脱脂黑水虻幼虫粉替代鱼粉对罗氏沼虾生长性能、磷排放及肠道健康的综合效应研究

本研究针对水产养殖中鱼粉资源紧缺和磷排放污染问题，系统评估了脱脂黑水虻幼虫粉(BSFLM)替代鱼粉对罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)的影响。结果表明：BSFLM可替代80%鱼粉而不影响生长性能；中高替代组(40%-80%)显著提升磷保留效率(14.57%-19.24%)并降低磷排放；BSFLM还能增强消化酶活性、优化肠道菌群结构并改善肠道形态。该研究为开发环境友好型水产饲料提供了重要理论依据和实践方案。

　　

随着全球人口持续增长，粮食安全问题已成为世界性挑战。在这种背景下，水产养殖作为满足蛋白质需求的重要解决方案，近几十年来取得了显著发展。目前水产养殖已成为人类营养所需水产品的主要来源。然而，集约化养殖系统面临着巨大的经济压力，饲料成本占生产总支出的一半以上，由此产生了对蛋白质源的前所未有的需求。

鱼粉作为水产饲料的主要蛋白质源，由于全球渔业资源限制而面临生产瓶颈，产量已达到平台期。这种供需失衡导致国际鱼粉价格创下历史新高，逐渐削弱了水产养殖的可持续发展能力。为了减轻对鱼模的关键依赖，科学界加强了开发创新非谷物蛋白质源作为可持续替代品的努力。

在众多替代蛋白中，昆虫蛋白因其土地需求最小、生长周期快、饲料转化效率高和环境影响小而展现出特殊潜力。其中，黑水虻(Hermetia illucens)幼虫粉(BSFLM)因其高蛋白含量（干物质中35%，脱脂后达60%）和营养平衡特性而受到广泛研究关注。这种腐食性昆虫表现出显著的生物转化效率，能够利用食物残渣和畜禽粪便等有机废弃物完成快速生命周期，并将其转化为高价值饲料原料。

另一个关键考虑因素是鱼粉的高磷含量（2.68%）与虾类低磷利用效率的结合，需要仔细管理养殖废水。虾类养殖废水，特别是其较高的磷水平，可能引起富营养化并刺激藻类大量繁殖，迅速消耗溶解氧并通过藻类分解导致二次污染。相比之下，BSFLM的磷含量显著较低（0.9%），这一特性表明可能减少水产养殖系统中的氮磷排放，从而减轻环境影响。

罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)作为一种具有商业价值的淡水虾种，在全球养殖系统中表现出显著的生产增长，连续创纪录的产量为行业扩张做出了重要贡献。然而，其对配方饲料中鱼模的高度依赖迫切需要在低鱼模饲料的开发，以确保行业可持续性。

本研究通过多角度综合研究BSFLM在罗氏沼虾营养中的鱼模替代效果，整合了转录组学、肝胰腺-肠道形态学、肠道微生物组分析、消化率评估和磷排放量化等多项技术手段。这种综合策略不仅减少了鱼模依赖和生产成本，还通过环境影响评估建立了最佳替代比例，为可持续水产养殖实践提供了可行策略。

本研究主要采用了以下关键技术方法：设计了五种等氮等能的半纯化饲料，BSFLM分别替代0%（对照）、10%、20%、40%和80%的鱼模；使用300升水箱进行为期8周的养殖实验，每个处理设3个重复；通过国标方法分析了饲料和虾体的近似成分及氨基酸组成；使用分光光度法测定磷含量并计算磷利用效率；采用商业试剂盒测定消化酶和抗氧化酶活性；通过石蜡切片和HE染色进行组织形态学观察；采用16S rRNA高通量测序技术分析肠道菌群；利用转录组测序技术分析肝胰腺基因表达差异；使用实时定量PCR验证差异表达基因。

3.1. 生长性能

BSFLM替代鱼模对罗氏沼虾的生长性能没有显著影响。所有处理组在存活率、增重率和饲料转化率方面均无显著差异。平均日摄食量在经过8周试验后在各组间保持可比性。体成分分析显示，随着BSFLM添加水平的增加，粗蛋白含量呈上升趋势。BSFLM80组的粗蛋白含量显著高于其他组。BSFLM10组的粗脂肪含量显著低于对照组。对照组（BSFLM0）的灰分含量相对于BSFLM喂养组显著降低。磷含量在所有实验组间无显著差异。

3.2. 肌肉氨基酸谱

膳食BSFLM的添加显著影响了肌肉氨基酸谱。所有BSFLM喂养组的脯氨酸水平均较对照组有所增加，其中BSFLM20、BSFLM40和BSFLM80组的脯氨酸含量相对于BSFLM10组特别升高，而BSFLM20组的丝氨酸水平相对于BSFLM0、BSFLM10和BSFLM80组有所降低。

3.3. 磷利用和排放

随着BSFLM添加量的增加，磷保留效率和磷沉积率显著改善。BSFLM40和BSFLM80组的磷沉积率值高于其他组，这些组的磷保留效率相对于BSFLM0和BSFLM10组显著升高。BSFLM20、BSFLM40和BSFLM80组的磷废物显著降低。随着BSFLM添加水平的增加，磷保留效率和磷沉积率以及磷废物均表现出显著的线性和二次效应。

3.4. 消化酶活性

肠道胰蛋白酶活性在所有BSFLM喂养组（除BSFLM10外）均较对照组显著增加。BSFLM40和BSFLM80组的淀粉酶和脂肪酶活性也显著较高。

3.5. 抗氧化能力

各组间丙二醛含量无显著差异。然而，BSFLM喂养组的总超氧化物歧化酶活性显著升高。

3.6. 表观消化率

干物质和蛋白质表观消化率在各组间无显著差异。

3.8. 转录组分析

肝胰腺样本的转录组测序获得了高质量数据，组装获得31,761个单基因和41,003个转录本。差异表达分析发现BSFLM20与BSFLM0相比有1141个上调基因和694个下调基因。KEGG富集显示差异表达基因显著参与紧密连接、吞噬体、抗原加工/呈递、胰岛素信号通路、FoxO信号通路、矿物质吸收、AGE-RAGE信号通路、PI3K-Akt信号通路和cGMP-PKG信号通路。GO富集显示下调的差异表达基因与大分子和氮化合物代谢过程相关，而上调的差异表达基因参与糖异生和己糖生物合成。定量RT-PCR验证证实了转录组结果。

3.9. 肠道微生物组分析

对分布在五个处理组的15只罗氏沼虾个体收集的样本进行了肠道微生物组的全面分析。高通量测序产生了高质量的16S rRNA基因读数，样本间的读数数量无显著差异。所有组的测序覆盖率均超过99.9%。Alpha多样性指标，包括基于OTU计算的Simpson和Shannon指数，显示处理组间无显著变化。主坐标分析清楚展示了不同膳食处理下微生物群落的明显聚类模式，表明BSFLM补充显著改变了菌群组成。在门水平上，肠道微生物组主要由变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、放线菌门和Patescibacteria组成。属水平的详细分类分析确定了五个优势细菌属：Cloacibacterium、Lactococcus、Acinetobacter、Paracoccus和Agromyces。微生物组成的统计分析显示在门和属水平上均有显著的膳食效应。BSFLM10组的厚壁菌门丰度较其他组显著增加，而对照组（BSFLM0）的Patescibacteria水平显著较高。在属水平上，BSFLM20组的Acinetobacter特别丰富，而Agromyces在BSFLM40组中相对于除BSFLM80外的所有组显著升高。

3.10. 肝胰腺和肠道形态学

组织学检查显示所有处理组的肝胰腺结构保存良好。该器官显示肝胰腺小管内衬有紧密连接的细胞的特征性假复层上皮。比较分析表明，与其他膳食组相比，BSFLM80喂养的虾含有更多的泡状细胞（B细胞）。肠道形态学评估表明膳食对肠道结构有显著影响。BSFLM补充导致绒毛高度和肌层厚度相对于对照饲料显著增加。在BSFLM喂养组中，BSFLM20处理引起了最显著的形态学改善，显示比其他组更大的绒毛高度和肌层厚度。然而，较高的添加水平（BSFLM40和BSFLM80）导致绒毛高度和肌层厚度相对于BSFLM10和BSFLM20组降低。

本研究提供了令人信服的证据，表明脱脂BSFLM在罗氏沼虾饲料中可作为鱼模的营养全面且功能有效的替代品。研究结果表明，不同添加水平（10%至80%）的BSFLM替代保持了与传统鱼模饲料相当的生长性能，在包括存活率、增重和饲料转化效率在内的关键生产参数上未观察到显著差异。值得注意的是，研究揭示了与不同替代水平相关的独特有益效应。低水平添加（10%）诱导了肠道微生物组的调节，其特征是厚壁菌门和益生菌Lactococcus物种的丰度增加，这与增强的肠道形态和改善的抗氧化能力相关。这些变化表明BSFLM在最佳添加水平下具有促进肠道健康和免疫功能的潜力。较高的替代率（40%至80%）展示了减少的磷排放，同时富集了几丁质消化微生物种群并增强了消化酶活性。这些发现将BSFLM定位为一种多功能饲料成分，能够解决对虾养殖中的生产和环境可持续性挑战，原因是减少了鱼模使用和降低了磷废物。然而，为期8周的实验持续时间突出表明需要进一步研究高BSFLM添加在商业规模操作中的长期效应，以充分评估其在水产养殖行业中的实际应用潜力。