基于1H NMR代谢组学解析饲料盐度与水体盐度协同影响下尼罗罗非鱼肉质代谢响应与品质调控机制

《Food Chemistry: X》：1H NMR metabolomic responses correlated to meat quality of Nile tilapia ( Oreochromis niloticus) reared under combined dietary salt and water salinity conditions

本研究针对淡水短缺背景下广盐性鱼类尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）咸水养殖需求，系统探究了饲料盐度（2.5% vs 5.0% NaCl）与水体盐度（0、15、25?ppt）交互作用对肌肉代谢组与肉品质的影响。研究发现高盐饲料（5.0% NaCl）在高盐水体（25?ppt）下可提升持水性、降低硬度，但会引发肌肉蛋白减少、脂质氧化（TBARS升高）及代谢通路重编程。1H NMR代谢组学鉴定出肌肽、酪氨酸、甜菜碱等10个关键代谢物及7条富集通路，揭示其通过调节渗透平衡与能量代谢维持肉质稳定。该研究为优化咸水养殖策略提供了代谢层面的理论依据。

　　

随着全球人口增长和气候变化加剧，淡水资源的日益短缺正对传统淡水养殖业构成严峻挑战。在这一背景下，开发利用咸水或半咸水进行水产养殖的可持续模式显得尤为重要。尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）作为一种具有广盐性的重要经济鱼类，因其生长迅速、饲料利用率高且能耐受一定盐度，成为咸水养殖的理想候选者。然而，将罗非鱼从淡水环境转移至高盐度水体中养殖，会对其生理状态产生深远影响。鱼类需要通过消耗大量能量来维持体内的渗透压平衡，这个过程被称为渗透调节。这种额外的能量需求可能导致其生长性能、免疫反应以及最终产品的肉质发生改变。尽管已有研究表明膳食中添加盐分可能有助于缓解高盐环境带来的应激，但关于饲料盐度与水体盐度如何相互作用，从而系统性地影响罗非鱼的肌肉代谢谱及其与肉品质性状的关联，目前尚缺乏深入的研究。特别是，从代谢物整体变化的视角来阐明其内在调控机制的研究仍属空白。为了解决这些问题，由泰国巴吞大学食品科学系Samart Sai-Ut等人组成的研究团队，在《Food Chemistry: X》上发表了一项研究，他们利用基于质子核磁共振（¹H NMR）的代谢组学技术，结合常规肉品质分析，深入探究了不同饲料盐度和水体盐度组合对尼罗罗非肌肉代谢组和肉品质的协同效应，揭示了其背后的生理适应机制。

为开展研究，作者团队应用了几个关键技术方法。研究设计了2个饲料盐度水平（2.5% 和 5.0% NaCl）与3个水体盐度水平（0、15、25 ppt）的完全随机实验，形成了6个处理组。实验周期长达144天，使用PIT标签对鱼进行个体标记，并在可控条件下养殖。核心分析技术包括：利用400 MHz ¹H NMR光谱仪进行肌肉代谢物非靶向谱图采集和代谢物鉴定与定量；采用标准化学方法（如ICP-OES测钠含量、 Conway法测TVB-N、TBARS法测脂质氧化等）和质构分析仪（TPA模式）系统评估肉的理化品质（pH、 proximate成分、颜色、TVB-N、TBARS、持水性WHC、质地等）；并由50名未经训练的品评员进行九点嗜好度标度感官评价。数据处理方面，运用了多变量统计分析（如PLS-DA、PCA）和代谢通路富集分析（基于MetaboAnalyst平台，使用斑马鱼KEGG库）来解析代谢组与肉品质指标间的关联。

3.1. 血液生化指标

血液生化参数分析显示，血浆中的甘油三酯、胆固醇、总蛋白、钙和磷浓度在各处理组间无显著差异，表明脂质代谢和矿物质稳态未受盐度变化的显著影响。然而，血浆葡萄糖浓度随着水体盐度和饲料盐度的升高而显著增加，特别是在D5.0 + S25组（5.0%饲料盐度，25 ppt水体盐度）中达到最高值（4.76 ± 0.33 mmol/L），这表明高盐环境导致了应激反应和能量需求增加，触发了糖原分解和糖异生。同时，D5.0 + S25组的血液尿素水平也显著高于其他组，提示蛋白质分解代谢增强，产生的尿素可能作为有机渗透剂参与调节细胞渗透压。这些变化共同反映了鱼类在高渗环境中为维持体内稳态所付出的代谢代价。

3.2. 肉品质特性

对鱼肉品质的测定揭示了盐度处理的显著影响。饲喂5.0% NaCl的鱼片pH值显著高于2.5% NaCl组，虽然仍在正常范围内，但可能反映了宰后糖酵解的延迟。 proximate组成分析显示，5.0% NaCl组的鱼片粗蛋白含量（14.93–15.85%）显著低于2.5% NaCl组（16.09–17.41%），而水分和脂肪含量则显著升高，这表明能量代谢可能从蛋白质利用转向了脂质和碳水化合物。肌肉总钠（Na⁺）含量随饲料和水体盐度的增加而递增，D5.0 + S25组最高，但仍处于安全食用范围内。颜色分析表明，5.0% NaCl组的鱼片亮度（L*值）较低。在新鲜度指标方面，5.0% NaCl组的总挥发性盐基氮（TVB-N）含量显著较低，表明高盐条件抑制了微生物活动或内源酶活性，延缓了腐败。然而，D5.0 + S25组的硫代巴比妥酸反应物（TBARS）值显著升高，提示脂质氧化程度加剧。在质构方面，5.0% NaCl组的持水性（WHC）显著改善，这可能源于盐离子引起的肌原纤维蛋白溶胀。但与此同时，硬度和咀嚼性显著降低，表明鱼肉质地变软。弹性和内聚性则无显著差异。

3.3. 感官评价

尽管肉品的理化性质存在显著差异，感官评价结果显示，各组鱼片在颜色、质地、风味和总体喜好度上的得分均无统计学差异，且所有组的得分均高于可接受阈值（7分以上）。这表明，在本研究条件下，盐度诱导的生理生化变化并未导致消费者可感知的感官品质下降，支持了在较高盐度环境下养殖罗非鱼而保持产品市场接受度的可行性。

3.4. 代谢组学谱

通过¹H NMR分析，从罗非鱼肌肉中共鉴定出34种代谢物，包括氨基酸、有机酸、渗透调节剂和能量相关化合物等。代谢物丰度在不同处理组间存在差异。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）显示，饲料盐度（PC1）对代谢谱的影响大于水体盐度（PC2），D2.5 + S0组和D5.0 + S25组的代谢谱差异最为明显。根据变量重要性投影（VIP）得分，筛选出10个对组间区分贡献最大的关键代谢物：肌肽（Carnosine）、酪氨酸（Tyrosine）、甜菜碱（Betaine）、糖原（Glycogen）、富马酸盐（Fumarate）、乳酸（Lactate）、甘氨酸（Glycine）、蛋氨酸（Methionine）、组氨酸（Histidine）和甘油（Glycerol）。这些代谢物主要与渗透调节、能量代谢和抗氧化防御相关。通路富集分析进一步识别出7条显著富集的代谢通路（P < 0.05），包括氨酰-tRNA生物合成、一碳库（叶酸代谢）、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、组氨酸代谢以及淀粉和蔗糖代谢。这些通路的改变表明，高盐胁迫下，罗非鱼肌肉细胞发生了广泛的代谢重编程，以应对渗透压平衡、能量供应和氧化应激等方面的挑战。

3.5. 主成分分析（PCA）

主成分分析（PCA）整合了差异代谢通路、血液生化指标、肉品质性状和感官评分数据。结果再次证实饲料盐度是导致样本差异的主要因素（PC1）。相关载荷图显示，TVB-N和亮度（L*）与低盐度条件（如D2.5 + S0）相关联，而TBARS、血浆葡萄糖、肌肉水分含量以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、一碳池（叶酸）和淀粉蔗糖代谢等通路则与高盐度条件（特别是D5.0 + S25）密切相关。这清晰地揭示了高盐胁迫与特定代谢通路激活、氧化应激加剧以及肌肉成分变化之间的内在联系。

4. 结论

本研究得出结论，饲料盐度对尼罗罗非鱼肌肉代谢谱和肉品质的影响大于水体盐度。使用5.0% NaCl的饲料，尤其是在25 ppt的高盐水体中养殖，会显著改变与渗透调节、氨基酸代谢、能量产生和氧化应激相关的代谢通路。这些代谢变化与肌肉pH值、脂质氧化、质地和营养成分等肉品质性状的变化密切相关，导致了与淡水养殖鱼类不同的肉质特性。研究结果强调了理解盐度诱导的生理和生化适应机制对于优化养殖策略和盐度管理的重要性，以实现水产养殖的可持续发展。将代谢组学与品质评估相结合，为识别生物标志物和开发平衡鱼类福利、产品质量与环境可持续性的生产系统提供了一个强有力的框架。这项工作不仅为在淡水资源有限地区推广罗非鱼的咸水养殖提供了科学依据，也为通过营养调控改善咸水养殖水产品品质指明了潜在方向。