 mg/L。

1.3 样品采集

实验开始前,取10尾鱼作为初始全鱼样本。养殖实验结束后,鱼体饥饿24 h,统计每网箱鱼尾数并称量。各网箱随机取2尾鱼,用于全鱼常规营养成分和磷含量分析。另每网箱随机取4尾大口黑鲈测量体质量、体长,尾静脉采血,离心10 min(3 000 r/min)后取血清,保存于-80 ℃冰箱备用。取血后,立即将鲈鱼解剖,称量内脏质量、肝脏质量和肠脂质量,计算肥满度(CF)、脏体比(VSI)、肝体比(HSI)和肠脂比(IPF)。按照SHAO等[21]的方法,将剔除内脏及两侧肌肉的鱼体微波加热60~80 s,去掉头骨,将脊椎骨剥离,用蒸馏水冲洗干净,于105 ℃烘干后在-20 ℃保存,用于椎骨磷含量测定。

1.4 测定指标与方法 1.4.1 生长指标与形体指标
    (1)
    (2)
    (3)
    (4)
    (5)
    (6)

式中:S为存活率;Nt为终末尾数,尾;No为初始尾数,尾;WGR为增重率;Wt为终末体质量,g;Wo为初始体质量,g;RFC为饲料系数;Wf为摄入饲料量;IHS为肝体比;Wh为鱼肝脏质量,g;W为鱼体质量,g;IVS为脏体比;Wv为鱼内脏质量,g;FC为肥满度;L为鱼体长,cm。

1.4.2 营养成分分析

水分含量测定采用105 ℃常压干燥法,粗蛋白含量测定采用凯氏定氮法(2300自动凯氏定氮仪,FOSS,瑞典),粗脂肪含量测定采用氯仿-甲醇抽提法,粗灰分测定采用550 ℃马弗炉高温灼烧法(SXL-1008马弗炉,上海精宏实验设备有限公司)。钙、磷的含量分别采用钙甲基百里香酚蓝和磷钼酸试剂盒测定,试剂盒购于南京建成生物工程研究所。在上述数据的基础上,计算蛋白质、磷的沉积率和排放量。

    (7)
    (8)

式中:RN为营养物质沉积率;Wt为终末体质量,g;Wo为初始体质量,g;Wty为末全鱼营养物质含量, g/kg;Woy为初全鱼营养物质含量, g/kg;Wf为摄入饲料量, g;Wfy为饲料营养物质含量, g/kg;EN为营养物质排放量, kg/t;RFC为饵料系数;Ws为饲料中营养物质质量,g;Wz为大口黑鲈沉积营养物质的质量,g; WP为鱼产量, t。

1.4.3 营养物质表观消化率

养殖实验最后2周,为大口黑鲈的排粪高峰期(投饲后2 h),用虹吸法收集包膜完整粪便,-20 ℃条件下冻存。测定指标包括饲料、粪便中的粗蛋白质、磷、Y2O3含量,计算蛋白质和磷的表观消化率。钇元素采用等离子体发射光谱法(Vista MPX瓦里安电感耦合等离子体发射光谱仪,Alo Alto,美国)测定,其他指标的测定方法同1.4.2节。

    (9)
    (10)

式中:CADN为营养物质表观消化率;a为粪便中指示剂的含量;b为饲料中指示剂的含量;c为饲料中营养物质的含量;d为粪便中营养物质的含量;CADG为干物质表观消化率。

1.4.4 数据处理

实验数据以平均值±标准差表示,采用SPSS 24.0软件进行单因素方差分析和双因素方差分析,其中差异显著者进行Duncan氏多重比较,差异显著水平为P < 0.05。

2 结果与分析 2.1 生长性能和形体指标

表 2所示,在养殖期间,鲈鱼生长状况良好,各组之间成活率、肥满度、脏体比和肝体比没有显著差异(P>0.05)。随着MCP添加量的增加,大口黑鲈的末均重和增重率显著提高(P < 0.05),饲料系数显著下降(P < 0.05)。在P5饲料中添加10 g/kg柠檬酸,增重率提高5.6%,饲料系数降低0.05(P < 0.05),基本达到和P10组一致的水平(P>0.05);在P10饲料中添加10 g/kg柠檬酸,在数值上提高了增重率(P>0.05),达到和P15组基本一致的水平(P>0.05)。柠檬酸和MCP水平的交互作用对饲料系数具有显著影响(P < 0.05),对其他各项指标没有显著影响(P>0.05)。

表 2 摄食含不同磷酸二氢钙和柠檬酸饲料的大口黑鲈生长性能 Tab.2 Growth performance of largemouth bass fed diets containing various levels of MCP and citric acid
2.2 全鱼组成以及椎骨磷、血浆磷含量

表 3可知,MCP和柠檬酸水平对大口黑鲈全鱼的水分和粗蛋白没有显著影响(P>0.05),随着MCP添加量的增加,全鱼粗灰分和全鱼磷均显著增加(P < 0.05),全鱼粗脂肪含量显著下降(P < 0.05),而椎骨磷和血浆磷的含量均显著增加(P < 0.05)。在P5和P10饲料中添加柠檬酸在数值上增加了全鱼粗灰分(P>0.05)。在P5饲料中添加柠檬酸,显著增加了血浆磷水平(P < 0.05),但在P10饲料中补充柠檬酸,对椎骨磷、血浆磷的影响不显著(P>0.05)。柠檬酸和MCP水平的交互作用对各项指标均没有显著影响(P>0.05)。

表 3 摄食含不同磷酸二氢钙和柠檬酸饲料的大口黑鲈全鱼组成以及椎骨磷、血浆磷含量 Tab.3 Whole body composition, vertebral phosphorus and plasma phosphorus of largemouth bass fed diets containing various levels of MCP and citric acid
2.3 营养物质消化率

表 4可见,MCP和柠檬酸水平以及两者之间的交互作用对大口黑鲈干物质消化率、蛋白质消化率和脂肪消化率均没有显著影响(P>0.05)。随着MCP水平的上升,磷消化率显著上升(P < 0.05);在同一MCP水平下,柠檬酸的添加显著增加了大口黑鲈的磷消化率(P < 0.05),但二者交互作用对磷消化率并没有显著的影响(P>0.05)。

表 4 摄食含不同磷酸二氢钙和柠檬酸饲料的大口黑鲈营养物质表观消化率 Tab.4 Apparent digestibility of nutrients of largemouth bass fed diets containing various levels of MCP and citric acid
2.4 营养物质沉积率及N、P排放量

表 5可见,MCP和柠檬酸水平对大口黑鲈脂肪沉积率没有显著影响(P>0.05)。随着MCP添加量的增加,蛋白质沉积率显著增加(P < 0.05),而磷沉积率在P10和P15组间无差异(P>0.05),均显著高于P5组(P < 0.05)。在P5饲料中添加柠檬酸显著增加了磷沉积率(P < 0.05)。

提高饲料磷水平显著降低了N排放(P < 0.05),但也增加了P排放量(P < 0.05)。在同一饲料磷水平下,添加柠檬酸显著降低了P排放量(P < 0.05),在P5饲料中添加柠檬酸显著降低了N排放量(P < 0.05)。柠檬酸和MCP的交互作用显著影响了N排放量(P < 0.05)。

表 5 摄食含不同磷酸二氢钙和柠檬酸饲料的大口黑鲈营养物质沉积率及N、P排放量 Tab.5 Retention of nutrients and N and P excretion of largemouth bass fed diets containing various levels of MCP and citric acid
3 讨论 3.1 柠檬酸对大口黑鲈生长性能的影响

磷在鱼类的生长和发育中起着至关重要的作用。磷缺乏会导致鱼类骨骼畸形并降低饲料效率和生长性能[22]。随着MCP含量的增加,大口黑鲈的增重率显著提高(P < 0.05),饲料磷水平增加促进了大口黑鲈的生长,这也说明,饲料中添加5、10 g/kg的MCP并不能满足大口黑鲈生长的最大磷需要,在这2组饲料中添加柠檬酸后,均不同程度提高了大口黑鲈增重率,降低了饲料系数。类似地,在低磷饲料中添加柠檬酸也提高了真鲷[17]对磷的利用率,并使其生长性能达到与无机磷饲料组一致的水平,这表明柠檬酸可通过提高磷的利用率而促进鱼类生长。在虹鳟[23]、罗非鱼(Oreochroms mossambcus)[24]、异育银鲫(Carassius auratus gibelio)[25]、建鲤(Cyprinus carpio var. Jian)[26]、真鲷[27]、欧洲鳇(Huso huso)[28]上都有类似报道。

PARTANEN等[29]指出,养分消化率的提高取决于所用有机酸的水平。ZHU等[30]研究表明在饲料中添加2 g/kg柠檬酸,显著提高了黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)的增重率并降低了饲料系数;ZHANG等[31]发现,饲料中添加16 g/kg柠檬酸可以提高大黄鱼(Larimichthys crocea)的特定生长率和饲料效率。尚卫敏[32]发现,饲料中添加2.1 g/kg柠檬酸不仅促进了草鱼(Ctenopharyngodon idella)对多种矿物质的吸收利用,还增强了草鱼的消化酶活性,从而促进了生长。柠檬酸是体内能量代谢的中间产物,摄食后可以直接或间接地参与到代谢中,为鱼类提供能量[32]。此外,柠檬酸具有特殊的芳香气味,使其具有较好的诱食作用,可在一定程度上增加摄食量[33]。本实验也观察到柠檬酸组鲈鱼摄食积极的现象,但重在考察饲料质量的效果,故各处理组的投喂量保持基本一致,如采用自由采食或饱食投喂,可能柠檬酸的作用效果会更显著。

3.2 柠檬酸对大口黑鲈体成分含量以及营养物质消化吸收的影响

柠檬酸的添加对大口黑鲈全鱼的水分、粗蛋白和粗脂肪含量没有显著影响(P>0.05)。尚卫敏[32]对草鱼的研究表明,添加各种类型的酸化剂没有显著影响全鱼水分、粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量,这在罗非鱼[34]、奥尼罗非鱼(Oreochromis aureus × O. niloticus)[35]、鲤(Cyprinus carpio)[36]中也有类似报道。柠檬酸对动物体成分的影响主要集中在对矿物质的利用上[37]。在草鱼[32]、黄颡鱼[37]、虹鳟[38]和大黄鱼[31]上均有报道,饲料中添加柠檬酸增加了全鱼的磷含量。饲料中添加10 g/kg柠檬酸对于大口黑鲈全鱼磷含量没有显著的影响(P>0.05),但在P5饲料中添加10 g/kg柠檬酸显著提高了磷沉积率(P < 0.05),这与大口黑鲈生长的改善密切相关。

随着MCP水平的上升,磷消化率显著上升(P < 0.05),这主要是因为基础饲料的磷消化率低,而添加的无机磷消化率高,故总磷的消化率随无机磷添加量的增加而升高,这种现象在SHAO等[21]对黑鲷(Sparus macrocephalus)、JOKINEN等[39]对真白鲑(Coregonus lavaretus L.)的研究中也有类似报道。此外,在同一MCP水平下,柠檬酸的添加也显著增加了大口黑鲈的磷消化率(P < 0.05)。DAI等[19]对大菱鲆的研究发现,添加30 g/kg的柠檬酸显著增加了磷消化率;在黄颡鱼的研究中,添加2 g/kg柠檬酸显著提升了饲料磷的表观消化率[37];在豆粕替代部分鱼粉的饲料中,通过添加30 g/kg柠檬酸可以显著增加欧洲鳇对蛋白质和磷的表观消化率[28]。柠檬酸对磷消化率的提高主要归因于两个相关因素:柠檬酸对饲料在肠道的酸化作用以及溶解度的影响[38];柠檬酸可以和钙离子发生螯合作用,从而抑制不溶性植酸钙的形成[28]。随饲料和MCP添加量的增加,血浆磷和椎骨磷含量显著提高(P < 0.05);在低磷饲料中添加柠檬酸,也显著提高了血浆磷水平(P < 0.05),但对椎骨磷没有显著影响(P>0.05)。在鲟鱼(Acipenser sinensis)[40]的研究中,饲料柠檬酸也显著提高了血液中的磷含量。柠檬酸本身不能降解植酸磷[41],但柠檬酸引起的酸化作用可能有助于溶解植酸磷[42],也有助于提高鱼粉中矿物质的溶解,提高磷的利用率[15],添加柠檬酸引起血磷增加主要来源于这部分磷利用率的提高。

3.3 柠檬酸对N、P排放的影响

提高饲料磷水平显著降低了N排放(P < 0.05),但也显著增加了P的排放量(P < 0.05),这主要是因为磷水平的提高增加了蛋白质沉积率,故减少了N排放,而磷的沉积率虽也有增加,但总磷的摄入量增加,使得磷的绝对排放量也有增加。

在黄颡鱼[37]、真鲷[27]、虹鳟[15]、大菱鲆[19]等鱼的研究中均发现,饲料中补充柠檬酸的可以降低磷排放量。SARKER等[27]关于真鲷的研究,饲料中添加30 g/kg柠檬酸,使磷的排放量从7.29 kg/t降低到3.58 kg/t;在大菱鲆的饲料中添加30 g/kg的柠檬酸也显著降低了磷排放[19]。在同一饲料磷水平下,添加10 g/kg柠檬酸也显著降低了P排放量(P < 0.05),这得益于磷消化率和沉积率的提高,在磷输入没有增加的情况下,意味着磷排放的减少。这表明,在饲料中补充柠檬酸可以在一定程度上减少无机磷的添加量,从而减少磷的排放。

综上,在低磷饲料中添加10 g/kg的柠檬酸可改善大口黑鲈生长、提高饲料和磷的利用率。

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Effects of citric acid supplementation in low phosphorus diets on growth and nutrient utilization of largemouth bass (Micropterus salmoides)
WANG Pu1,2,3, YU Yifeng1,2,3, LI Xiaoqin1,2,3, XU Zhen1,2,3, JI Dong1,2,3, YANG Pinxian1,2,3, HE Ming1,2,3, LENG Xiangjun1,2,3     
1. National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;
2. Centre for Research on Environmental Ecology and Fish Nutrition, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;
3. Shanghai Collaborative Innovation Centre for Aquatic Animal Genetics and Breeding, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China
Abstract: The effects of citric acid supplementation in diets were evaluated on the growth, nutrient utilization, and nitrogen (N) and phosphorus (P) secretion of largemouth bass (Micropterus salmoides). Three diets were prepared with the addition of monocalcium phosphate (MCP) at 5, 10 (low-P diets), and 15 g/kg (positive control) (P5, P10, P15), then 10 g/kg of citric acid was added into the two low-P diets of P5 and P10. The five diets were fed to juvenile fish[initial body weight (16.0 ±0.16) g] for 60 days. The results showed that the weight gain (WG), whole body P, crude protein retention, P digestibility, vertebral P and plasma P significantly increased, and N excretion, whole body crude lipid decreased with the increasing MCP level (P < 0.05); P15 group showed the best performance among all the groups. The addition of citric acid in P5 diet significantly increased WG (+5.6%) and serum P level, and reduced FCR (-0.05) and N excretion (P < 0.05), which reached the similar levels to the P10 group (P>0.05). The addition of citric acid in P10 diet numerically improved the growth performance with similar levels to the P15 group (P>0.05). The supplementation of citric acid in both P5 and P10 diets significantly promoted P digestibility and reduced P excretion (P < 0.05). In summary, the addition in 10 g/kg citric acid in low-P diets can improve the growth and the utilization of P and diet in largemouth bass.
Key words: largemouth bass     citric acid     monocalcium phosphate     digestibility     phosphorus utilization