螺旋藻粗提物与水解物对金头鲷幼鱼肠道菌群的影响：一项关于可持续水产饲料替代策略的研究

《Discover Animals》：Effects of dietary inclusion of crude or hydrolyzed Arthrospira platensis on intestinal microbiota in gilthead seabream (Sparus aurata) fry

为解决水产养殖中鱼粉资源不可持续的问题，研究人员评估了在饲料中添加5%和10%的螺旋藻（Arthrospira platensis）粗提物或水解物对金头鲷（Sparus aurata）幼鱼生长及肠道菌群的影响。研究发现，所有处理组均未显著影响鱼体生长，但10%粗提物组显著降低了肠道菌群的Shannon多样性指数，并改变了优势菌群结构，如增加了Ochrobactrum sp.和Lactococcus sp.的丰度，同时降低了Vibrio sp.的丰度。该研究表明，10%螺旋藻粗提物可在不影响生长的前提下调节肠道菌群，为开发可持续的开口饲料提供了新思路。

　　

随着全球水产养殖业的快速发展，对鱼粉和鱼油等传统饲料原料的需求日益增长，其不可持续性和高昂的成本已成为制约行业发展的瓶颈。寻找可持续、营养均衡的替代蛋白源成为当务之急。微藻和蓝藻因其高蛋白含量、富含必需氨基酸和脂肪酸，被视为极具潜力的替代品。然而，对于消化系统尚未发育完全的鱼苗而言，微藻坚硬的细胞壁会阻碍营养物质的吸收，限制了其在开口饲料中的应用。为了克服这一难题，研究人员尝试通过酶解处理来破坏细胞壁，释放出更易被吸收的小分子肽和氨基酸。那么，在鱼苗饲料中添加螺旋藻，特别是经过酶解处理的螺旋藻，究竟能否在不影响生长的同时，改善鱼体的健康状况，特别是调节其肠道菌群呢？

为了回答这些问题，由Juan Manuel Peralta-Sanchez领衔的研究团队在《Discover Animals》上发表了一项研究，系统评估了饲料中添加不同比例的螺旋藻粗提物或水解物对金头鲷（Sparus aurata）幼鱼生长性能和肠道菌群的影响。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，他们通过酶解处理（使用Alcalase 2.4 L和Flavourzyme 1000 L）制备了螺旋藻水解物。随后，他们设计了五种等氮等脂的实验饲料，包括不含微藻的对照组、添加5%和10%螺旋藻粗提物的饲料，以及添加5%和10%螺旋藻水解物的饲料。研究团队在西班牙海洋科学研究所（IEO）的设施中，对50日龄的金头鲷幼鱼进行了为期45天的投喂试验。试验结束后，他们测量了鱼体的生长性能指标，并利用16S rRNA基因扩增子测序技术（Illumina MiSeq平台）分析了鱼体肠道菌群的组成和多样性。

3.1 细菌群落组成

金头鲷幼鱼的肠道菌群主要由α-变形菌纲（Alphaproteobacteria, 71%）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria, 21%）和芽孢杆菌纲（Bacilli, 5%）主导。不同饲料处理组间这些纲的相对丰度保持相似，仅存在微小差异。然而，与对照组相比，投喂10%螺旋藻粗提物饲料的鱼表现出最独特的菌群结构，其α-变形菌纲的丰度更高（83%），而γ-变形菌纲（14%）和芽孢杆菌纲（1%）的丰度则更低。

在属水平上，苍白杆菌属（Ochrobactrum）、假单胞菌属（Pseudomonas）和弧菌属（Vibrio）是肠道菌群中的优势菌属。虽然这些菌属的相对丰度在所有饲料组中相似，但投喂10%螺旋藻粗提物饲料的鱼肠道菌群中，苍白杆菌属（Ochrobactrum）的丰度显著增加，而弧菌属（Vibrio）和芽孢杆菌目（Bacillales）中一个未鉴定属的丰度则显著降低。

3.2 对Alpha和Beta多样性的影响

添加螺旋藻粗提物或水解物对细菌ASV（扩增子序列变体）丰富度没有显著影响。然而，与对照组和其他实验饲料组相比，投喂10%螺旋藻粗提物饲料的鱼在45天投喂试验结束后，其Shannon多样性指数显著降低。

在投喂试验结束时，使用加权UniFrac距离矩阵分析发现，不同实验饲料组间的肠道菌群组成存在显著差异。这种差异主要归因于投喂10%螺旋藻粗提物饲料的鱼，其菌群组成与对照组相比具有显著差异。10%螺旋藻粗提物组的样本紧密聚集在一起，而对照组的样本则表现出更大的离散度。其他饲料组的鱼与对照组相比则没有显著差异。

LEfSe分析（线性判别分析效应大小）进一步揭示，与对照组相比，投喂10%螺旋藻粗提物饲料的鱼肠道中，苍白杆菌属（Ochrobactrum sp.）、乳球菌属（Lactococcus sp.）和松鼠葡萄球菌（Staphylococcus sciuri）的相对丰度显著增加，而弧菌属（Vibrio sp.）和纯水单胞菌（Pelomonas puraquae）的丰度则显著降低。

4 讨论

本研究的主要发现是，在饲料中添加5%和10%的螺旋藻粗提物或水解物，并未对金头鲷幼鱼的生长性能产生显著影响。这一结果与Galafat等人的研究一致，他们同样发现类似的饲料处理对鱼体体重和体长没有显著改善。尽管在生长方面没有观察到直接益处，但螺旋藻的添加确实对肠道健康参数产生了影响。此前的研究表明，添加5%或10%的螺旋藻粗提物或水解物可以降低肌肉脂质氧化，并增强消化酶活性，特别是在水解物饲料中。此外，这些饲料还能改善肠道形态，增加微绒毛的长度和直径，以及肠道酶的活性。这些发现表明，在饲料中添加螺旋藻可以改善鱼类的健康和福利，即使没有直接的生长益处。

肠道菌群组成受到多种因素的影响，包括饮食、遗传、年龄和环境条件。在本研究中，添加5%螺旋藻粗提物、5%螺旋藻水解物和10%螺旋藻水解物对肠道菌群组成或多样性没有显著影响。只有10%螺旋藻粗提物饲料导致了显著的菌群改变，降低了Shannon多样性，并改变了优势细菌类群的组成。这些发现与之前的一些研究结果一致，即微藻补充对肠道菌群的影响很小。

尽管我们的饮食操作对肠道菌群没有产生显著影响，但螺旋藻确实影响了某些细菌类群的相对丰度。通过LEfSe分析鉴定出的差异丰度类群——特别是苍白杆菌属（Ochrobactrum sp.）、乳球菌属（Lactococcus sp.）和松鼠葡萄球菌（Staphylococcus sciuri）的增加，以及弧菌属（Vibrio sp.）和纯水单胞菌（Pelomonas puraquae）的减少——代表了稳健的生物学特征。这一结论得到了高度保守阈值（LDA得分>3.5 SD）的支持，该阈值确保了所报告的关联是强有力且可靠的，最大限度地降低了假阳性发现的风险。因此，这些结果为推测10%螺旋藻粗提物饲料诱导的肠道菌群功能转变提供了坚实的基础。

这些变化的意义需要进一步研究，并且必须在我们的方法学技术局限性范围内进行解释。基于16S rRNA基因扩增子测序（如本研究使用的Illumina平台）的微生物群落分析，其分类学分辨率通常无法可靠地超越属水平。因此，我们的解释必然涉及所报告属中大多数物种的普遍性。

聚焦于弧菌属（Vibrio），众所周知，该属包含具有不同生态作用的物种，包括自由生活形式、头足类动物的共生体，以及一些对海水鱼类具有强致病性的物种。考虑到这种属水平的分辨率以及该属内已知的致病潜力，弧菌相对丰度的降低可以被谨慎地解释为一种潜在的有利转变，因为它可能意味着肠道环境中潜在机会性病原体负荷的减少。

关于增加的属，苍白杆菌属（Ochrobactrum）的作用仍不确定。一些苍白杆菌物种已被描述为人类的机会性病原体，但它们对鱼类健康的影响尚不清楚。先前的研究在多种鱼类的肠道菌群中检测到了苍白杆菌。Ringo等人认为，鱼类胃肠道菌群中这种细菌的丰度很容易受到饮食操作的影响。乳球菌属（Lactococcus）的存在可能是有益的，因为一些乳球菌物种具有益生特性，并与改善鱼类健康有关。相比之下，纯水单胞菌（Pelomonas puraquae）是一种从海水中分离出来的革兰氏阴性菌，但其在鱼类菌群中的作用尚不清楚。因此，有必要进行进一步的研究，以在物种水平上鉴定苍白杆菌和弧菌，并阐明它们对鱼类健康和生长的潜在有益或有害影响。

5 结论

我们的研究结果表明，在饲料中添加5%和10%的螺旋藻粗提物或5%的水解物，不会对金头鲷幼鱼的生长或肠道菌群产生显著影响。然而，10%螺旋藻粗提物饲料通过减少潜在致病性弧菌的存在来调节优势细菌类群的组成，尽管微生物多样性有所降低。鉴于先前有证据表明螺旋藻能改善肠道形态和消化酶活性，其膳食添加是合适的，且没有负面影响；此外，10%螺旋藻粗提物饲料可能是一种可行的开口饲料替代品，通过限制潜在鱼类病原体和机会性细菌的存在来建立肠道菌群。

这些结果的解释应考虑某些方法学方面。分类学分析基于16S rRNA基因扩增子测序，这提供了属水平的分辨率，但排除了功能推断和精确的物种水平鉴定，特别是对于弧菌属和苍白杆菌属等属。此外，虽然我们的统计模型考虑了水箱变异，但45天的试验持续时间捕捉了早期效应，在商业条件下的长期结果仍有待评估。

需要进一步的研究来确定其长期影响，优化其添加水平，并评估其在商业养殖条件下的可行性以及对病原体暴露的反应。