金属蛋白酶对奥尼罗非鱼生长、消化率及非特异性免疫功能的影响

乌兰, 谢骏, 王广军, 余德光, 胡朝莹, 牛继峰

乌兰, 谢骏, 王广军, 余德光, 胡朝莹, 牛继峰. 金属蛋白酶对奥尼罗非鱼生长、消化率及非特异性免疫功能的影响[J]. 南方水产科学, 2007, 3(3): 8-13.
引用本文: 乌兰, 谢骏, 王广军, 余德光, 胡朝莹, 牛继峰. 金属蛋白酶对奥尼罗非鱼生长、消化率及非特异性免疫功能的影响[J]. 南方水产科学, 2007, 3(3): 8-13.
WU Lan, XIE Jun, WANG Guangjun, YU Deguang, HU Chaoying, NIU Jifeng. Effect of the metalloprotease on growth performance, digestibility and non-specific immune of hybrid tilapia Oreochromis niloticus × O.aureus[J]. South China Fisheries Science, 2007, 3(3): 8-13.
Citation: WU Lan, XIE Jun, WANG Guangjun, YU Deguang, HU Chaoying, NIU Jifeng. Effect of the metalloprotease on growth performance, digestibility and non-specific immune of hybrid tilapia Oreochromis niloticus × O.aureus[J]. South China Fisheries Science, 2007, 3(3): 8-13.

金属蛋白酶对奥尼罗非鱼生长、消化率及非特异性免疫功能的影响

基金项目: 

广东省科技计划项目 2005B33201012

广东省科技计划项目 2005B20301024

广东省自然科学资金项目 5004159

广东省自然科学资金项目 05011783

详细信息
    作者简介:

    乌兰(1980-), 女, 硕士研究生, 从事水产动物营养与健康养殖方面的研究。E-mail: largewlwl@tom.com

    通讯作者:

    谢骏, E-mail: xj007@tom.com

  • 中图分类号: S963.73+2

Effect of the metalloprotease on growth performance, digestibility and non-specific immune of hybrid tilapia Oreochromis niloticus × O.aureus

  • 摘要:

    在基础饲料中分别添加0、0.03%、0.05%、0.10%的金属蛋白酶,饲喂奥尼罗非鱼56 d,测定奥尼罗非鱼的生长、消化率及血清溶菌酶活力和超氧化物歧化酶活力(SOD)。结果表明,添加0.10%的金属蛋白酶显著提高了奥尼罗非鱼的增重率(P<0.05),降低了饵料系数(P<0.05);添加0.10%的金属蛋白酶显著提高了奥尼罗非鱼对蛋白质的表观消化率(P<0.05),添加0.05%和0.10%的金属蛋白酶均显著提高奥尼罗非鱼对干物质的表观消化率(P<0.05);在血清酶活力方面,添加0.10%的金属蛋白酶组SOD活力比对照组高(P<0.05)。因此,饲料中添加金属蛋白酶能显著促进罗非鱼生长和营养物质的利用,提高罗非鱼血清SOD活力。

    Abstract:

    The effects of adding different level of metalloprotease in the diet on growth performance, apparent digestibility and non-specific immune of tilapia (Oreochromis niloticus × O.aureus)were investigated. Four different diets were fed to fish for 56 days: a basic diet as control and three diets supplemented with 0.03%, 0.05% and 0.10% metalloprotease. Fish fed with the diet added 0.10% enzyme had significantly higher weight gain and lower feed conversion ratio (FCR) than that of the control group (P < 0.05).Furthermore, the addition of the 0.10% metalloprotease had positive effects on the protein apparent digestibility (P < 0.05) and dry matter apparent digestibility (P < 0.05), and the level of 0.05% also improved the dry matter apparent digestibility significantly (P < 0.05).Superoxide dismutase (SOD) activity in tilapia serum was significantly higher than that of the control group when the fish fed with the diet supplemented with 0.10% metalloprotease.In conclusion, the addition of dietary metalloprotease had significant positive effects on growth performance, protein digestibility and nutrient utilization of tilapia, and enhanced the activities of SOD in tilapia serum.

  • 酶是活细胞产生的一类具有催化能力的蛋白质,是促进生化反应的高效物质。从20世纪80年代以来酶制剂已成为养殖业应用的热点。现今使用的多为复合酶制剂,对单一酶制剂的研究侧重于植酸酶、木聚糖酶及葡聚糖酶,而对于蛋白酶作为饲用酶制剂的研究甚少[1-2]。蛋白酶的作用是将组成蛋白的大分子多肽水解成寡肽或氨基酸,从而提高饲料蛋白的利用率。金属蛋白酶是从韩国巫婆蜘蛛(Nephila clavata)肠道分离出的微生物产生的高活性蛋白酶,该蛋白酶与饲料中的金属离子具有高度协同作用,对植物蛋白和动物蛋白有很强的分解能力,且安全、无毒,可作为各种饲料的酶制剂[3]。本试验在罗非鱼基础饲料中添加金属蛋白酶制剂,研究其对奥尼罗非鱼生长、消化率及非特异性免疫功能的影响,从营养物质的消化吸收和免疫学角度来探讨酶制剂的作用机理,为其在罗非鱼饲料中的推广应用提供依据。

    试验时间: 2006年6月30日~2006年8月24日。

    试验地点: 中国水产科学院珠江水产研究所基地。

    奥尼罗非鱼(Oreochromis niloticus × O.aureus)购于珠江水产研究所良种基地。

    试验的基础饲料营养成分为粗蛋白30%、粗纤维15%、粗灰分15%、总磷0.6%、钙0.5%~1.2%、食盐0.2%~0.8%、赖氨酸1.0%、水分12.9%,试验饲料为基础饲料中分别添加0、0.03%、0.05%、0.10%的金属蛋白酶。试验饲料由佛山市金屏饲料有限公司加工。

    金属蛋白酶由北京金英赛得科技有限公司提供,含600 000 IU · kg-1的蛋白酶,该蛋白酶是从韩国巫婆蜘蛛肠道分离出的微生物产生的高活性蛋白酶,并且与多数金属离子(Zn2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Co2+、Cu2+)具有高度协同作用,该酶制剂经特殊工艺包埋处理可耐高温,经检测,制粒后仍可保持80%以上的酶活。

    试验鱼暂养1周后,挑选规格较为一致的个体(平均体重8.5 g左右)放于网箱(1 m×1 m×1 m),网箱置于室外水泥池,每网30尾。试验分4组,即对照、低浓度、中浓度、高浓度,每组各设3个重复。每天定时投饵(8:00, 11:30,17:00),定时测定水温、溶氧、pH值,日投饵量为鱼体重的4%~6%,并根据鱼体进食情况和天气变化情况及时调整投饵量,试验期间水温为27.6~32.3℃,DO>4.0 mg · L-1,pH值为7.0~8.5。

    试验分4组,同上,每组各设3个重复,在规格为69 cm×48 cm×60 cm的塑料箱中进行,每箱放鱼8尾,投喂添加1% Cr2O3的试验饲料,24 h连续充气。每天投饵2次(9:00,16:00),投喂7 d后,每天喂料2 h后收集粪便,用捞网捞起条状粪便,用镊子选择新鲜、外表带有包膜的,尽可能完整的粪便放入容器中冷冻保存,实验结束后将每天收集到的粪便集中,并在60℃烘箱中烘干备用。

    血清制备,生长试验结束次日,从每个网箱中对应取出8尾鱼,用1 mL一次性无菌注射器从鱼侧线下第2个鳞片处深入针头于脊柱正下方血管中取血,去掉针头,将血液注入1.5 mL的灭菌离心管中,放4℃冰箱过夜后,以4 000 rmp · min-1低温离心5 min,吸取上清液,每4尾鱼的上清液混合,置于-20℃冰箱备用。

    在试验开始及试验结束的前1 d停止投饵,将鱼饥饿1 d。然后用电子天平称鱼体重,精确到0.01 g,计算相对增重率,饲料系数及成活率。有关计算公式如下:

    $$ \begin{aligned} & \text { 相对增重率 }(\%)=\frac{\text { 试验末鱼均重-试验初鱼均重 }}{\text { 试验初鱼均重 }} \times 100 \\ & \text { 饵料系数 }=\frac{\text { 总摄食量 }}{\text { 鱼体净增重 }} \\ & \text { 成活率 }(\%)=\frac{\text { 试验末鱼总数-试验初鱼总数 }}{\text { 试验初鱼总数 }} \times 100 \end{aligned} $$

    蛋白质的测定采用凯氏定氮法,Cr2O3含量的测定采用湿氏灰化定量法。其计算公式为:

    $$ \begin{array}{l} 蛋白质表观消化率(\% ) = 100 - 100 \times \frac{{{\rm{ 粪便中粗蛋白含量 }}}}{{{\rm{ 含量饲料中粗蛋白含量 }}}} \times \frac{{{\rm{ 饲料中 C}}{{\rm{r}}_2}{{\rm{O}}_3}{\rm{ 含量 }}}}{{{\rm{ 粪便中C}}{{\rm{r}}_2}{{\rm{O}}_3}{\rm{含量}}}}\\ 干物质表观消化率(\% ) = 100 - 100 \times \frac{{{\rm{ 饲料中 C}}{{\rm{r}}_2}{{\rm{O}}_3}{\rm{ 含量 }}}}{{{\rm{ 粪便中C}}{{\rm{r}}_2}{{\rm{O}}_3}{\rm{含量}}}} \end{array} $$

    (1) 溶菌酶活力测定。采用溶菌酶试剂盒(购于南京建成生物工程研究所),其原理为在一定浓度的混浊菌液中,由于溶菌酶能水解细菌细胞壁粘多肽使细菌裂解浓度降低,透光度增强,故可以根据浊度变化来推测溶菌酶含量。具体步骤见试剂盒说明书。

    $$ \begin{aligned} &\text { 溶菌酶活力计算公式: 溶菌酶活力 }(\mathtt{μ} \mathrm{g} \text { • }\\ &\begin{aligned} & \left.\mathrm{mL}^{-1}\right)=\frac{\text { 测定管透光度 }- \text { 空白管透光度 }}{\text { 准管透光度 }- \text { 空白管透光度 }} \times \text { 标准管浓 } \\ & \text { 度 }\left(10 \mathtt{μ} \mathrm{~g} \cdot \mathrm{~mL}{ }^{-1}\right) \end{aligned} \end{aligned} $$

    (2) SOD活力测定。采用超氧化物歧化酶试剂盒(购于南京建成生物工程研究所),其原理为通过黄嘌呤及黄嘌呤氧化酶反应系统产生超氧阴离子自由基(O2- ·),后者氧化羟胺形成亚硝酸盐,在显色剂的作用下呈现紫红色,用可见光分光光度计测其吸光度。当被测样品中含SOD时,则对超氧阴离子自由基有专一性的抑制作用,使形成的亚硝酸盐减少,比色时测定管的吸光度值低于对照管的吸光度值,通过公式计算可求出被测样品中的SOD活力。

    SOD活力定义为,每毫升反应液中SOD抑制率达50%时所对应的SOD量为1个SOD活力单位(U)。测定步骤参照说明书进行,取样量为50 μL。SOD活力计算公式: 总SOD活力(U · mL-1) = $\frac{\text { 对照管吸光度 }- \text { 测定管吸光度 }}{\text { 对照管吸光度 }} \div 50 \% \times \frac{\text { 反应液总量 }}{\text { 取样量 }} $

    实验数据用Microsoft Excel作初步处理,用SPSS(Ver.11.5)进行统计分析。实验各组间的差异采用单因子方差(One-Way Anova)分析,多重比较采用最小显著差数法(LSD),结果用平均数±标准差表示。

    表 1可知,与对照组相比,添加高浓度蛋白酶组的增重率表现显著性差异(P<0.05),其增重率提高了25.13%,而低浓度与中浓度组增重率虽有所提高,但差异不显著(P>0.05)。饵料系数各浓度组与对照组相比均有所降低,分别降低了6.98%、4.65%、12.79%,其中高浓度蛋白酶组与对照组相比,差异显著(P<0.05)。饲料中添加金属蛋白酶对奥尼罗非鱼成活率没有显著性影响(P>0.05)。

    表  1  金属蛋白酶对奥尼罗非鱼生长性能的影响
    Table  1.  Effects of metalloprotease on growth performance of tilapia
    组别
    group
    初均重/g
    initial average weight
    末均重/g
    final average weight
    增重率/%
    weight gain rate
    饵料系数
    feed conversation rate
    成活率/%
    survival rate
    对照 control 8.70±0.14 45.23±1.54a 420.10±24.34a 1.72±0.04a 98.89±0.02
    低浓度(0.03%)
    light concentration
    8.38±0.36 45.88±2.59a 447.06±8.09a 1.60±0.14ab 96.67±0.01
    中浓度(0.05%)
    medium concentration
    8.17±0.17 44.18±1.54a 441.09±26.72a 1.64±0.08ab 97.78±0.04
    高浓度(0.10%)
    high concentration
    8.55±0.41 53.37±3.38b 525.68±64.05b 1.50±0.07b 97.78±0.04
    注: 同一列不同字母表示差异显著(P<0.05)
    Note:Different letters in the same row mean significant difference(P<0.05).
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    表 2可知,饲料中添加金属蛋白酶可提高奥尼罗非鱼对蛋白质的表观消化率。与对照组相比,添加高浓度蛋白酶组差异显著(P<0.05),其蛋白质消化率提高了5.25%。随着饲料中蛋白酶含量的增加干物质表观消化率呈上升趋势,与对照组相比,饲料中添加中浓度、高浓度蛋白酶组差异均显著(P<0.05),其干物质消化率分别了16.63%、27.82%,同时,高浓度组与低浓度组相比差异显著(P<0.05)。

    表  2  金属蛋白酶对奥尼罗非鱼营养物质表观消化率的影响
    Table  2.  Effects of metalloprotease on the apparent digestibility of nutrient of tilapia
    组别
    group
    蛋白质表观消化率
    protein apparent digestibility
    干物质表观消化率
    dry matter apparent digestibility
    对照 control 80.79±0.67a 46.37±1.50a
    低浓度  light concentration 83.02±0.88ab 51.32±0.87ab
    中浓度 medium concentration 82.91±2.25ab 54.08±5.19bc
    高浓度  high concentration 85.03±0.92b 59.27±0.93c
    注: 同一列不同字母表示差异显著(P<0.05)
    Note:Different letters in the same mean significant difference(P<0.05).
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    图 1可知,饲料中添加金属蛋白酶可提高血清溶菌酶活力,但差异不显著(P>0.05)。

    图  1  金属蛋白酶对奥尼罗非鱼血清溶菌酶活力的影响
    Figure  1.  Effects of metalloprotease on the lysozyme activity in tilapia serum

    图 2可知,与对照组相比,饲料中添加高浓度蛋白酶的实验组差异显著(P<0.05),低浓度组、中浓度组SOD活力均有所提高,但差异不显著(P>0.05)。

    图  2  金属蛋白酶对奥尼罗非鱼血清超氧化物歧化酶活力的影响
    Figure  2.  Effects of metalloprotease on the SOD activity in tilapia serum

    金属蛋白酶之所以促进罗非鱼生长,可能有以下几点原因: (1)该蛋白酶与饲料中的金属离子具有高度协同作用,当豆粕等饲料原料中含有金属离子时可以使金属蛋白酶的活性增加; (2)该蛋白酶对植物蛋白和动物蛋白有很强的分解能力,尤其是对植物蛋白,通过在动、植物原料中添加金属蛋白酶,可以显著提高水解产物中容易被动物吸收利用的必需氨基酸和非必需氨基酸的含量[3-4]; (3)可能会激活内源消化酶的分泌[5-6],促进内外消化酶共同作用。

    在奥尼罗非鱼基础饲料中添加0.10%的金属蛋白酶可以显著提高增重率并降低饵料系数。这与蛋白酶在畜禽上的许多报道相符,如在断奶仔猪日量中添加0.2%的酸性蛋白酶能提高仔猪断奶后日增重1.4%,提高饲料转化率9.0%[7]; 在肉鸡饲料中添加蛋白水解酶能提高饲料转化率[8]

    在尼罗罗非鱼O.niloticus[9]、异育银鲫Carassius auratus gibelio[10]、黄颡鱼Pelteobagrus fulvidraco[11]和彭泽鲫Carassius auratus varpengze[12]等的研究中,含蛋白酶的复合酶制剂能提高营养物质消化率,特别是显著提高粗蛋白质和干物质的表观消化率。在虹鳟Oncorhynchus mykiss饲料中添加蛋白水解酶时,能增加粗蛋白的表观消化率[13]。奚刚等[14]也报道了饲料中添加中性蛋白酶能显著提高前期、后期丝毛乌骨鸡Gallus gallus domesticus brisson对粗蛋白的表观消化率。本试验中,饲料中添加0.10%的金属蛋白酶能显著提高奥尼罗非鱼对粗蛋白的表观消化率,添加0.05%和0.10%的金属蛋白酶能显著提高对干物质的表观消化率。这与上述研究报道相似。

    水产动物体内的溶菌酶是一种重要的非特异性防御因子,特别是鱼生理防御水平的一个重要标志,也可以体现病原菌及其它环境因素对鱼体健康的影响[15]。溶菌酶活性提高,表明吞噬细胞活性增加,促进机体的免疫保护[16]

    超氧化物歧化酶广泛存在于各种需氧生物体内,具有清除机体在新陈代谢过程中产生的超氧阴离子自由基(O2+ ·)的能力,属于生物体内的防御系统酶类[17]。已有研究发现,SOD活性与生物的免疫水平密切相关,因此,可作为机体非特异性免疫评价指标[18]

    近年来,有关鱼类非特异性免疫功能的研究多数是关于低聚果糖、β-葡聚糖、低聚木糖、中草药、维生素C和维生素E的研究[19-23],而对于酶制剂的研究很少。本研究结果表明,金属蛋白酶可提高罗非鱼血清SOD活力,且添加量为0.10%时与对照组相比差异显著(P<0.05)。这与钟国防等[24]的报道,饲料中添加木聚糖酶和含蛋白酶的复合酶制剂能提高罗非鱼SOD活力(P<0.01)相符,钟国防等认为添加酶制剂能提高非特异性免疫能力,主要是养分利用率对免疫应答有间接作用,其作用机制是添加酶制剂后,提高了罗非鱼的消化吸收能力,特别是提高了鱼体对蛋白质及其它营养成分的利用率,从而促进了相关免疫因子的合成。这与本研究的结果,即金属蛋白酶能提高奥尼罗非鱼蛋白质表观消化率和干物质表观消化率相符。另外,本研究显示,金属蛋白酶可以提高血清溶菌酶活力,但与对照组相比差异不显著。其原因可能是罗非鱼血清中溶菌酶含量比较低,微量酶制剂在短时间内对其发挥作用不明显。

  • 图  1   金属蛋白酶对奥尼罗非鱼血清溶菌酶活力的影响

    Figure  1.   Effects of metalloprotease on the lysozyme activity in tilapia serum

    图  2   金属蛋白酶对奥尼罗非鱼血清超氧化物歧化酶活力的影响

    Figure  2.   Effects of metalloprotease on the SOD activity in tilapia serum

    表  1   金属蛋白酶对奥尼罗非鱼生长性能的影响

    Table  1   Effects of metalloprotease on growth performance of tilapia

    组别
    group
    初均重/g
    initial average weight
    末均重/g
    final average weight
    增重率/%
    weight gain rate
    饵料系数
    feed conversation rate
    成活率/%
    survival rate
    对照 control 8.70±0.14 45.23±1.54a 420.10±24.34a 1.72±0.04a 98.89±0.02
    低浓度(0.03%)
    light concentration
    8.38±0.36 45.88±2.59a 447.06±8.09a 1.60±0.14ab 96.67±0.01
    中浓度(0.05%)
    medium concentration
    8.17±0.17 44.18±1.54a 441.09±26.72a 1.64±0.08ab 97.78±0.04
    高浓度(0.10%)
    high concentration
    8.55±0.41 53.37±3.38b 525.68±64.05b 1.50±0.07b 97.78±0.04
    注: 同一列不同字母表示差异显著(P<0.05)
    Note:Different letters in the same row mean significant difference(P<0.05).
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    表  2   金属蛋白酶对奥尼罗非鱼营养物质表观消化率的影响

    Table  2   Effects of metalloprotease on the apparent digestibility of nutrient of tilapia

    组别
    group
    蛋白质表观消化率
    protein apparent digestibility
    干物质表观消化率
    dry matter apparent digestibility
    对照 control 80.79±0.67a 46.37±1.50a
    低浓度  light concentration 83.02±0.88ab 51.32±0.87ab
    中浓度 medium concentration 82.91±2.25ab 54.08±5.19bc
    高浓度  high concentration 85.03±0.92b 59.27±0.93c
    注: 同一列不同字母表示差异显著(P<0.05)
    Note:Different letters in the same mean significant difference(P<0.05).
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图(2)  /  表(2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2006-12-21
  • 修回日期:  2007-01-14
  • 刊出日期:  2007-06-04

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