低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶對草魚生長性能和消化生理的影響
摘要:本試驗旨在研究低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶對草魚生長性能、消化酶活性、營養物質表觀消化率和免疫力的影響。試驗選取平均體重為9.66g的健康草魚630尾,隨機分為7個組,每組3個重復,每個重復30尾魚。7組草魚飼喂如下試驗飼料:正常磷(磷酸二氫鈣添加量2.0%)正常魚粉(魚粉添加量3.0%)飼料(對照)、低磷(磷酸二氫鈣添加量1.3%)正常魚粉飼料、低磷正常魚粉并添加0.03%植酸酶飼料、正常磷低魚粉(魚粉添加量1.5%)飼料、正常磷低魚粉并添加0.05%蛋白酶飼料、低磷和低魚粉飼料、低磷低魚粉并添加0.03%植酸酶和0.05%蛋白酶飼料。飼養試驗持續56d。結果顯示:與飼喂正常磷正常魚粉飼料草魚相比,飼喂低磷低魚粉飼料草魚的增重率、特定生長率、營養物質(干物質、蛋白質、鈣和磷)表觀消化率、腸道消化酶(胰蛋白酶、糜蛋白酶和淀粉酶)活性、血清溶菌酶活性均顯著降低(P<0.05),飼料系數和血清丙二醛含量顯著升高(P<0.05)。在低磷正常魚粉飼料、正常磷低魚粉飼料、低磷低魚粉飼料中分別添加植酸酶、蛋白酶、植酸酶與蛋白酶后,草魚的上述指標均得到顯著改善(P<0.05)。以上結果表明,在低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶能夠提高草魚的營養物質表觀消化率、腸道消化酶活性和免疫力,從而改善其生長性能。
我國有著豐富的植物性蛋白質源,如豆粕、菜籽粕、棉籽粕和花生粕等。與動物性蛋白質源相比,植物性蛋白質源具有來源廣且價格相對便宜的特點,采用植物性蛋白質源部分替代魚粉已成為水產養殖業可持續發展的一個重要戰略舉措。但是,由于水產動物體溫不穩定,消化道短,消化系統不完全,消化酶活性弱,對植物蛋白質消化利用率低;同時,由于植物性蛋白質源中含有諸多抗營養因子,如蛋白酶抑制因子、酚類化合物、植酸和非淀粉多糖等,極大地限制了其在水產飼料中的使用。通過外源添加酶制劑的方法可破壞飼料原料中的抗營養因子,提高水產動物對蛋白質、能量、脂肪、鈣(Ca)和磷(P)等營養物質的利用率。目前,應用于水產飼料中的酶制劑主要有植酸酶、蛋白酶和非淀粉多糖酶等。植酸酶能夠將磷酸殘基從植酸上水解下來,因此破壞了植酸對礦物元素的親和力,同時釋放出與植酸(鹽)結合的其他營養物質,從而提高營養物質的利用率,并減少無機磷酸鹽的添加量,不僅對動物具有良好的增重效果,同時可降低動物磷排泄量,有利于環境保護。另外,水產動物因其特殊的消化系統及生活環境等,在生長發育過程中內源消化酶可能分泌不足,特別是幼齡動物,外源蛋白酶的添加一方面可以降解植物性原料中的抗營養因子,另一方面可以促進內源性酶的分泌,從而改善水產動物的消化環境,促進生長。目前,植酸酶已在斑點叉尾(Ictalurus puuctatus)、草魚(Ctenopharyngodon idellus)、花鱸(Lateolabrax japonicas)、黑鯛(Acanthopagrus schlegelii)、異育銀鯽(Carassius auratus gibelio)等水產動物飼料中使用。此外,蛋白酶在尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)、異育銀鯽、虹鱒(Oncorhynchus mykiss)和青魚(Mylopharyngodon piceus)等水產動物上得到應用。這些研究結果表明,飼料中添加植酸酶和蛋白酶均能在不同程度上提高水產動物的生長性能。
植物性蛋白質源在水產動物養殖過程中的使用比例在不斷增加,如何充分利用其營養成分,降低魚粉的使用量和對外依存度,提高飼料報酬的同時減少環境污染,已受到廣大學者的廣泛關注。因此,本研究主要集中在如何充分利用植酸酶和蛋白酶的營養價值,減少磷酸二氫鈣和魚粉的使用方面。草魚是我國主要大宗水產養殖經濟魚類,其具有生長快、營養豐富及味道鮮美等特點,深受廣大消費者的喜愛。因此,本研究以草魚為研究對象,在低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶,通過測定生長性能、體成分、腸道消化酶活性、營養物質表觀消化率和血清免疫功能相關指標,來綜合評價飼料中添加植酸酶和蛋白酶對草魚的影響,以期為植酸酶和蛋白酶在水產飼料中的應用提供部分理論依據。
材料與方法
1 試驗材料
植酸酶和蛋白酶均由廣東某公司提供。植酸酶活性為2000 U/g,適宜pH為4.5~8.0,85℃濕熱處理后酶活性保留率達86%;蛋白酶活性為20000 U/g,適宜pH為5.0~10.0,90℃濕熱處理后酶活性保留率達92%。
2 試驗設計與飼料配方
試驗用健康草魚購自廣東中山百川育苗場。草魚購回后,進行4周的馴養試驗,使其適應養殖環境和試驗飼料。然后選擇體格健壯、體重均勻(平均體重為9.66 g)健康草魚630尾,隨機分為7組(每組3個重復,每個重復30尾),分別飼喂正常磷正常魚粉飼料(Ⅰ組)、低磷正常魚粉飼料(Ⅱ組)、低磷正常魚粉并添加植酸酶飼料(Ⅲ組)、正常磷低魚粉飼料(Ⅳ組)、正常磷低魚粉并添加蛋白酶飼料(Ⅴ組)、低磷和低魚粉飼料(Ⅵ組)、低磷低魚粉并添加植酸酶和蛋白酶飼料(Ⅶ組),具體試驗設計見表1。試驗飼料組成及營養水平見表2。養殖試驗持續56 d。在各試驗飼料中添加0.02%的三氧化釔(Y2O3)作為指示劑,用于營養物質表觀消化率的測定。飼料原料過40目篩,逐級混勻,用單螺桿擠壓機制成直徑為2 mm的沉性顆粒飼料,制粒溫度為80~90℃,顆粒飼料在通風陰涼處晾干后置于4℃冰箱中保存備用。
3 試驗魚及飼養管理
養殖試驗在廣東溢多利生物科技股份有限公司產學研基地室內循環水養殖系統中進行試驗魚以重復為單位飼養于試驗缸每個試驗缸內大小為0.6m×0.7m×0.7m(有效水體250L)。飼養期間,每天定時定點投喂(08:30、12:30和16:30),投喂30 min后收集剩料,烘干稱重,并根據攝食情況調整投喂量。飼養期間,每日吸污,同時更換1/10~3/10的水量;水溫保持在(27.0±2.0) ℃,pH保持在7.0±0.5,溶解氧濃度>6mg/L。
4 指標測定
4.1 生長性能指標
分別在正式試驗開始前和結束后,對各組試驗魚進行計數和稱重,計算體增重率(weight gain rate, WGR)、特定生長率(specific growth rate, SGR)、攝食量(feed intake, FI)、飼料系數(feed conversion rate, FCR)。各指標計算公式如下:
WGR(%) =100×[試驗末重(g) -試驗初重(g)]/試驗初重(g);
SGR(%) =100×[ln試驗末重(g) -ln試驗初重(g)]/試驗天數(d);
FCR=攝食量(g) /增重(g) 。
4.2 飼料、全魚常規營養成分分析
養殖試驗開始和結束時,將試驗魚分別饑餓24 h,用干毛巾吸干魚體表面的水分后稱重。在養殖試驗開始前,取6尾魚進行初始全魚營養成分分析。在56 d的養殖試驗結束后,每缸取2尾魚(每組6尾),用自封袋裝好后置于-20 ℃冰箱中保存,用于全魚營養成分分析。飼料、魚體的常規營養成分含量采用AOAC(1995)法測定,具體方法如下:在105 ℃烘箱中烘至恒重后測定水分含量;分別采用凱氏定氮法(氮×6.25)和索氏提取法測定粗蛋白質和粗脂肪含量;在馬弗爐中灼燒(550℃)后測定粗灰分含量;分別采用乙二胺四乙酸(EDTA)絡合滴定法和鉬黃比色法測定鈣、磷含量。
4.3 營養物質表觀消化率測定
在養殖試驗開始后2周,每天在投喂后采用虹吸的方法收集糞便,每天收集2次。然后用鑷子選擇新鮮、完整的、外表帶有包膜的糞便于-20 ℃冰箱中保存。試驗結束后將收集到的糞便集中,并在烘箱中烘干(60 ℃)備用。測定糞便中粗蛋白質、鈣、磷以及飼料和糞便中釔含量,其中釔含量的測定采用等離子體發射光譜法,其他指標的測定方法同1.4.2。營養物質表觀消化率的計算公式如下:
干物質表觀消化率(%)=100×[1-(飼料中Y2O3含量/糞便中Y2O3含量)];
某營養物質(粗蛋白質、鈣或磷)表觀消化率(%)=100×[1-(糞便中該營養物質含量/飼料中該營養物質含量)×(飼料中Y2O3/糞便中Y2O3含量)]。
4.4 血清生化指標測定
飼養試驗結束后,每組隨機選擇15尾魚,用經肝素鈉試劑潤洗后的注射器尾靜脈采血,離心制備血清后存儲于-80 ℃冰箱中。血清中谷草轉氨酶(glutamic oxalacetic transaminase, GOT)、谷丙轉氨酶(glutamate pyruvate transaminase, GPT)、溶菌酶(lysozyme, LZM)活性和丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量均采用南京建成生物工程研究所生產的試劑盒進行測定,具體測定步驟參照試劑盒說明書。
4.5 腸道消化酶活性測定
快速分離經采血后魚體的腸道,再用液氮速凍后保存于-80 ℃冰箱中。腸道中消化酶如胰蛋白酶(trypsin)、糜蛋白酶(chymotrypsin)、淀粉酶(amylase)、脂肪酶(lipase)活性以及上清液中蛋白質含量均采用南京建成生物工程研究所生產的試劑盒進行測定,具體測定步驟參照試劑盒說明書。
5 數據統計及分析
本試驗所有數據均采用平均值±標準差(mean±SD)表示,采用SPSS 18.0對數據進行單因素方差分析(one-way ANOVA),并結合Duncan氏法對組間數據進行多重比較,以P<0.05作為差異顯著水平。
結果與分析
1 生長性能
由表3可知,低磷低魚粉組的WGR和SGR均顯著低于對照組(正常磷和正常魚粉組,下同)(P<0.05)。與低磷正常魚粉組相比,在其飼料中添加植酸酶能夠使WGR提高11.03%(P<0.05)、SGR提高4.71%(P<0.05)、FCR降低9.60%(P
2 體成分
由表4可知,低磷低魚粉組的全魚鈣和磷含量均顯著低于對照組(P<0.05)。與低磷正常魚粉組和正常磷低魚粉組相比,在其飼料中分別添加植酸酶和蛋白酶均能夠顯著提高全魚鈣和磷含量(P
3 腸道消化酶活性
由表5可知,低磷低魚粉組的胰蛋白酶、糜蛋白酶和淀粉酶活性顯著低于對照組(P<0.05)。與低磷正常魚粉組和正常磷低魚粉組相比,在其飼料中分別添加植酸酶和蛋白酶均能夠顯著提高胰蛋白酶、糜蛋白酶和淀粉酶活性(P
4 營養物質表觀消化率
由表6可知,低磷低魚粉組的干物質、粗蛋白質、鈣和磷的表觀消化率均顯著低于對照組(P<0.05)。與低磷正常魚粉組和正常磷低魚粉組相比,在其飼料中分別添加植酸酶和蛋白酶均能夠顯著提高干物質、粗蛋白質、鈣和磷的表觀消化率(P
5 血清生化指標
由表7可知,低磷低魚粉組的LZM活性顯著低于對照組(P<0.05),而MDA含量顯著高于對照組(P<0.05)。與低磷正常魚粉組和正常磷低魚粉組相比,在其飼料中分別添加植酸酶和蛋白酶均能夠顯著提高LZM活性和降低MDA含量(P
討論
1 低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶對草魚生長性能的影響
在飼料中添加酶制劑既能降解植物性飼料原料中的抗營養因子,同時還可彌補機體內源消化酶的不足,從而促進動物對飼料的消化利用,提高飼料報酬,促進生長。植酸酶可有效降解飼料中的植酸,不僅釋放出與之螯合的磷,同時還可將鈣和蛋白質等營養物質釋放出來供動物吸收利用,減少氮、磷的排泄,提高營養物質利用率,從而促進動物生長。張曉清等的研究表明,添加300 mg/kg植酸酶能夠提高建鯉的體增重。Lu等的研究表明,添加200 mg/kg植酸酶能夠促進黑鯛的生長,且可以使飼料中磷酸二氫鈣的水平從1.5%降至1.0%。在以植物蛋白質為主要蛋白質源的飼料中,添加植酸酶能夠促進植酸磷水解,促進鯽魚(Carassius auratus)生長。本試驗結果顯示,低磷飼料中添加300 mg/kg植酸酶能夠提高草魚的WGR和SGR,促進生長。這可能是因為添加的植酸酶降解了飼料原料中的植酸,釋放出的營養物質改善了草魚的營養狀態,從而達到了促進生長的作用。蛋白酶能夠通過水解植物性蛋白質原料中的抗營養因子,提高水解產物中易被消化吸收利用的氨基酸的含量,還能激活內源消化酶活性,從而提高動物對植物性蛋白質的利用率。本試驗結果顯示,低魚粉飼料中添加500 mg/kg蛋白酶同樣能夠提高草魚的WGR和SGR,促進其生長。Li等在羅非魚上的研究顯示,飼料中添加175 mg/kg的蛋白酶能夠顯著提高增重,改善生長性能。在虹鱒上的試驗結果表明,低魚粉飼料中添加175 mg/kg蛋白酶能夠提高WGR和降低FCR,且提高率和降低率分別達到9.42%和7.80%。在異育銀鯽上的試驗也有相似的研究結果,低魚粉飼料中添加不同水平的蛋白酶(120、150和175 mg/kg)均能提高其體增重,且提高率分別達到5.73%、22.40%和14.38%。但在虹鱒的報道中顯示,飼料中添加蛋白酶對虹鱒的生長性能無顯著影響。不同試驗結果存在差異可能與試驗飼料類型,試驗魚種類、大小,酶制劑來源和養殖環境不同有關。
目前,植酸酶和蛋白酶的復合使用在部分水產動物上已有報道。在建鯉上的試驗表明,低磷(1.5%→1.0%)無魚粉(6%→0)飼料中添加植酸酶和蛋白酶能夠使WGR提高8.88%。在羅非魚上的試驗表明,低磷(1.8%→1.2%)無魚粉(6%→0)飼料中添加植酸酶和蛋白酶能夠使WGR提高13.03%。草魚是我國主要大宗水產養殖經濟魚類,其肌肉中含有豐富的多不飽和脂肪酸,具有重要的保健功能,深受消費者的喜歡。本研究結果顯示,在低磷(2.0%→1.3%)低魚粉(3.0%→1.5%)飼料中添加植酸酶和蛋白酶能夠提高草魚的WGR和SGR,且提高率分別達到15.71%和6.87%,此結果與上述學者的研究結果相似,表明飼料中添加植酸酶和蛋白酶能夠促進動物生長,說明不同酶制劑的配伍使用使得酶功能產生了協同作用,發揮了較大的經濟效益。但是,與對照組相比,低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶后各生長指標還是低于對照組,這可能是由于降低了魚粉在飼料中的使用量,導致魚粉中一些微量營養元素不能滿足魚體生長所需,從而造成些許差異。
2 低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶對草魚體成分的影響
關于植酸酶和蛋白酶對動物體成分的影響已有諸多研究報道。Shi等的研究顯示,在低魚粉飼料中添加不同水平的蛋白酶(120、150和175 mg/kg),對異育銀鯽體成分(水分、粗蛋白質、粗脂肪和粗灰分含量)無顯著影響。Lin等的研究顯示,飼料中添加由蛋白酶、β-葡聚糖酶和木聚糖酶組成的復合酶制劑對羅非魚全魚水分、粗蛋白質、粗脂肪和粗灰分含量無顯著影響。張曉清等的研究顯示,低磷無魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶對建鯉全魚水分、粗蛋白質、粗脂肪和粗灰分含量均無顯著影響。此外,張瑞的研究顯示,飼料中添加植酸酶能夠提高建鯉肌肉粗蛋白質含量,但對粗脂肪和粗灰分含量無顯著影響。張璐等在大黃魚上的研究也有類似的結果,飼料中添加200 mg/kg植酸酶對全魚粗蛋白質、粗脂肪含量和總能無顯著影響。本試驗結果顯示,各組之間在草魚全魚水分、粗蛋白質、粗脂肪和粗灰分含量方面均無顯著差異,該結果可能說明魚類的營養組成相對穩定,不易受到飼養環境和營養條件的影響;但低磷低魚粉組全魚鈣、磷含量要低于對照組,表明低磷低魚粉組中的鈣、磷不能滿足魚體的生長需要,從而導致生長性能的下降;而在低磷低魚粉飼料中補充植酸酶和蛋白酶后,其鈣、磷的營養狀況有所改善。這說明植酸酶和蛋白酶在水解飼料原料時,會釋放出鈣、磷等營養物質,促進礦物元素的沉積,從而提高動物對營養物質的利用。
3 低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶對草魚營養物質表觀消化率的影響
飼料的營養價值是影響動物生長的重要因素,而生產上常用消化率來評價飼料的營養價值,進而考察其對動物生長的影響。動物的生長與干物質、粗蛋白質等營養物質表觀消化率呈正相關。Biswas等的研究發現,在用豆粕部分替代魚粉的飼料中添加2000 U/kg植酸酶,能夠顯著提高真鯛(Pagrus major)蛋白質和磷的表觀消化率,且分別較豆粕對照組提高3.26%和60.04%。在斑點叉尾鮰上的試驗表明,飼料中添加植酸酶能夠提高粗蛋白質、粗脂肪和磷的表觀消化率。同樣,在羅非魚上也有相似的研究結果。在以豆粕、葵籽粕和菜籽粕分別部分替代魚粉的飼料中添加蛋白酶、葡聚糖酶和木聚糖酶能夠提高虹鱒的粗蛋白質和粗脂肪表觀消化率。在異育銀鯽上的試驗表明,飼料中添加蛋白酶能夠提高干物質和蛋白質的表觀消化率。本試驗結果表明,低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶能夠提高草魚對干物質、粗蛋白質、鈣和磷的表觀消化率。這可能是由于植酸、蛋白酶抑制因子等抗營養成分對魚類的消化酶活性有抑制作用,從而抑制了營養物質的消化吸收。植酸酶和蛋白酶的添加一方面可以釋放出與植酸結合的營養物質,促進其消化吸收利用,另一方面也能夠激活部分內源酶,從而改善腸道對營養物質的消化利用。因此,本試驗繼續對植酸酶和蛋白酶對草魚腸道消化酶活性的影響進行了研究。
4 低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶對草魚腸道消化酶活性的影響
動物的生長與消化能力密切相關,而消化能力受到消化酶活性的影響。胰蛋白酶、糜蛋白酶、淀粉酶以及脂肪酶是動物胃腸道中消化營養物質的關鍵酶。Liu等的研究發現,外源脂肪酶的添加能夠通過提高草魚腸道中胰蛋白酶、糜蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性提高草魚的消化能力,從而達到促進生長的作用。關于植酸酶和蛋白酶對動物腸道消化酶活性的影響已有諸多報道。在異育銀鯽上的試驗表明,飼料中添加植酸酶能夠提高肝胰臟和腸道蛋白酶活性。在鯉魚上的試驗表明,低魚粉飼料中添加蛋白酶能夠高前腸和食糜蛋白酶活性。本試驗結果表明,在低磷正常魚粉飼料中添加植酸酶,正常磷低魚粉飼料中添加蛋白酶以及低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶均能在不同程度上提高草魚腸道中胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性,與上述研究結果相似。其原因可能是植物蛋白質源中含有的抗營養因子(植酸、蛋白酶抑制因子等)可與飼料中的蛋白質、糖類和礦物質等結合,導致底物釋放不徹底,對消化酶活性有抑制作用。而植酸酶和蛋白酶可水解飼料原料中的植酸和蛋白酶抑制因子,充分釋放結合部分,刺激機體內源消化酶的分泌,從而提高消化酶活性。此外,在淀粉酶和脂肪酶上的研究顯示,飼料中添加植酸酶對鱸魚(Lateolabrax japonicus)胃和腸道中淀粉酶和脂肪酶的活性的影響不顯著。常青等的研究報道,蛋白酶的添加對魚體消化器官淀粉酶和脂肪酶的活性無顯著影響。本研究結果顯示,飼料中添加植酸酶和蛋白酶可提高腸道淀粉酶的活性,但對脂肪酶的活性無顯著影響。綜上所述,外源酶制劑的添加能夠通過提高消化酶活性,增強動物腸道對營養物質的消化吸收,從而促進生長。而出現部分試驗結果不一致的原因可能與酶的種類、用量,魚的品種、大小,飼料配方以及養殖環境有關。
5 低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶對草魚血清生化指標的影響
血液中的有效成分可以反映機體新陳代謝機能、組織及細胞通透性和健康狀態。GOT和GPT主要參與機體組織中氨基酸的轉運。在本試驗條件下,各組草魚血清中GOT和GPT活性無顯著差異,這與張曉清等在建鯉上的研究結果相似。LZM是魚類先天性免疫系統中的重要殺菌物質,主要通過破壞病原菌的細胞壁,進而導致病原菌裂解、死亡。MDA是體內氧自由基攻擊生物膜中多不飽和脂肪酸而產生的重要產物,可以反映細胞受損傷以及脂質過氧化程度。Adeoye等研究發現,飼料中添加植酸酶、蛋白酶和木聚糖酶能夠增加羅非魚血清中LZM活性。另一篇在羅非魚上的研究也有相似的結果,飼料中添加木聚糖酶、蛋白酶、α-淀粉酶和纖維素酶能夠提高血清中LZM活性。而在鱘魚(Acipenser baeri Brandt ♀×A. schrenckii Brandt)上的試驗表明,低魚粉飼料中添加植酸酶對血清LZM活性無顯著影響,但能降低血清MDA含量。本試驗結果顯示,低磷低魚粉飼料中添加植酸酶和蛋白酶能夠提高草魚血清中LZM活性和降低MDA含量。這些結果說明植酸酶和蛋白酶的添加能夠改善草魚的先天性免疫狀況。這可能是因為植酸酶和蛋白酶的添加提高了動物體對蛋白質及其他營養成分的利用率,同時也促進了免疫相關因子的合成,進而提高了機體的免疫力。
結論
在低磷(2.0%→1.3%)正常魚粉(3.0%)飼料中添加0.03%植酸酶、正常磷(2.0%)低魚粉(3.0%→1.5%)飼料中添加0.05%蛋白酶、低磷(2.0%→1.3%)低魚粉(3.0%→1.5%)飼料中添加0.03%植酸酶和0.05%蛋白酶均能夠提高草魚的營養物質表觀消化率、腸道消化酶活性和免疫力,從而改善其生長性能。
養殖凈化酵素產品說明書
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