Mixotrophic and carbon fixation culture of nervonic acid-producing microalgae Mychonastes afer
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摘要: 微藻是水体中重要的生产者和环境调节因素，作为饵料和调水剂在水产养殖中起着重要作用。微藻的培养方式多样，探究了微藻Mychonastes afer和小球藻Chlorella sorokiniana在不同营养方式及通气情况的生长与光合能力。在自养、兼养和异养，以及不同浓度二氧化碳 (CO2) 通气的条件下，分别测定了两株藻的生长曲线、光合电子传递效率、有机碳源利用率、光合放氧和呼吸耗氧速率，并着重对M. afer的油脂组分进行分析。结果表明小球藻C. sorokiniana可以摆脱对光能的依赖，完全依靠有机碳源营异养生长，而在此条件下M. afer几乎不能生长。有机碳源的加入，对两株藻的光合系统活性均产生了一定程度的抑制作用，使光合电子传递效率以及光合放氧水平下降；同时发现在兼养条件下，高浓度CO2最有利于M. afer生长，促进了细胞对葡萄糖的利用效率，且油脂和神经酸产量提高。研究表明两株藻在协同利用外源有机碳源和自身光合系统方面存在显著差异，并探究出一种用于生产天然神经酸的M. afer最佳兼养条件。
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关键词:
- 微藻Mychonastes afer /
- 兼养培养 /
- 二氧化碳 /
- 呼吸作用 /
- 光合作用
Abstract: Microalgae are a group of single cell microorganism, which play an important role in aquatic production such as aquatic feeding and water regulating. This research focuses on the growth and photosynthetic capacity of Mychonastes afer and Chlorella sorokiniana under different nutrition and aeration conditions. The microalgae were cultivated under autotrophic, mixotrophic or heterotrophic conditions, respectively. And the influence of CO2 concentration was also investigated. The growth curve, photosynthetic electron transfer rate, organic carbon source utilization, photosynthetic oxygen evolution and respiratory oxygen consumption rate were measured to inflect the differences between M. afer and C. sorokiniana, and the emphasis was given to lipid components of M. afer. The results show that C. sorokiniana could grow under heterotrophic condition without light, while M. afer could not. The photosynthetic system of the two species were both inhibited by organic carbon sources, displaying lower efficiency of photosynthetic electron transfer rates and slower photosynthetic oxygen evolution rates. Besides, it is found that under mixotrophy condition, high concentration of CO2 was beneficial to the growth of M. afer, which promoted cell utilization of glucose, and increased the production of lipid and nervonic acid. The study explores a mixotrophic condition for M. afer to produce natural nervonic acid, shows significant differences between the two algae species in photosynthetic system, and explores the cooperative utilization of external organic carbon sources.-
Keywords:
- Mychonastes afer /
- Mixotrophy /
- CO2 /
- Respiration /
- Photosynthesis
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黄鳝 (Monopterus albus) 属肉食性鱼类，具有较高的营养和药用价值，是中国名特优养殖品种之一[1]。目前，黄鳝配合饲料因鱼粉占比大导致成本高，影响其养殖效益[2]。为降低黄鳝饲料成本，常以价格低廉且优质的植物蛋白源替代鱼粉，但植物蛋白源除了含有抗营养因子、氨基酸不平衡、适口性差等问题外[3-5]，缺乏牛磺酸也是其应用的限制性因素之一[6]。牛磺酸是一种β含硫氨基酸，在鱼粉中约占0.29%~0.35%，虽不参与蛋白质合成，但具有诱食、促生长、促消化、提高免疫性能和抗氧化能力等作用[7-10]。大多数鱼类都具有一定的牛磺酸合成能力，但能力较弱，难以满足鱼类对牛磺酸的需求，尤其是肉食性鱼类[7]。一般来说，海水鱼类对牛磺酸的需求量约为1.0%~2.0%，如军曹鱼 (Rachycentron canadum)饲料中牛磺酸质量分数为1.0%[11]，大菱鲆 (Scophthalmus maximus)饲料中牛磺酸质量分数甚至超过2.0%[6]；而淡水鱼类对牛磺酸的需求量相对较低，在饲料中添加0.1%~0.2%的牛磺酸即可促进鱼类生长并提高免疫功能[12-13]。现阶段，常在低鱼粉高植物蛋白饲料中添加牛磺酸，以降低鱼粉使用量并减缓甚至解决高植物蛋白饲料导致的负面影响。前期研究发现，在低鱼粉 (32%) 饲料中添加1.0%牛磺酸使饲料中牛磺酸的质量分数达0.33%后，黄鳝的生长性能得到改善，但饲料中牛磺酸质量分数达0.38%时，其效果下降[14]。本研究以42%鱼粉组为正对照组，22%鱼粉组为负对照组，并在低鱼粉饲料中分别添加0.2%和0.5%的牛磺酸，使饲料中牛磺酸的质量分数分别达0.3%和0.6%，比较饲料中适量和过量牛磺酸对黄鳝生长、消化率和肠道酶活性的效果，以期为低鱼粉黄鳝饲料的开发提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 实验饲料
本实验采用豆粕等蛋白降低鱼粉在黄鳝饲料中的比重，以42%高鱼粉组 (FM) 为正对照组，22%低鱼粉组 (T0) 为负对照组，在低鱼粉饲料中分别添加0.2% (T0.2组) 和0.5%牛磺酸 (T0.5组)，共配置4组等氮饲料 (表1)。饲料制备方法为：先将饲料原料粉碎，过80目筛，再按原料配比准确称取原料，将其按先干后湿的顺序，从小到大逐级混匀，在阴凉处自然风干至水分质量分数低于10%，于–20 ℃保存备用。投喂前加16%的水将其调成面团状。
表 1 饲料配方表及营养水平 (风干基础)Table 1 Nutritional composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis)g·kg−1 项目
Item高鱼粉组
FM group低鱼粉组
T0 group0.2%牛磺酸组
T0.2 group0.5%牛磺酸组
T0.5 group原料 Ingredient 秘鲁蒸汽鱼粉 Peruvian steam fish meal 420.0 220.0 220.0 220.0 豆粕 Soybean meal 180.0 480.0 480.0 480.0 玉米蛋白粉 Corn gluten meal 40.0 40.0 40.0 40.0 大豆浓缩蛋白 Soy protein concen 40.0 40.0 40.0 40.0 微晶纤维素 Microcrystalline cellulose 119.5 9.5 7.5 4.5 α-淀粉 α-potato starch 150.0 150.0 150.0 150.0 鱼油 Fish oil 20.0 30.0 30.0 30.0 磷酸二氢钙 Ca(H2PO4)2 15.0 15.0 15.0 15.0 氯化胆碱 Choline chloride 5.0 5.0 5.0 5.0 牛磺酸 Taurine 0.0 0.0 2.0 5.0 预混料* Premix 10.0 10.0 10.0 10.0 防霉剂 Anti-mildew agents 0.3 0.3 0.3 0.3 抗氧化剂 Antioxidant 0.1 0.1 0.1 0.1 三氧化二钇 Y2O3 0.1 0.1 0.1 0.1 营养组成 Nutritional composition 粗蛋白 Crude protein 422.8 424.0 417.5 420.6 粗脂肪 Crude lipid 62.6 61.3 64.6 62.9 粗灰分 Crude ash 108.3 106.9 108.4 107.8 牛磺酸 Taurine 3.1 1.6 3.7 6.5 注：*. 预混料由青岛玛斯特生物技术有限公司提供，成分 (mg·kg−1) 为：氯化钾 200 mg；碘化钾 (1%) 60 mg；氯化钴 (1%) 50 mg；无水硫酸铜 30 mg；硫酸亚铁 400 mg；硫酸锌 400 mg；硫酸锰 150 mg；亚硒酸钠 (1%) 65 mg；硫酸镁 2 000 mg；沸石粉 3 645.85 mg；维生素B1 12 mg；维生素B6 8 mg；维生素B12 0.05 mg；维生素K3 8 mg；维生素A 25 mg；维生素D 35 mg；维生素E 50 mg；维生素C 100 mg；维生素B3 40 mg；核黄素 12 mg；肌醇 100 mg；泛酸钙 40 mg；烟酸 50 mg；叶酸 5 mg；生物素 0.8 mg；乙氧基喹啉 150 mg；小麦粉 2 434.15 mg。 Note: *. The premix was provided by MASTer Bio-Tech Co.Ltd. (Qingdao, Shandong, China): KCl 200 mg; KI (1%) 60 mg; CoCl2·6H2O (1%) 50 mg; CuSO4·5H2O 30 mg; FeSO4·H2O 400 mg; ZnSO4·H2O 400 mg; MnSO4·H2O 150 mg; Na2SeO3·5H2O (1%) 65 mg; MgSO4·H2O 2 000 mg; Zeolite power 3 645.85 mg; Vitamin B1 12 mg; Vitamin B6 8 mg; Vitamin B12 0.05 mg; Vitamin K3 8 mg; Vitamin A 25 mg; Vitamin D 35 mg; Vitamin E 50 mg; Vitamin C 100 mg; Vitamin B3 40 mg; Riboflavin 12 mg; Inositol 100 mg; Pantothenic acid 40 mg; Niacin acid 50 mg; Folic acid 5 mg; Biotin 0.8 mg; Ethoxyquin 150 mg; Wheat meal 2 434.15 mg. 1.2 养殖管理
养殖实验于湖南常德市西湖管理区养殖基地进行，实验网箱为无结节聚乙烯网箱(1.5 m×2.0 m×1.5 m)，网箱内种植覆盖网箱水面90%的喜旱莲子草 (Alternanthera philoxeroides)，实验对象为1 200尾体质量为 (25.03±0.02) g的健康野生黄鳝。在养殖实验开始前进行10 d的驯化，首次少量投喂质量比为1∶1的蚯蚓和鲜鱼肉糜，直至黄鳝能完全摄食鲜鱼浆后，开始添加粉状实验饲料 [m(鲜鱼浆)∶m(饲料)=4∶1]，依照摄食情况逐步增加实验饲料的投喂比例，直至黄鳝完全摄食实验饲料。驯化结束禁食24 h后，将规格均匀且健康的黄鳝随机分为4组，每组5个重复，每个网箱60尾。日投喂1次 (17:30)，投喂量 (饲料为湿质量) 以黄鳝体质量的3%~5%为标准，下一次投喂前将剩余饲料捞出，烘干称质量。每周调整一次投喂量，养殖期间记录天气和摄食情况，养殖周期为70 d。
1.3 样品采集与指标测定
1.3.1 生长性能指标
养殖实验开始时和结束后称量每个网箱黄鳝总质量，并记录总尾数，用于计算饲料系数 (FCR, %) 和增重率 (WGR, %)。实验结束后，从每个网箱中随机选取5尾黄鳝，测量体长和体质量，用以计算肥满度 (CF)。
$$ {\rm{WGR}} = \left( {{W_{\rm{t}}} - {W_0}} \right)/{W_0} \times 100{\text{%}} $$ (1) $$ {\rm{FCR}} = F/\left( {{W_{\rm{t}}} - {W_0}} \right) \times 100{\text{%}} $$ (2) $$ {\rm{PER}} = \left( {{W_{\rm{t}}} - {W_0}} \right)/F_{\rm{p}} $$ (3) $$ {\rm{CF}} = {W_{\rm{h}}}/{L^3} \times 100{\text{%}} $$ (4) $$ {\rm{SR}} = \left( {{M_1}/{M_0}} \right) \times 100{\text{%}} $$ (5) $$ {\rm{FI}} = {\rm{ }}\left( {{F_1} - {F_2}} \right)/{M_1} \times 100{\text{%}} $$ (6) 式中：PER为蛋白质效率；SR为成活率；FI为摄食量；Wt为末均质量 (g)；W0为初均质量 (g)；F为平均饲料摄入量 (g)；Fp为蛋白质摄入量；Wh为单条黄鳝体质量 (g)；L为体长 (cm)；M1为终末尾数；M0为初始尾数；F1为投喂饲料风干质量 (g)；F2为残饵风干质量 (g)。
1.3.2 饲料营养成分
常规营养成分测定方法参照AOAC[15]的方法。将饲料置于电热鼓风干燥箱 (天津市泰斯特仪器有限公司，101-1AB型)，采用105 ℃常压干燥法测定水分；粗蛋白含量使用全自动蛋白测定仪 (Food ALYT, D5000) 测定；粗脂肪使用索氏提取器 (杭州汇尔仪器设备有限公司，SCT-06) 测定，提取试剂为石油醚；粗灰分采用550 ℃马弗炉高温灼烧法测定。采用高效液相色谱法 (HP1100，美国) 检测饲料中牛磺酸的含量。
1.3.3 消化率
在饲料中添加0.1%的三氧化二钇 (Y2O3) 测定干物质消化率 (DDM) 和粗蛋白消化率(DCP)[16]。饱食投喂12 h后，以解剖法收集后肠粪便，50 ℃烘干后于–20 ℃保存待测。取0.2 g干物质，采用高氯酸消解后，使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪 (Varian, ICP-OES, Vista-max) 分析饲料和粪便中的钇 (Y) 含量。
$$ D_{{\rm{DM}}} = \left( {1 - B/{B_1}} \right) \times 100{\text{%}} $$ (7) $$ D_{{\rm{CP}}} = \left[ {1 - {\rm{ }}\left( {{N_1}/N \times B/{B_1}} \right)} \right] \times 100{\text{%}} $$ (8) 式中：B、B1分别为饲料和粪便中的Y2O3质量分数；N、N1分别为饲料和粪便中的粗蛋白质质量分数。
1.3.4 代谢性能及肠道酶活性
养殖实验结束禁食24 h，每个网箱随机选取5尾黄鳝于尾静脉处采血，将血液置于2 mL离心管中，4 ℃静置过夜，3 000 r·min−1离心10 min，取上清液混合分装到0.5 mL的离心管中，于–80 ℃保存备用。每个网箱随机选取3尾黄鳝，迅速解剖取其前肠和肝脏于1.5 mL无酶离心管中，于–80 ℃保存，检测前需将其冰水浴匀浆，4 ℃、2 500 r·min−1离心10 min，取得上清液检测肠道消化酶和肝脏蛋白代谢指标。
谷草转氨酶 (AST)、谷丙转氨酶 (ALT)、血氨 (BA)、尿素氮 (UN)、总蛋白 (TP)、高密度脂蛋白胆固醇 (HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇 (LDL-C)、总胆固醇 (TC)、甘油三酯 (TG)、碱性磷酸酶 (AKP)、钠钾ATP酶 (Na+-K+-ATPase)、肌酸激酶 (CK)、淀粉酶 (AMS)、脂肪酶 (LPS)、胰蛋白酶 (TRYP) 活性等指标采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定。
1.4 数据统计分析方法
采用Excel 2019和SPSS 26.0软件对实验数据进行统计和单因素方差分析，数据结果以“平均值±标准误 (
$\overline X \pm {\rm{SE}} $ )”表示，若组间差异显著 (P<0.05)，则进行Duncan's多重比较检验。2. 结果
2.1 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝生长性能的影响
与FM组相比，T0组黄鳝的增重率、蛋白质效率和肥满度显著降低 (P<0.05)，饲料系数显著升高 (P<0.05)。T0.2组的增重率、蛋白质效率显著高于T0组 (P<0.05)，而饲料系数则低于T0组 (P<0.05)。T0.5组的增重率、蛋白质效率和饲料系数与T0组无显著性差异 (P>0.05，表2)。
表 2 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝生长性能的影响Table 2 Effects of taurine addition in low-content fish meal feed on growth performance of M. albus组别
Group初始体质量
IW/g终末体质量
FW/g增重率
WGR/%蛋白质效率
PER饲料系数
FCR肥满度
CF成活率
SR摄食量
FI高鱼粉组 FM 25.01±0.04 51.57±1.75c 93.28±6.33c 1.15±0.08c 2.07±0.14a 10.59±0.36b 95.00±5.00 57.44±0.81 低鱼粉组 T0 25.06±0.06 46.55±0.40a 74.59±1.46a 0.90±0.02a 2.61±0.06b 9.14±0.18a 92.77±2.55 57.87±1.55 0.2%牛磺酸组 T0.2 25.02±0.05 49.07±0.33b 83.95±1.27b 1.05±0.02bc 2.26±0.04a 9.98±0.36ab 93.89±2.58 56.46±0.12 0.5%牛磺酸组 T0.5 25.04±0.02 47.36±0.41ab 77.5±1.95ab 0.96±0.06ab 2.51±0.06b 9.68±0.29a 92.78±2.01 57.23±0.86 注：同列数据上标不同字母表示组间差异显著 (P<0.05)；下表同此。 Note: Values within the same column with different letter superscripts are significantly different (P<0.05). The same as below. 2.2 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝消化率的影响
相较于FM组，其余各组的干物质消化率和蛋白质消化率均显著降低(P<0.05)。添加牛磺酸组的干物质消化率和蛋白质消化率均高于T0组，其中干物质消化率差异显著 (P<0.05，表3)。
表 3 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝消化率的影响Table 3 Effects of taurine addition in low-content fish meal feed on digestibility rate of M. albus% 组别
Group干物质消化率
Digestibility
of dry matter蛋白质消化率
Digestibility
of protein高鱼粉组 FM 70.00±0.74c 72.54±2.54b 低鱼粉组 T0 61.68±0.44a 65.47±1.43a 0.2%牛磺酸组 T0.2 66.63±0.91b 68.94±3.14a 0.5%牛磺酸组 T0.5 64.90±1.21b 67.18±1.54a 2.3 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝部分血液、肝脏生化指标的影响
2.3.1 蛋白质代谢指标
与FM组相比，T0组肝脏AST、AST/ALT和TP显著降低 (P<0.05)，血清中BA和BUN浓度显著升高 (P<0.05)。添加牛磺酸后，黄鳝肝脏AST/ALT、TP均高于T0组，其中T0.2组的AST/ALT显著高于T0和T0.5组，而血氨和尿素氮浓度显著低于T0和T0.5组 (P<0.05， 表4)。
表 4 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝蛋白质代谢相关指标的影响Table 4 Effects of taurine addition in low-content fish meal feed on protein metabolism of M. albus% 组别
Group谷草转氨酶
AST/(U·g−1)谷丙转氨酶
ALT/(U·g−1)谷草/谷丙
AST/ALT总蛋白
TP/(g·L−1)血氨
BA/(µmol·L−1)尿素氮
UN/(mmol·L−1)高鱼粉组 FM 165.56±7.71b 66.78±1.33 2.48±0.12cd 47.38±3.58d 128.16±3.81a 1.54±0.10a 低鱼粉组 T0 131.52±3.01a 65.75±0.68 2.00±0.04a 26.15±1.69a 158.06±3.44b 2.47±0.07d 0.2%牛磺酸组 T0.2 148.29±11.49ab 64.94±0.49 2.59±0.10d 36.39±0.54bc 130.98±4.16a 1.96±0.14b 0.5%牛磺酸组 T0.5 142.94±5.00a 65.93±0.05 2.18±0.11ab 34.76±1.20b 148.40±5.39b 2.28±0.08cd 2.3.2 脂肪代谢指标
T0组TG浓度显著低于FM组 (P<0.05)，而HDL-C/LDL-C值则高于FM组 (P>0.05)。相比于FM组，其余各组HDL-C/LDL-C值增大，TG和总胆固醇 (T-CHO) 浓度减少，其中T0.5组的T-CHO、TG浓度最低 (P<0.05)，T0.2组的T-CHO与FM组无显著性差异 (P>0.05，表5)。
表 5 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝脂肪代谢相关指标的影响Table 5 Effects of taurine addition in low-content fish meal feed on fat metabolism of M. albus组别
Group高密度脂蛋白胆固醇
HDL-C/(mmol·L−1)低密度脂蛋白胆固醇
LDL-C/(mmol·L−1)高密度脂蛋白胆固醇/
低密度脂蛋白胆固醇
HDL-C/LDL-C总胆固醇
T-CHO/(mmol·L−1)甘油三酯
TG/(mmol·L−1)高鱼粉组 FM 2.31±0.45 3.41±0.26 0.61±0.10ab 4.17±0.16b 3.35±0.24c 低鱼粉组 T0 2.70±0.27 3.01±0.09 0.90±0.08bc 3.98±0.12ab 2.97±0.08b 0.2%牛磺酸组 T0.2 2.88±0.21 2.88±0.33 1.08±0.12c 3.64±0.24ab 2.67±0.09b 0.5%牛磺酸组 T0.5 2.94±0.20 2.62±0.20 1.17±0.10c 3.51±0.23a 2.32±0.09a 2.4 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝肠道酶活性的影响
T0组的CK、Na+-K+-ATPase、AKP、AMS、TRYP和LPS活性均显著低于FM组 (P<0.05)。T0.2组的CK、Na+-K+-ATPase、AKP、LPS和TRYP活性显著高于T0组 (P<0.05)，其中AKP、AMS和TRYP活性与FM组无显著性差异 (P>0.05)。T0.5组的Na+-K+-ATPase和LPS活性显著低于FM和T0.2组 (P<0.05，表6)。
表 6 低鱼粉饲料中添加牛磺酸对黄鳝肠道酶活性的影响Table 6 Effects of taurine addition in low-content fish meal feed on intestinal enzyme activities of M. albusU·g−1 组别
Group肌酸激酶
CK钠钾ATP酶
Na+-K+-ATPase碱性磷酸酶
AKP淀粉酶
AMS胰蛋白酶
TRYP脂肪酶
LPS高鱼粉组 FM 148.60±19.81b 264.38±14.53c 6.40±0.26b 125.51±15.41b 79.21±12.02b 25.08±1.52d 低鱼粉组 T0 80.51±7.96a 140.94±11.17a 4.33±0.69a 86.61±11.84a 36.94±3.71a 8.42±0.85a 0.2%牛磺酸组 T0.2 244.30±42.50c 209.68±13.55b 7.37±1.30b 102.67±9.72ab 85.38±10.67b 18.01±1.20c 0.5%牛磺酸组 T0.5 204.90±12.30bc 169.23±9.30a 4.36±0.56ab 110.77±16.53ab 56.32±11.46ab 12.20±0.97b 3. 讨论
本实验发现，T0组黄鳝的增重率、蛋白质效率、干物质消化率和蛋白质消化率显著低于FM组，饲料系数显著上升。此结果与饲料中缺乏牛磺酸导致凡纳滨对虾 (Penaeus vanname)[17]、斑点叉尾鮰 (Ictalurus punctatus)[18]和草鱼 (Ctenopharyngodon idellus)[13]等生长性能和饲料效率下降的结果相似。推测可能是由于饲料中牛磺酸含量下降，不足以满足黄鳝的生长需求，且导致氨基酸不平衡，氨基酸代谢水平降低，从而使黄鳝的生长性能下降；此外，肠道消化酶、Na+-K+-ATPase、AKP和CK与鱼类对营养物质的消化吸收功能密切相关，分别参与了营养物质的消化、转运、细胞膜的主动运输以及为营养物质吸收提供能量的过程[19-21]。T0组黄鳝肠道胰蛋白酶、淀粉酶、Na+-K+-ATPase、AKP和CK活性均显著下降，表明当饲料中牛磺酸不足时，黄鳝对营养物质的消化、吸收能力降低。
牛磺酸具有显著提高饲料中蛋白质效率、改善肠道健康、促进机体生长性能等作用[22]。在低鱼粉饲料中添加牛磺酸后，黄鳝增重率、蛋白质效率、干物质消化率和蛋白质消化率升高，饲料系数降低，这与尼罗罗非鱼 (Oreochromis niloticus)[23]、舌齿鲈 (Dicentrarchus labrax)[24]和青鱼 (Mylopharyngodon piceus)[12]的研究结果相似，但添加0.5%牛磺酸的作用效果弱于0.2%，表明适量牛磺酸可提高黄鳝生长性能及其对饲料中营养物质的利用率，而过量则对黄鳝的生长与消化吸收产生一定负面作用[13]；添加牛磺酸后，黄鳝肠道TRYP、AMS、LPS、Na+-K+-ATPase、AKP和CK活性升高，与花鳗鲡 (Anguilla marmorata) [25]的研究结果相近，表明牛磺酸可一定程度上直接或间接提高黄鳝肠道消化酶的活性，进而促进黄鳝对蛋白质的利用并提高其生长性能。Na+-K+-ATPase、AKP和CK活性升高，可能是由于适量牛磺酸可修复肠道组织结构[12]、增强细胞代谢水平。
血氨和尿素氮分别是氨基酸脱氨基作用的终产物和蛋白质代谢的主要终产物，两者的含量变化可反映机体氨基酸代谢及蛋白质代谢的程度；在一定范围内，肝脏转氨酶活性及AST/ALT越高，氨基酸的合成代谢越旺盛[26]。本研究显示，低鱼粉饲料使黄鳝肝脏AST活性、总蛋白和AST/ALT显著降低，血氨和尿素氮浓度显著升高，表明低鱼粉饲料不利于黄鳝的氨基酸代谢、蛋白质合成代谢，这与前期的研究结果[11-12]相似。大量研究发现，牛磺酸可参与多种营养代谢过程，在机体内发挥重要的生理功能[7]。适量添加牛磺酸后，黄鳝肝脏AST、AST/ALT和TP升高，血氨和尿素氮浓度降低，表明牛磺酸可促进黄鳝的氨基酸合成代谢，增加蛋白质沉积，原因可能是：1) 牛磺酸可提高多种酶活性，进而促进蛋白质代谢[27]；2) 外源牛磺酸的添加节约了机体内其他含硫氨基酸合成转化为牛磺酸；3) 牛磺酸可通过增强血清中控制鱼类机体生长激素基因表达和合成的甲状腺激素分泌，甲状腺激素可调节生长激素的基因表达和合成，从而促进蛋白质的合成[28]。但添加过量牛磺酸 (T0.5组) 时黄鳝的氨基酸合成代谢弱于T0.2组，可能由于过量的牛磺酸使机体氨基酸代谢紊乱，最终导致蛋白质沉积减少。
T-CHO、TG、HDL-C和LDL-C是反映机体脂肪代谢的重要指标，其中HDL-C是高密度脂蛋白 (HDL) 携带胆固醇 (CHO) 形成的，外周组织和血清中的CHO与HDL结合后被运回肝脏，从而使CHO在肝脏中被代谢清除[29]。本实验中，T0组黄鳝TG显著低于FM组，而HDL-C/LDL-C高于FM组，表明低鱼粉高植物蛋白饲料会阻碍黄鳝的脂肪代谢。添加牛磺酸后黄鳝肠道脂肪酶活性升高，血清中HDL-C和HDL-C/LDL-C升高，LDL-C、T-CHO、TG降低，且T0.5组TG显著低于其他各组，可能是因为牛磺酸通过提高HDL水平，促进CHO的逆向转运，加快CHO的清除速度，由此促进脂肪代谢，提高血液物质运输的效率[30]；也可能是牛磺酸通过上调组织细胞表面的低密度脂蛋白受体水平，增加受体与血浆中低密度脂蛋白的结合，提高血浆中LDL-C的清除速率，降低了黄鳝血清中T-CHO的浓度[31-32]；此外，牛磺酸和甘氨酸可与胆酸和鹅脱氧胆酸形成牛磺胆酸和甘氨胆酸，其中胆酸由胆固醇形成，因此牛磺酸与胆酸的结合也是胆固醇含量降低的原因之一[33]。
4. 结论
在本实验条件下，低鱼粉饲料 (22%) 中添加0.2%牛磺酸可促进蛋白质合成和脂肪分解代谢，改善肠道消化吸收功能，从而提升黄鳝的生长性能。但添加过量牛磺酸 (0.5%) 后黄鳝肠道消化吸收功能下降，蛋白质分解代谢增强，不利于黄鳝的生长。
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图 1 不同培养条件下M. afer (a, c)和小球藻C. sorokiniana (b, d) 的生长曲线和光合电子传递效率变化情况
Figure 1. Growth curves and ETR of M. afer (a, c) and C. sorokiniana (b, d) under different culture conditions
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图 2 溶解氧测定示意图及M. afer与小球藻 C. sorokiniana 耗放氧情况
Figure 2. Schematic diagram of dissolved oxygen determination and oxygen release, consumption rate of M. afer and C. sorokiniana
表 1 培养基中葡萄糖剩余量 (
$\overline {\boldsymbol X}{\bf \pm } {\bf {SD}}$ )Table 1 Residual glucose in culture medium
g·L−1 时间
t/dC. sorokiniana M. afer 兼养-空气
Mixotrophy-air兼养-二氧化碳
Mixotrophy-CO2兼养-空气
Mixotrophy-air兼养-二氧化碳
Mixotrophy-CO23 1.50±0.001 2.86±0.010 0.45±0.030 ND 6 0.03±0.001 3.60±0.001 1.50±0.320 ND 8 6.00±0.530 10.99±0.270 4.02±0.620 1.19±0.050 注：ND为未检测出葡萄糖，即培养过程中每次添加的2 g·L−1葡萄糖在检测时已全部利用。 Note: ND indicates that no glucose was detected, which means that 2 g·L−1 glucose had been fully utilized. 
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表 2 不同条件下M. afer细胞生物量、脂肪酸和神经酸质量分数 (
$\overline {\boldsymbol X}{\bf {\pm} } {\bf{SD}}$ )Table 2 Biomass, mass fraction of fatty acids and nervonic acids of M. afer cells under different conditions
生物量
Biomass/(g·L−1)脂肪酸质量分数
Mass fraction of fatty acid/(mg·g−1)神经酸质量分数
Mass fraction of nervonic acid/(mg·g−1)自养-二氧化碳 Autotrophy-CO2 2.458 3±0.000 4 132.20±9.68 0.93±0.02 兼养-空气 Mixotrophy-air 2.620 0±0.000 3 154.01±16.63 2.59±0.01 兼养-二氧化碳 Mixotrophy-CO2 3.261 7±0.000 1 253.02±6.33 5.93±0.15
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