外源性蛋白酶和植酸酶在低鱼粉日粮中对太平洋白虾（Penaeus vannamei）的单独及联合效应：对生长、营养利用、免疫力、肠道健康以及氮和磷废物排放的比较影响

《Aquaculture》：Individual and combined effects of exogenous protease and phytase in low-fish meal diet for Pacific white shrimp ( Penaeus vannamei): Comparative impacts on growth, nutrient utilization, immunity, gut health and nitrogen and phosphorus waste output

Pacific white shrimp growth and environmental impact improved by individual protease and phytase supplementation in low-fish meal diets, with no synergistic effect.摘要

　　本研究探讨了外源性蛋白酶和植酸酶在低鱼粉（FM）饲料中对太平洋白虾（*Penaeus vannamei*）生长性能的影响。随着水产养殖业的迅速发展，提高养殖效率、降低饲料成本以及减少环境影响成为行业关注的重点。传统上，鱼粉作为主要的蛋白质来源，但由于其价格昂贵、资源有限以及可持续性问题，已逐渐被植物蛋白、昆虫蛋白、动物和水产副产品以及单细胞蛋白等替代品所取代。然而，植物蛋白中往往含有抗营养因子（ANFs），如植酸，这些物质会显著影响营养成分的消化吸收。因此，研究如何通过添加外源性酶来改善植物蛋白的营养价值，成为当前水产饲料领域的热点。

在本研究中，共设计了10种实验饲料，包括一个正对照组（PC）和一个负对照组（NC）。正对照组的鱼粉含量为200 g/kg，而负对照组的鱼粉含量为100 g/kg，并在此基础上分别添加了不同剂量的蛋白酶和植酸酶。蛋白酶的添加剂量为0、25和50 mg/kg，植酸酶的添加剂量为0、100和200 mg/kg，形成了一个3×3的因子设计，共产生了9种处理组合。实验过程中，每组使用30只体重为0.30 ± 0.01 g的虾苗进行四次重复，饲养时间为9周。通过这一实验设计，研究人员能够系统地评估蛋白酶和植酸酶对虾类生长性能、营养利用效率、免疫反应、消化酶活性、肠道形态、肠道微生物组成、病原体抵抗力以及氮磷排泄的影响。

实验结果表明，蛋白酶和植酸酶之间没有显著的协同作用，但它们各自在改善虾类生长性能和饲料利用效率方面表现出积极作用。具体而言，蛋白酶的添加显著提升了虾类的免疫和抗氧化反应，同时促进了与免疫相关的一系列基因表达，如*crustin*、*TGF-β*、*proPO*和*TLR3*。这些基因在虾类的免疫防御机制中扮演重要角色，其表达水平的提升可能意味着虾类在面对外界环境压力时具有更强的适应能力。此外，蛋白酶还增强了虾类对干物质、蛋白质、脂类、碳水化合物、磷、淀粉和纤维的消化能力，从而提高了整体的营养利用率。相比之下，植酸酶主要提高了虾类对蛋白质、脂类、磷和淀粉的消化效率，而对其他营养成分的影响相对较小。

在营养利用效率方面，实验结果显示，蛋白酶的添加显著改善了虾类的生长指标，包括最终体重（FBW）、体重增益（WG）和特定生长率（SGR）。同时，蛋白酶还提高了饲料摄入量（FI）和蛋白质效率比（PER），并降低了饲料转化率（FCR）。而植酸酶的添加则主要降低了血浆中的天门冬氨酸氨基转移酶（AST）水平，这可能表明植酸酶有助于减少肝脏损伤。同时，植酸酶的添加提高了血浆中的总蛋白含量，说明其对蛋白质代谢具有一定的促进作用。此外，蛋白酶和植酸酶的添加均显著增加了肠道绒毛的长度，从而可能改善肠道吸收功能。然而，它们对肠道微生物组成的影响并不显著，这表明外源性酶的添加并未显著改变虾类肠道的微生物环境。

在环境影响方面，研究发现，蛋白酶和植酸酶的添加能够显著减少虾类对氮和磷的排泄。具体而言，蛋白酶的添加使氮和磷的排泄量分别减少了11%和19%，而植酸酶的添加则使氮和磷的排泄量分别减少了7%和13%。相比之下，蛋白酶和植酸酶的组合使用在减少氮和磷排泄方面表现出更显著的效果，氮的排泄量减少了7.5%–19.5%，磷的排泄量减少了29.2%–34.1%。这一结果表明，蛋白酶和植酸酶的组合使用不仅能够提高虾类的营养利用率，还能有效降低养殖过程中对环境的负面影响。特别是，通过减少氮磷的排泄，可以降低养殖水体的污染风险，从而有助于实现可持续的水产养殖模式。

本研究的实验设计充分考虑了不同酶添加水平对虾类生长和营养利用效率的影响，同时评估了其对环境的影响。通过四次重复的实验组设置，研究人员能够确保实验数据的可靠性和稳定性。此外，实验过程中使用的虾苗均为幼体，这一选择具有重要意义，因为幼体阶段的虾类对饲料成分的敏感性较高，因此能够更准确地反映外源性酶对营养利用效率和生长性能的影响。实验结果表明，无论是单独使用蛋白酶还是植酸酶，还是两者组合使用，都能在一定程度上改善虾类的生长性能和营养利用效率。然而，它们之间的协同作用并不明显，说明这些酶在改善虾类性能方面具有独立的作用机制。

在实验过程中，研究人员还关注了虾类的免疫反应和肠道健康状况。通过检测免疫相关基因的表达水平，可以了解虾类在面对外界环境压力时的免疫状态。同时，肠道绒毛长度的增加可能意味着虾类的消化吸收能力得到了提升，从而有助于提高整体的营养利用效率。此外，研究人员还评估了虾类的肠道微生物组成，发现外源性酶的添加并未显著改变其肠道微生物环境，这表明酶的添加可能主要通过改善消化酶活性和营养成分的消化吸收来影响虾类的健康状况。

本研究的实验结果为水产饲料中使用外源性酶提供了重要的理论依据和实践指导。蛋白酶和植酸酶的组合使用在降低饲料成本、提高营养利用率和减少环境影响方面表现出显著的优势。特别是，植酸酶的添加有助于减少饲料中磷的添加量，从而降低养殖过程中对环境的污染风险。而蛋白酶的添加则有助于提高饲料中蛋白质的利用率，从而降低饲料成本。因此，这两种酶的组合使用不仅能够提高虾类的生长性能，还能在经济和环境层面带来双重效益。

从更广泛的角度来看，本研究的发现对水产养殖业的发展具有重要意义。随着全球对可持续水产养殖的关注不断增加，如何在保证养殖效率的同时减少环境影响，成为行业面临的关键挑战。通过添加外源性酶，可以有效提高饲料中植物蛋白的利用率，从而减少对鱼粉的依赖，降低饲料成本。同时，减少氮磷的排泄有助于降低养殖水体的污染风险，从而实现更加环保的养殖模式。因此，本研究的成果为未来水产饲料配方的优化提供了科学依据。

此外，本研究还强调了外源性酶在改善虾类肠道健康方面的作用。肠道作为营养吸收和免疫防御的重要器官，其健康状况直接影响虾类的生长性能和疾病抵抗力。通过提高肠道绒毛长度和消化酶活性，可以改善虾类的消化吸收能力，从而提高其营养利用效率。同时，外源性酶的添加有助于减少肠道内的有害物质积累，从而改善肠道环境。然而，本研究并未发现外源性酶对肠道微生物组成产生显著影响，这可能意味着在虾类肠道中，微生物环境的稳定性较高，外源性酶的添加主要通过改善消化酶活性和营养成分的消化吸收来影响虾类的健康状况。

本研究的实验设计和结果表明，蛋白酶和植酸酶的添加在低鱼粉饲料中对虾类的生长性能和营养利用效率具有显著的改善作用。同时，它们的添加能够有效减少氮磷的排泄，从而降低养殖过程中的环境污染。这些发现不仅为水产饲料配方的优化提供了理论支持，也为实现可持续的水产养殖模式提供了实践指导。因此，未来的研究可以进一步探讨不同酶添加水平对虾类生长性能和环境影响的具体作用机制，以期找到更加高效和环保的饲料配方。

从行业角度来看，本研究的成果具有重要的应用价值。随着全球水产养殖业的快速发展，如何在保证养殖效率的同时减少环境影响，成为行业面临的关键挑战。通过添加外源性酶，可以有效提高饲料中植物蛋白的利用率，从而减少对鱼粉的依赖，降低饲料成本。同时，减少氮磷的排泄有助于降低养殖水体的污染风险，从而实现更加环保的养殖模式。因此，本研究的成果为未来水产饲料配方的优化提供了科学依据。

此外，本研究还揭示了蛋白酶和植酸酶在改善虾类免疫反应和肠道健康方面的作用。免疫系统的增强有助于虾类更好地抵抗病原体的侵袭，从而提高其存活率和生长性能。而肠道健康状况的改善则有助于提高营养吸收效率，从而提高虾类的整体生长性能。这些发现表明，外源性酶的添加不仅能够提高饲料的营养价值，还能在健康和免疫层面带来积极影响。

从更深层次来看，本研究的发现为水产饲料行业的可持续发展提供了新的思路。通过减少对鱼粉的依赖，可以降低饲料成本，同时减少对环境的污染。此外，通过提高植物蛋白的利用率，可以实现更加环保的饲料配方。因此，未来的研究可以进一步探讨不同酶添加水平对虾类生长性能和环境影响的具体作用机制，以期找到更加高效和环保的饲料配方。

本研究的实验结果还表明，蛋白酶和植酸酶的添加在提高虾类消化酶活性方面具有重要作用。消化酶活性的提高有助于改善虾类对饲料中营养成分的消化吸收能力，从而提高整体的营养利用效率。此外，消化酶活性的提高还可能促进虾类对病原体的抵抗力，从而提高其存活率和生长性能。因此，外源性酶的添加不仅能够改善饲料的营养价值，还能在健康和免疫层面带来积极影响。

从实验方法的角度来看，本研究采用了一种系统的实验设计，包括不同酶添加水平和鱼粉含量的组合，以评估其对虾类生长性能和环境影响的具体作用。这种实验设计能够确保实验结果的可靠性和稳定性，同时为未来的研究提供参考。此外，实验过程中使用的虾苗均为幼体，这一选择具有重要意义，因为幼体阶段的虾类对饲料成分的敏感性较高，因此能够更准确地反映外源性酶对营养利用效率和生长性能的影响。

综上所述，本研究的成果为水产饲料中使用外源性酶提供了重要的理论依据和实践指导。蛋白酶和植酸酶的添加在提高虾类生长性能、营养利用效率和减少环境污染方面表现出显著的改善作用。因此，未来的研究可以进一步探讨不同酶添加水平对虾类生长性能和环境影响的具体作用机制，以期找到更加高效和环保的饲料配方。同时，本研究的发现也为水产养殖业的可持续发展提供了新的思路，即通过优化饲料配方，提高饲料的营养价值，减少环境影响，从而实现更加环保和高效的养殖模式。