发酵甘薯渣替代鱼粉对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)肠道菌群与肝脏代谢的调控机制研究

本研究针对水产养殖中鱼粉资源紧缺问题，创新性地利用微生物发酵甘薯渣(FSP)部分替代鱼粉(FM)。通过设置28%、57%、86%三个替代梯度开展8周饲养实验，发现57%替代组在保持凡纳滨对虾生长性能的同时，显著改善肠道菌群结构（增加Agarivorans等有益菌，减少Vibrio等有害菌），但高替代比例(86%)会导致免疫酶活性(SOD、POD)下降和代谢通路（精氨酸生物合成、甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸代谢）紊乱。该研究为农业副产物高值化利用和水产饲料可持续发展提供了重要理论依据。

　　

随着全球水产养殖业的快速发展，鱼粉作为水产饲料中最优质的蛋白质来源，正面临着资源枯竭和价格攀升的双重压力。过度捕捞和环境污染导致渔业资源衰退，使得寻找可持续的鱼粉替代蛋白成为行业迫切需求。凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)作为全球养殖产量最高的对虾品种，其饲料中鱼粉含量直接影响养殖成本和环境可持续性。虽然已有研究尝试用豆粕、棉籽蛋白浓缩物等植物蛋白替代鱼粉，但存在抗营养因子、氨基酸不平衡等问题。中国作为世界最大的甘薯生产国，每年产生大量甘薯加工副产物——甘薯渣，其富含淀粉、果胶和纤维素，但高水分特性使其易腐败，难以直接利用。通过微生物发酵技术将甘薯渣转化为高蛋白饲料，不仅能解决废弃物污染问题，还能为水产养殖提供新型蛋白源，实现"变废为宝"的循环经济模式。

本研究发表在《Aquaculture Reports》，研究人员通过多菌种（产朊假丝酵母、解脂假丝酵母、黑曲霉、保加利亚乳杆菌）协同发酵甘薯渣，制备发酵甘薯渣产品(FSP)，并系统评价了不同替代比例(28%、57%、86%)对凡纳滨对虾生长性能、消化免疫酶活性、肠道菌群结构和肝脏代谢谱的综合影响。研究采用室内循环水养殖系统，对初始体重1.1克的凡纳滨对虾进行8周饲养实验，通过生化分析、16S rRNA高通量测序和LC-MS非靶向代谢组学等技术手段，全面解析了FSP替代鱼粉的生理效应和分子机制。

生长数据显示：FSP28和FSP57组在增重率、存活率和饲料系数方面与对照组无显著差异，但FSP86组存活率显著降低至58%，饲料系数升高至3.91，体成分分析显示该组粗蛋白和粗脂肪含量显著下降，表明过高替代比例会导致营养失衡。

酶活性测定发现：FSP28组脂肪酶活性显著升高，可能与发酵菌株中的解脂酵母有关；FSP57组溶菌酶(LZM)和过氧化物酶(POD)活性显著降低；FSP86组蛋白酶、POD和超氧化物歧化酶(SOD)活性均显著下降，提示高比例替代会削弱对虾的消化能力和免疫防御功能。

肠道微生物结构分析表明：FSP替代显著改变了菌群组成，所有替代组中Firmicutes门丰度均显著降低。在属水平上，随着替代比例增加，弧菌属(Vibrio)丰度呈下降趋势，而Ruegeria、Maribacter等有益菌丰度上升。LEfSe分析发现FSP57组特有Agarivorans、Pseudoalteromonas等潜在生物标志菌，这些菌株具有多糖降解和益生功能。Alpha多样性指数显示FSP86组Chao1和ACE指数显著降低，表明高比例替代会减少微生物丰富度。

肝脏代谢组学鉴定出8148种差异代谢物，KEGG富集分析揭示主要代谢通路变化：FSP28组显著富集于精氨酸生物合成(Arg biosynthesis)、甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸代谢(Gly-Ser-Thr pathway)等氨基酸代谢通路；FSP57组除氨基酸代谢外，还涉及糖酵解和磷酸戊糖途径等碳水化合物代谢；FSP86组则显示更广泛的代谢紊乱。关键代谢物分析发现，各替代组中L-精氨酸、L-天冬氨酸、L-丝氨酸等氨基酸含量显著下调，这些分子在免疫调节和抗氧化应激中发挥重要作用。

讨论部分深入阐释了FSP替代鱼粉的多重效应：适度替代(28%-57%)可通过调节肠道菌群（增加益生菌，抑制病原菌）补偿营养缺陷，而过高替代(86%)则因必需氨基酸缺乏导致代谢通路异常。精氨酸生物合成通路的下调直接影响对虾的免疫功能和蛋白质合成，而甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸代谢紊乱则削弱抗氧化能力。研究还揭示了肠道菌群与肝脏代谢间的双向调控关系——Maribacter等菌株降解FSP中的多糖产生短链脂肪酸，经血液循环至肝脏调节代谢通路；反之，肝脏产生的抗氧化物质和氨基酸衍生物也影响肠道菌群定植。

该研究首次系统论证了发酵甘薯渣在凡纳滨对虾饲料中的应用潜力，创新性地将农业加工副产物转化为高价值水产蛋白源，为减少鱼粉依赖提供了可行方案。57%的替代比例被确定为最优阈值，既能维持正常生长性能，又可改善肠道健康。未来研究需重点关注氨基酸平衡强化策略，并通过多组学联用技术深入解析肝-肠轴调控机制，推动水产饲料向更高效、更可持续的方向发展。