饮食中蛋白质与能量比例对大型草鱼（Ctenopharyngodon idella）生长性能、体成分及健康状况的影响

《Frontiers in Physiology》：Effects of the dietary protein-to-energy ratio on the growth performance, body composition, and health status of large-sized grass carp, Ctenopharyngodon idella

本研究通过8周喂养试验，评估了不同蛋白质与能量比（P/E）对大型草鱼生长性能、肝组织代谢及健康状态的影响。结果显示，P/E为29.2时生长性能最佳，并可通过调节AMPK信号通路、花生四烯酸代谢及核糖体生物合成基因表达实现免疫增强和生长优化，最佳P/E范围为27.36–28.93。

　　本研究围绕草鱼（*Ctenopharyngodon idella*）的营养需求展开，特别是关注蛋白质与能量（P/E）比例对草鱼生长性能、身体组成和健康状况的影响。草鱼是一种典型的草食性鱼类，因其在水产养殖中的重要性而备受关注，尤其是在中国。随着全球对水产品需求的持续增长，水产养殖业迅速发展，而饲料成本在养殖总成本中占据了相当大的比例，通常在50%到70%之间。饲料中蛋白质的含量对于鱼体的生长、维持和繁殖至关重要，因此优化蛋白质利用效率对于提升养殖效益具有重要意义。然而，目前大多数研究集中在单一的营养成分，如蛋白质和碳水化合物，而对草鱼的蛋白质与能量比例的研究主要集中在幼鱼阶段，对于大型草鱼的研究则相对不足。为了弥补这一空白，本研究系统性地探讨了大型草鱼在不同P/E比例下的生理和代谢响应，以确定其最佳营养配方。

在实验设计中，研究者准备了六种等脂质和等能量的饲料，每种饲料的总能量为10 kJ/g，但蛋白质与能量比例各不相同，分别为21.7 mg/kJ、23.7 mg/kJ、24.9 mg/kJ、27.1 mg/kJ、29.2 mg/kJ和31.5 mg/kJ。这些饲料分别命名为P/E 21.7、P/E 23.7、P/E 24.9、P/E 27.1、P/E 29.2和P/E 31.5。研究对象为初始体重约2,200克的大型草鱼，经过为期56天的饲养试验后，观察到在P/E 29.2组中，草鱼的体重增加率最高，表明该比例最有利于其生长。此外，该组草鱼的健康状况也优于其他组，表现为肝脏和肠道组织的组织学结构改善，以及血清和肝脏中的生化指标更加健康。

实验过程中，草鱼被随机分配到24个网箱中，每个网箱容纳10条鱼。所有饲料均按照标准流程进行配制、包装和储存，并在实验前对草鱼进行了30天的适应期。试验期间，草鱼每日三次投喂，分别在早上7点、中午12点和下午5点进行。水体环境参数如温度、氨氮、溶解氧和pH值均被严格控制在适宜范围内，以确保实验的顺利进行。在试验结束时，草鱼被禁食24小时后，使用MS222麻醉剂处理，以方便取样和测量。

在组织学分析中，肝脏组织显示出随着P/E比例的增加，肝细胞体积减小，细胞内脂质沉积减少，这表明在适宜的P/E比例下，肝脏代谢更为高效，减少了脂质积累。同时，肠道组织的绒毛高度和数量显著增加，说明在该比例下，肠道的吸收面积扩大，消化效率提升，有助于提高营养利用率。这些组织学变化与之前的研究结果一致，表明营养配方的优化可以改善鱼体的消化和吸收功能。

在生化指标分析中，研究者检测了肝脏、血清和肠道中的多种关键指标，如超氧化物歧化酶（SOD）、总抗氧化能力（T-AOC）、丙二醛（MDA）等。结果显示，随着P/E比例的增加，MDA含量在P/E 29.2组时达到最低点，随后有所上升；而SOD和T-AOC的活性则整体呈上升趋势。这表明，适宜的P/E比例有助于提升草鱼的抗氧化能力，减少氧化应激带来的损伤。同时，ALT（丙氨酸氨基转移酶）的活性在P/E比例增加时下降，随后趋于稳定，进一步验证了该比例对肝脏健康的重要性。

在肝脏转录组分析中，研究者发现P/E 21.7组和P/E 29.2组之间共有392个基因表达显著变化（P值小于0.05，倍数变化大于2）。与P/E 21.7组相比，P/E 29.2组上调了238个基因，下调了154个基因。这些基因主要富集在多种代谢通路中，如AMPK信号通路、花生四烯酸代谢、Ras信号通路、真核生物的核糖体生物合成等。这些通路的调控作用表明，适宜的P/E比例能够通过调节代谢过程，提升草鱼的生长性能和免疫功能。此外，核糖体生物合成相关基因的上调可能解释了P/E 29.2组草鱼的生长优势，因为核糖体的高效合成意味着蛋白质合成的增加，从而支持了鱼体的快速生长。

研究还发现，P/E 29.2组草鱼的肝脏中脂肪酸合成酶（*fasn*）、硬脂酰-CoA去饱和酶（*scd*）、葡萄糖-6-磷酸酶催化亚基1b（*g6pc1b*）和Ras相关蛋白Rab-2A（*rab2a*）等基因表达显著上调。这些基因在脂质代谢、能量调控和免疫响应中发挥重要作用，进一步说明了P/E比例对草鱼健康和生长性能的积极影响。相反，一些与脂质代谢相关的基因如肉碱棕榈酰转移酶1Ab（*cpt1ab*）和6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶1（*pfkfb1*）在P/E 29.2组中表达下调，这可能意味着该比例下草鱼的脂质代谢发生了变化，从而影响了脂质的积累和分解。

本研究通过二次多项式回归分析，确定了草鱼的最佳P/E比例范围为27.36到28.93。这一范围内的P/E比例能够有效提升草鱼的生长性能和健康状况，同时也能够优化饲料配方，减少养殖成本。研究结果为水产养殖业提供了新的理论依据和实践指导，有助于进一步提高草鱼的养殖效率和经济效益。

从更广泛的角度来看，蛋白质与能量比例在鱼类营养学中具有重要意义。不同的鱼类对蛋白质和能量的需求存在差异，因此在制定饲料配方时，需要根据具体物种的特点进行调整。例如，草食性鱼类通常能够更有效地利用碳水化合物作为能量来源，而肉食性鱼类则可能更依赖蛋白质。这种差异使得研究鱼类的P/E比例成为优化饲料配方的关键因素。通过调节蛋白质和碳水化合物的比例，不仅可以提高鱼类的生长性能，还可以改善其代谢健康，减少疾病的发生。

此外，蛋白质与能量比例对鱼类的免疫功能也有重要影响。研究发现，P/E 29.2组草鱼的免疫相关基因如细胞因子1受体α（*csf1ra*）和磷脂酶A2组10（*pla2g10*）表达上调，表明该比例有助于增强草鱼的免疫能力。这为水产养殖中疾病的预防和控制提供了新的思路。同时，肝脏和肠道组织的组织学结构变化也进一步支持了这一观点，表明适宜的P/E比例能够改善鱼类的消化吸收功能和代谢状态。

研究还发现，P/E比例对鱼类的代谢通路有显著影响。例如，AMPK信号通路的激活有助于调节能量代谢，提高鱼类的代谢效率。Ras信号通路的调控则与细胞增殖、分化和免疫响应密切相关，进一步说明了P/E比例在维持鱼类健康中的作用。此外，花生四烯酸代谢相关基因的上调表明，适宜的P/E比例能够促进脂质代谢，增强鱼类的免疫功能。

综上所述，本研究不仅揭示了草鱼的最佳P/E比例范围，还通过分子生物学手段深入探讨了该比例对草鱼生长、健康和代谢的影响。这些发现为水产养殖业提供了重要的理论支持和实践指导，有助于优化饲料配方，提高养殖效益。同时，研究结果也为其他鱼类的营养研究提供了参考，表明P/E比例在不同鱼类的营养需求中具有普遍适用性。未来的研究可以进一步探讨不同鱼类在不同生长阶段对P/E比例的需求差异，以及如何通过调整饲料配方来优化鱼类的生长性能和健康状况。