随着水产养殖向集约化方向发展,水产养殖动物对饲料的依赖性越来越强。多数水产养殖动物都有其合适的人工饲料,但是有些水产养殖动物,虽然历经多年研究,但是目前仍未能从根本上解决其人工配合饲料问题。如鳜鱼,就是一种十分特别的鱼类。天然条件下,鳜鱼以活的鱼类为食物。前期的研究发现通过模拟其食物振动、化学成分、物理性状等均不能使其摄食人工饵料。这说明我们对鳜鱼的摄食到底是由什么调控的仍然不清楚。在水产养殖中,人工饲料研制和使用的基础就是对鱼类摄食调控机制的了解。

一、轮虫

我国是世界水产养殖大国之一,水产养殖总产量已连续多年居世界第一。水产饲料是水产养殖的重要物质基础,被称为水产养殖业的粮草,在水产养殖业中具有举足轻重的地位。水产动物对饲料蛋白质水平要求较高,一般为畜禽的2
~ 4倍,通常占配方的25% ~
50%,甚至更多。饲料蛋白质含量过高或过低,均不利于鱼虾生长。同时,不同水产动物对脂肪、糖类等营养成分的需求也存有明显差异。因此,合理的饲料配方及蛋白来源是水产饲料能否得到高效利用的关键。

摄食是鱼类等水产养殖动物获取营养和能量的唯一途径,动物通过摄食为个体的存活、生长、发育及繁殖等提供物质和能量基础。水产动物的摄食包括摄食行为、摄食量、摄食频率、摄食节律等。集约化水产养殖中,饲料通常占养殖成本的60%以上,合理的投喂不仅使养殖动物可以获得充分、平衡的营养,而且可以降低饲料用量,提高生长效率,降低养殖成本,还可以减少废物排放,降低渔业污染。

刚下塘的鱼苗以轮虫和无节幼体等小型浮游动物为主食,兼食人工投喂的饲料(如熟蛋黄、豆浆),因此,鱼苗下塘前,池水清瘦的应适量投施粪肥进行肥水繁生水生生物,以满足鱼苗的营养需求。

1鱼粉应用现状

然而,很多水产动物的摄食调控机制仍然不十分清楚。这主要是因为水产动物的摄食调控非常复杂,不仅与其本身的遗传背景有关系,还随年龄、季节、食物类型、食物丰度、营养史等发生变化。最适觅食理论假设:鱼类在觅食过程中的一系列形态、感觉、行为、生态和生理特性等,均为保证鱼类具有最大的摄食生态适应性,而这种适应总是倾向于使鱼类获得最大的净能收益。在对水产动物的摄食调控上,包括了对食物摄取的质和量的调控。

鱼苗的生长速度和轮虫的生物量之间有一定的相关性。

鱼粉具有蛋白质含量高、富含动物必需氨基酸、容易被动物消化吸收等特点,因此,鱼粉作为水产饲料的主要蛋白源具有特殊的优势。近年来,随着水产品需求量的日益增加,养殖规模的逐渐扩大,鱼粉的需求量呈现快速增长之势。然而全球渔业自然资源的衰退导致世界鱼粉产量逐年下降,鱼粉供应矛盾日益突出、价格不断攀升。我国年均进口鱼粉约100万t,鱼粉供应的数量和价格对我国养殖业的效益影响颇大。寻找价格低廉、来源丰富的饲料蛋白源来替代鱼粉具有重要的意义。

鱼类食欲的调控包括中央调控和外周调控,中央调控主要在下丘脑区域,该区域整合来自各种物理、代谢或者内分泌的信号,再通过中枢神经系统发出刺激或者抑制摄食的信号。外周调控包括通过脑发出的或者消化道反馈体液信号,如由胃、肠等合成的脑肠肽Ghrelin,具有促进生长激素释放,增加食欲等功能,是目前研究发现的唯一一个外周分泌的能促进食欲的激素;其他如胆囊收缩素CCK、铃蟾肽、生长激素抑制素SMT等,均会抑制摄食。

轮虫的生物量在0~30毫克/升的范围内,鱼苗的日增重率随轮虫数量的增多而加快,两者呈正相关。

近年来,国内外学者在寻找鱼粉替代蛋白源及各种蛋白源替代鱼粉作为饲料蛋白源的最优比例方面已进行了大量的研究。当前可利用的蛋白源主要包括动物性蛋白源、植物性蛋白源和单细胞蛋白源三类。动物性蛋白源和单细胞蛋白源的营养价值较植物性蛋白源高,含丰富的蛋白质,但植物蛋白源具有价格低廉且供应比较稳定的优势。

注:AgRP:豚鼠相关蛋白agouti-relatedprotein;

轮虫的生物量在32~160毫克/升的范围内,轮虫的数量越多,鱼苗的日增重率越低,两者呈负相关。

2动物性蛋白源

BBS/GRP:铃蟾肽/促胃肽bombesin/gastrin-releasingpeptide;

因此,控制轮虫的生物量极为重要。鱼苗下塘时,轮虫的生物量为20毫克~30毫克/升较适宜。

鱼粉替代动物性蛋白源主要包括畜禽加工副产品、昆虫及其他一些动物性蛋白源等。此类蛋白源富含蛋白质、矿物质、维生素,但糖类含量低,营养价值一般比植物性蛋白源高。

CART:可卡因和安非他明调节转录产物cocaine-andamphetamine-regulatedtranscript;

水体轮虫生物量的检查方法:在晴天中午,用有刻度的小量筒随机取塘水数毫升,对光看,像灰尘大的乳白色小点即为轮虫,数其个数,求出每毫升水中的个数。多取几个点求平均值,如每毫升水中有10个轮虫,即达到肥水标准。观察水质,以灰白色水色最好,黄绿、嫩绿、黄褐色也很好。

2 .1畜禽加工副产品

CCK:胆囊收缩素cholecystokinin;

二、放养

根据所利用的畜禽下脚料不同,可作为蛋白源的畜禽加工副产品包括肉骨粉、肉粉、血粉、羽毛粉等。羽毛粉蛋白质含量高,但因含有较多的二硫键且不易被水解,不易被水产动物消化吸收,可消化率低。Wang等发现,当羽毛粉替代10%
~30%鱼粉,娩状黄姑鱼的特定生长率和体增质量都显著下降。因此,摸索出一些破坏二硫键的有效方法对于提高羽毛蛋白质的利用率具有重要的意义。

CRF:促肾上腺皮质激素释放因子corticotrophin-releasingfactor;

养殖池塘及鱼苗准备好后,即可进行放养。

目前羽毛粉降解技术主要有高压水煮、膨化、酸碱降解、生物酶法等。血粉是一种非常好的鱼粉替代蛋白源,其营养丰富,粗蛋白含量往往超过85%,且畜禽血液年产达2000万t以上,每年可供生产血粉200万t。然而不同加工工艺生产的血粉其营养价值差别很大,目前应用较广的主要为发酵血粉。发酵血粉经菌种优选和工艺改进,比直接干燥血粉或蒸煮血粉可消化氨基酸增加,适口性提高,且发酵过程中可产生多种B族维生素。谭东权报道,用发酵血粉培养革胡子鲶鱼苗,无论生长还是成活率都较理想。北京水产研究所用发酵血粉全部代替鲤鱼饲料中的鱼粉,获得成功。养鳟饲料一般添加5%左右的发酵血粉。E
IHaroun等对虹鳟的研究表明,喷雾干燥后的鸡血粉和急骤干燥后的牛血粉中赖氨酸的生物活性比L-赖氨酸盐酸盐还略高,对虹鳟的体增质量和饲料效率等也有较好的效果。肉粉、肉骨粉是营养比较全面的饲料蛋白源,后者钙、磷含量丰富。但肉骨粉的消化率低且必需氨基酸不平衡,在大黄鱼饲料中替代水平较低,而以肉骨粉配合赖氨酸和蛋氨酸使用时则对鲤鱼的生长性能有较大程度改善。另外,肉骨粉的替代比例也成为众多学者研究的热点,Robaina等用肉骨粉替代鱼粉的饲料喂养金头鲷,发现肉骨粉替代鱼粉的比例高达40%时,鱼的生长情况良好,各项生长指标和饲料利用率均高于全鱼粉对照组。但进一步的组织学研究却发现,当饲料中的肉骨粉超过20%时,鱼的肝部发生了明显的病变。

GH:生长激素growthhormone;

养殖量一般根据出池规格大小而定,一般情况下亩放20-30万尾。

2. 2昆虫

GLP:胰高血糖素样肽glucagons-likepeptide;

如果培育乌仔(1-1.5厘米)后陆续出售或分塘的,每亩水面可以养殖80-100万尾。

昆虫是动物界中最大的类群,是地球上最具开发潜力的动物蛋白资源。相关研究表明,昆虫体内蛋白质含量接近或高于优质鱼粉的含量,各种营养因子齐全,许多国家将人工饲养昆虫作为解决蛋白质饲料来源的主攻方向。目前可利用的昆虫蛋白源有蚕蛹、蝇蛆、黄粉虫、天虻和天蛾等,它们代替鱼粉饲喂不同水产动物均取得不错的效果。

MSH:黑素细胞刺激素melanocyte-stimulatinghormone;

如果培育3.3厘米左右即寸片的夏花,每亩水面养殖15万尾。

美国密西水产研究所开展的以昆虫作水产饲料蛋白源的课题已可以进入生产应用。该项目是以玉米和棉花的两种虫蛾作为昆虫源,进行高速度和高密度的大量繁殖,出房时以气雾剂将昆虫麻醉后,就可为鱼提供活体蛋白饲料。该技术已在一些集约养殖场作为鲑、鳟、鳗、鲈等鱼类的饲料,其成本比鱼粉的蛋白源饲料低15%左右,而被饲鱼的肉质和口感还有所提高。刘伯生用掺有6%
~
8%的活黄粉虫配合饲料中喂养禽畜和甲鱼、鳗、蟹等特种水产动物,适口性好,助消化,长势快,肉味好,形状美,抗病力强。用之喂养蛋鸡,产蛋数量多,蛋重增加。喂养野鸡、野鸭,体重明显增加。喂牛蛙可提前1个半月达标。喂猪,皮毛光滑,肤色红润,长膘快,可缩短1个月的饲养周期。家蝇幼虫喂养家禽的报道最早见于20世纪50年代,自此以后陆续有相关报道家蝇的饲养方法及其家蝇营养组分分析。家蝇幼虫、蛹蛋白质含量高达50%
~65%,脂肪约30%,含有丰富蛋氨酸,必需氨基酸种类齐全且含量丰富,矿物质Ca、P含量较高,是一种优质的蛋白质饲料。用家蝇代替部分或全部鱼粉用作饲料饲喂畜禽、鱼类等都取得不错效果。

NPY:神经肽YneuropeptideY;

如果1次培育7厘米以上鱼种,每亩养殖8万~10万尾。

2. 3其他动物性蛋白源

POMC:鼠抗人阿黑皮素原proopiomelanocortin.

如果要在短时间内1次养成10厘米以上鱼种,每亩水面养殖5万~7万尾为宜。

除节肢动物中的昆虫被开发利用为动物蛋白源,甲壳动物中的卤虫、环节动物中的蚯蚓和红虫以及软体动物中的河蚌、蜗牛和福寿螺等也被开发利用为动物性蛋白源。福寿螺被加工成鲶鱼饲料、鲑鱼饲料和鳟鱼饲料,经喂养试验后表明,福寿螺可完全代替鱼粉作为水产动物的蛋白源,鱼体的增长率和蛋白蓄积率均比鱼粉高。

鱼类摄食调控的内在因素包括激素、神经和代谢,外部调节因子包括环境因子和食物,这些调节最后通过脑的信号整合后通过体液信号和下丘脑系统影响摄食,而摄食反过来又通过消化道反馈影响体液信号,同时通过激素、神经和代谢影响脑信号的整合。常见与鱼类食欲调控有关的内分泌因子包括增强和抑制两类。如血管活性肽、甘丙肽、脑肠肽、生长激素、神经肽Y(NeuropeptideY)和食欲素(Orexins)具有促进食欲的作用。而抑制食欲的因素包括胰淀素(Amylin)、降钙素基因相关肽、胆囊收缩素、可卡因和安非他明调节转录产物、胃泌素释放多肽、促黑激素、黑色素聚集激素、神经调节肽的影响,随着环境或者竞争关系变化,鱼类的生态位也会发生改变。在多数鱼类中,其食性也会随着年龄和繁殖行为而发生变化,这主要与其调控生长的生长激素、胰岛素生长因子、促性腺激素释放激素等的调控有关。遗传背景的改变也会影响到鱼类的摄食行为,如不同品系的鱼类在摄食上常表现出一定的差异。通过微卫星鉴别技术已经发现食欲调控肽类如神经肽Y等基因在不同品系间存在表达的差异。但是在有些转生长激素基因的鱼类中,摄食率的提高和NPYmRNA没有关系。多数水产动物的摄食不仅表现出月的变化,还有日和昼夜的变化。这种摄食调控的多变性又增加了对其探究的难度。

如果采取三段培育,一般先按每亩水面20万~30万尾的量养殖水花鱼苗,培育10天~15天,达2厘米左右(黄瓜子规格)分出;再按每亩3万~5万尾的养殖量,养10天~15天,达到夏花规格再分出,进行鱼种培育。

3植物性蛋白源

食物的类型对水产动物的摄食有明显的影响,如草鱼在摄食动物性饲料时所消耗的时间低于摄食植物性饲料。而水产动物对不同类型的配合饲料摄食率的差异已经有很多证明。而食物的丰度不仅会影响水产动物的摄食率,还可能导致有些动物的自相残杀。

如果池塘条件好,饵、肥料量多且质优,培育技术水平高,养殖密度可以偏大些。

植物性蛋白源来源广泛,处理比较容易,但营养价值较动物性蛋白源低。传统的植物蛋白源主要包括不同大豆产品(大豆粉和大豆饼粕)、棉籽饼粕、亚麻饼粕、麦胚芽粉、玉米蛋白粉、土豆蛋白等。目前研究较多的植物蛋白源主要有大豆酶解蛋白、大豆浓缩蛋白、发酵植物蛋白等。朱伟等报道,以不同量的麦芽胚芽粉部分代替鱼粉,日本对虾成长和成活率均未受影响,替代量以5%
~10%较为合适。日本北海道水生生物研究所对用大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、大豆酶解蛋白来代替红鱼粉作为水产饲料蛋白源进行5年跟踪对比试验,发现以大豆蛋白混合物代替鱼粉的最优化比例为30%
~ 40%,同时饲料成本降低25% ~
45%。然而,有研究表明植物蛋白源的添加导致饲料适口性变差,鱼类摄食率降低,这主要是因为植物蛋白中含有胰蛋白酶抑制因子、植酸、棉酚等抗营养因子。这些因子可直接或间接地影响动物的消化酶活性,从而降低蛋白质等营养物质的消化吸收率。胰蛋白酶抑制因子和消化道内的胰蛋白酶结合生成无活性的复合物,降低胰蛋白酶的活性,导致蛋白质的消化吸收率降低。植酸可与蛋白质碱性残基结合,抑制胃蛋白酶和胰蛋白酶活性,导致蛋白质的利用率降低。某些因子甚至直接对鱼类产生毒害作用,如棉籽饼中的游离棉酚不仅直接对鱼类产生毒害作用,而且在加工过程中易和赖氨酸结合,降低赖氨酸的利用率。因此,如何降低植物蛋白源中的抗营养因子含量成为有效利用植物蛋白源的研究重点。当前主要采用适当的加热、挤压、膨化和生物发酵等方法加以消除部分抗营养因子,甚至通过添加外源性酶制剂和诱食剂来改善饲料适口性。

饲料的营养水平也会影响到水产动物的摄食率,动物循环系统中的代谢产物水平、摄食节律及禁食均会通过一系列与食欲控制有关的调节途径控制摄食。如高糖饲料或者注射氨基酸均可降低鱼类的摄食;多数鱼类摄食高能量的饲料时,其摄入量较低;而在摄入低能量饲料时,其摄入量较高。另有研究表明在不同的饲料蛋白水平下,转基因鱼的摄食行为不同。饲喂低蛋白饲料时,转基因鲤的摄食率明显提高;摄食高蛋白饲料时,则差异不大。脑NPY的水平已经被证实受到常量营养素的影响。饲料的营养成分如氨基酸等会影响GH、IGF-I的分泌,从而影响鱼类的摄食,而不同营养素之间还存在着复杂的交互作用。单因子的研究结果往往在多因子共同作用时会发生变化。

4单细胞蛋白源

水产动物前期营养史对后期摄食的影响也较大。如在异育银鲫中,前期摄食含较高鱼粉饲料在改喂豆粕为主的饲料时,其摄食率明显下降。饥饿后恢复摄食期的摄食调控也具有特殊性,多数鱼类在饥饿后恢复投喂的前期,摄食率均有明显提高,一般维持一周到数周后才恢复到原来水平。已有证明鱼体血糖水平影响鱼类的摄食节律。消化道中食物的刺激也可以通过神经和化学信号传送到脑的食欲控制中心而调节摄食。近期的研究还表明,前期使用诱食效率较强的诱食剂,当更换较弱的诱食剂后,其摄食反而比未加诱食剂的更低,而且诱食剂对提高摄食的效果也有一定的时效。

单细胞蛋白源也称微生物饲料,主要包括一些单细胞藻类、酵母、细菌和真菌等。单细胞蛋白源比高等植物和动物更富含蛋白质,必需氨基酸含量多且较平衡,粗纤维含量极低。Nandeesha等报道用螺旋藻代替鱼粉不影响鲤鱼苗增重、饲料转化率和蛋白质效率。另外,酵母单细胞是另一应用较多的单细胞蛋白源,如酒厂和面包房的酵母液或维生素B1酵母菌等。程光平等用不同比例的酵母蛋白替代饲料中的鱼粉,进行室内分阶段饲养胡子鲶试验,养殖效果表明在胡子鲶饲料中,酵母蛋白可替代鱼粉,其适合用量为10%左右(即替代50%左右鱼粉)。近年来,我国东北地区进口了一些饲用石油酵母,其粗蛋白质含量在60%以上,比其他酵母约高10%,略低于进口鱼粉,其中赖氨酸与鱼粉接近,蛋氨酸或含硫氨基酸明显偏低。从能量角度看,饲用石油酵母要优于鱼粉。一般来说,工业化生产的鱼粉经脱脂后,粗脂肪较低,虽然未经脱脂的鱼粉粗脂肪也很高,但极易氧化变质而影响品质。石油酵母粗脂肪含量虽高(一般可达10%以上),但在细胞质中以结合型存在,非常稳定,利用率也好。但如何减少单细胞蛋白中的高核酸,改善其利用率和消化率是有效利用单细胞蛋白源的未来研究热点。

环境因素包括非生物的温度、光照、水质状况、养殖环境以及生物因素。更为有趣的是,波动的因子和恒定因子对摄食的影响也有所不同,虽然知道这些因子均与中央调控有关,但是很多因子是如何影响食欲的,机制还不明确。

5组合蛋白源

摄食是影响水产养殖动物生长、繁殖、品质调控、废物排放等的重要因素,对水产养殖动物摄食机制的深入了解,不仅有利于我们调整合适的养殖环境和投喂策略,对于新的养殖品种的开发、定向育种和精确投喂技术均十分有益。然而水产动物的摄食受到复杂的因子调控,而且动物本身也可表现出一定的适应性。目前对很多动物的摄食调控机制仍然不清楚,导致人工饲料问题不能解决。另外,养殖条件下很多因子对水产动物均是一种胁迫的状态,而胁迫状态下的摄食调控又更为复杂。如何通过系统的研究,开发新的研究方法和思路,从分子、细胞、器官、系统、个体及养殖系统的不同层次,综合研究水产养殖动物的摄食及营养调控机制将是一项长期而艰难的工作,该方面的成果将有助于建立精确投喂管理,提高养殖效率,节约饲料成本,减少环境污染。

与单一蛋白源部分或全部替代鱼粉不同,当前人们倾向于设计不同类型的蛋白源组合来替代鱼粉,这可能是因为各种蛋白源的营养成分具有互补性,不同蛋白源的混合使用使配方的营养更均衡,从而有利于动物体的吸收利用及生长发育。吴建国等选用鱼粉、豆粕、菜籽粕和啤酒酵母为原料设计6种不同的蛋白源组合对方斑东风螺进行对比试验,研究结果表明鱼粉、豆粕、菜籽粕为1:1:1(质量比)的比例组是方斑东方螺的较优蛋白源,可获得较好的饲养效果。丁雪燕等在海区小网箱中开展豆粕粉加肉骨粉、玉米蛋白粉代替鱼粉的配合饲料饲养大黄鱼试验,结果表明:用豆粕粉加肉骨粉加玉米粉替代60%和30%鱼粉,对大黄鱼的养殖性能和经济效益无显著影响,以30%的替代量更为合适,而且膨化饲料优于粉状饲料。

总之,水产养殖中饲料营养是影响鱼类生长的重要因素,鱼类的摄食决定营养的摄入,而饲料营养素种类和水平、鱼类的营养史等均会通过不同的途径影响摄食,有关摄食过程中的营养调控机制由于受到多种因素的影响,仍然难以摸清,导致很多养殖品种的人工饲料开发受到限制。该方面问题的解决,将会有助于提高水产养殖的人工可控性,提高饲料的使用率。

6小结及展望

(中国水产)

尽管水产饲料替代蛋白源的开发利用已取得了很大的进展,但是多数水产饲料仍然摆脱不了鱼粉的限制,无法在水产饲料中进行大规模应用,尤其是名贵的水产养殖品种。如何合理开发和利用非鱼粉蛋白源尚存在诸多问题需要研究和探讨,如氨基酸平衡性差、存在抗营养因子、饲料适口性差、消化率差等问题。

因此,只有在营养学、饲料加工技术等方面,深入探讨非鱼粉蛋白源饲料配方技术以及相配套的养殖技术,大幅度提高饲料蛋白的消化、吸收、转化,减少浪费,才能真正缓和甚至解决饲料行业的发展与蛋白源饲料短缺的矛盾。