《Frontiers in Microbiology》：Diet formulations with graded C:N ratios are associated with intestinal microbiota and health responses in GIFT tilapia (Oreochromis niloticus)
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本研究考察了通过降低蛋白源并增加小麦淀粉和小麦麸形成的梯度饲料碳氮比（C:N）对遗传改良养殖罗非鱼（GIFT；Oreochromis niloticus）生长性能、肠道健康和肠道微生物群的影响。通过调整饲料蛋白和碳水化合物配制6种实验饲料，使C:N分别达到7.
本研究考察了通过降低蛋白源并增加小麦淀粉和小麦麸形成的梯度饲料碳氮比（C:N）对遗传改良养殖罗非鱼（GIFT；Oreochromis niloticus）生长性能、肠道健康和肠道微生物群的影响。通过调整饲料蛋白和碳水化合物配制6种实验饲料，使C:N分别达到7.34、8.13、9.20、10.70、12.15和14.47，并以幼鱼GIFT（初始平均体重5.30 g）饲喂58天（6组，每组3个重复，每网箱30尾）。随着饲料C:N升高，生长性能指标显著下降，而饲料转化率（FCR）升高（P < 0.001）。C:N≥10.7的饲料与更明显的不良响应相关，包括肠道形态受损、胰蛋白酶活性降低、紧密连接相关基因表达下调、抗氧化酶活性降低和炎症反应增强（P < 0.05）。梯度饲料配方与肠道微生物组成变化相关：较高C:N与Mycobacterium、Dietzia和Actinobacteriota丰度的正向线性趋势相关（P < 0.05）。与这些分类学变化平行，短链脂肪酸（SCFAs）分析显示丁酸水平在饲料间存在显著差异（P < 0.05），最高数值出现在CN10.7处理。功能预测表明较高C:N饲料与预测微生物代谢功能变化相关。总体而言，尽管C:N≥10.7的饲料与预测的碳水化合物相关微生物功能富集相关，这些较高比例饲料也与生长和肠道健康受损相关。在本实验条件和配方策略下，CN7.3–CN9.2处理比CN10.7–CN14.5处理表现出较少的不良宿主响应，而进一步增加与生长、肠道屏障功能以及炎症和氧化应激响应受损相关。
研究背景与问题：水产营养策略长期以来多聚焦于宿主营养生理，常忽视肠道微生物群作为生长调控靶点。肠道微生物群是宿主“全基因组”（hologenome）的重要组成部分，其基因容量远超宿主，并参与消化、营养代谢和免疫调节。微生物组成受宿主遗传、环境和摄食调控，因此饲料干预具有可行性。已有证据表明，饲料蛋白水平与来源、能量含量及非淀粉多糖可调节肠道微生物群，为通过精准营养优化微生物群以改善养殖鱼类生长提供依据。不同生境细菌具有相似元素计量学，C:N约为3.29–6.05；按微生物碳利用效率0.3估算，所需C:N约为11.3–20.2，与生物絮团中C:N 15–20促进鲫和非洲鲶生长健康一致。但典型水产饲料C:N约7–10，可能碳不足，需补充碳水化合物提高C:N。直接关联饲料C:N与水生动物肠道反应的研究仍少；虾中蔗糖提高C:N可改变肠道微生物和代谢组，但伴随生物絮团形成；虹鳟中C:N影响水化学和微生物活性，但未评价肠道。因此，梯度饲料C:N如何重塑鱼类肠道微生物代谢并与宿主肠道健康互作尚不清楚。低可发酵碳水时，微生物更多依赖蛋白供能，促进蛋白水解发酵，导致氮利用低和有害副产物积累，损伤屏障并引发炎症；增加非结构性碳水可转向糖分解发酵，增加SCFAs，降低肠腔pH、抑制机会致病菌并为上皮供能。尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）是全球广泛养殖鱼，饲料适应性强、耐高碳水，GIFT被用作实验模型。
研究人员开展了什么研究、结论及意义：研究人员以商业饲料配方为基线，降低蛋白源并增加小麦淀粉和麦麸，配制6种C:N为7.34–14.47的饲料，命名为CN7.3–CN14.5，饲喂幼鱼GIFT 58天，评估肠道微生物、生长性能和肠道健康关联。结论表明，高C:N（≥10.7）与更明显不良响应相关，CN7.3–CN9.2处理不良响应较轻；梯度配方与肠道微生物组成及预测功能变化相关。意义在于提示该配方策略下过高C:N损害生长和肠道健康，为C:N调控提供依据，但未确定统计最优比例，也未分离C:N独立效应。
技术方法概括：实验饲料通过逐级降低鱼粉、鸡肉粉、豆粕、大豆浓缩蛋白、菜粕、棉籽粕并增加小麦淀粉和麦麸形成C:N梯度；幼鱼GIFT购自本地育种场，在广东海洋大学淡水研究中心混凝土池网箱中驯养和实验。生长试验58天，6组3重复、每笼30尾。测定生长和形态指标；H&E染色和扫描电镜观察肠道形态；试剂盒和ELISA检测消化酶、抗氧化及屏障指标；qRT-PCR（β-actin内参，2
–ΔΔCt法）检测紧密连接和免疫基因；16S rRNA V3–V4扩增子测序，QIIME2/DADA2生成ASV，SILVA分类，PICRUSt2和FAPROTAX预测功能，ANCOM-BC2作敏感性分析；GC-MS测定SCFAs。
研究结果：
3.1 生长性能与形态学：通过58天生长试验，FBW、WG、SGR随饲料C:N升高而下降，FCR、FIR升高，HSI、VSI升高，SR和RIL无差异；FBW、WG、CF、VSI呈线性趋势，SGR、FIR、FCR、HSI呈线性和二次趋势（P < 0.05）。
3.2 肠道形态：组织学和扫描电镜显示，肌层厚度、绒毛宽度、绒毛高度、隐窝深度及绒毛高度/隐窝深度比随C:N升高下降，CN12.2–CN14.5最低，微绒毛萎缩稀疏并见杯状细胞分泌异常。
3.3 肠道消化功能：胰蛋白酶活性随C:N升高下降，α-淀粉酶（AMS）活性在CN12.2最高，脂肪酶无显著差异。
3.4 肠道黏膜屏障功能：血浆D-乳酸（D-LA）、脂多糖（LPS）、二胺氧化酶（DAO）和内皮素（ET）随C:N升高增加，CN10.7–CN14.5较高。
3.5 肠道黏膜机械屏障：zo-1、zo-3、occludin、claudin、claudin-11和claudin-12 mRNA表达随C:N升高下降，呈线性趋势。
3.6 肠道黏膜免疫屏障：il-10和tgf-β1表达在高C:N组下降，il-8和tnf-α表达升高。
3.7 肠道黏膜抗氧化参数：GSH-Px、T-AOC、T-SOD和CAT随C:N升高下降；GSH和MDA无一致差异。
3.8 肠道微生物：16S测序显示深度足够；共有80个ASV，CN9.2独有ASV最多、CN14.5最少；PCoA显示部分分离，PERMANOVA显著（R
2 = 0.573，P = 0.0007），PERMDISP不显著。Simpson和Shannon在CN7.3较低。门水平Fusobacteriota在CN7.3最高，Proteobacteria在CN8.1和CN9.2较高，Actinobacteriota随C:N升高；属水平Cetobacterium在CN7.3最高，Mycobacterium、Dietzia和Clostridium sensu stricto 12随C:N升高，ANCOM-BC2支持部分趋势。PICRUSt2和FAPROTAX预测显示微生物代谢功能变化，如CN7.3发酵和硝酸还原较高，高C:N好氧化能异养、尿素分解等较高。
3.9 肠道内容物SCFA：GC-MS显示乙酸在CN7.3最高，丙酸在CN12.2最高，丁酸在CN9.2、CN10.7和CN14.5高于CN7.3，CN10.7数值最高，总SCFAs在CN7.3最高、CN14.5最低。
讨论总结：研究人员指出，C:N处理由配方协同变化产生，并非独立变量，应解释为C:N、粗蛋白和碳水水平的联合效应。鱼对碳水利用有限，高C:N非蛋白能量未有效转化为生长，摄食增加但FCR升高，可能为蛋白不足下补偿摄食。高C:N与肠道形态、消化酶、屏障、免疫和抗氧化不良相关。微生物多样性增加不代表健康改善；Cetobacterium下降，Actinobacteriota、Mycobacterium、Dietzia增加，Clostridium sensu stricto 12与丁酸变化相联系。功能预测中发酵和硝酸还原在CN7.3较高，高C:N好氧化能异养和尿素分解等增加。SCFA变化与分类群变化一致，但丁酸升高不应单独解释为肠道改善。总体高C:N（≥10.7）不良，≤9.2不良较轻；未确定最优C:N，也未分离C:N独立效应。
结论翻译：本研究通过饲喂梯度C:N（7.3–14.5）饲料，在GIFT中建立了不同的肠道微生物谱。α多样性在处理间不同，主要反映CN7.3组Shannon和Simpson多样性较低。高C:N条件下，Actinobacteriota相对丰度增加，包括Mycobacterium明显增加。同时，丁酸在饲料间不同，CN10.7数值最高，但未对应宿主肠道健康改善。功能预测进一步表明，推测微生物代谢潜力在饲料处理间发生转变。总体，这些结果表明梯度饲料配方与肠道微生物组成变化相关，包括Mycobacterium增加，以及推测碳水化合物相关功能潜力变化。然而，C:N≥10.7饲料与生长性能、饲料利用效率、肠道形态、消化酶活性、通透性指标、炎症反应和抗氧化能力更明显的不良响应相关。在本配方策略下，C:N高达9.2的饲料比10.7或更高饲料产生较轻不良宿主响应。本设计未识别统计最优饲料C:N，也未将C:N独立效应与蛋白、碳水化合物、麦麸和成分组成同时变化分离。
