《Heliyon》：Effects of a fishmeal-replaced diet fortified by nano-selenium on body composition, digestive enzymes, and intestinal morphology in Cyprinus carpio
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摘要
背景：鱼粉（Fishmeal, FM）是水产养殖饲料中蛋白质和必需微量元素的重要传统来源。然而，出于可持续性、成本及资源枯竭等方面的考量，研究人员对植物基替代蛋白源的兴趣日益增加。
方法：本研究开展了一项为期60天的养殖试验，以评估在完全替代鱼粉的植物基
摘要
背景：鱼粉（Fishmeal, FM）是水产养殖饲料中蛋白质和必需微量元素的重要传统来源。然而，出于可持续性、成本及资源枯竭等方面的考量，研究人员对植物基替代蛋白源的兴趣日益增加。
方法：本研究开展了一项为期60天的养殖试验，以评估在完全替代鱼粉的植物基饲料中添加不同剂量纳米硒（nano-selenium, nano-Se）对鲤鱼（Cyprinus carpio，初始体重：30.63 ± 0.61 g）的剂量依赖性影响。试验设置两种对照饲料：一种含鱼粉（FM-D），另一种完全由植物原料组成（PM-D）。为评估纳米硒的作用，研究人员在PM-D基础上分别添加三个水平的纳米硒：1 mg/kg（PM-Se1）、2 mg/kg（PM-Se2）和3 mg/kg（PM-Se3）。
结果：投喂FM-D和PM-Se3饲料的鲤鱼，其日增重（DWG）和饲料效率（FE）显著高于其他处理组（P < 0.05）。这两个组的血浆还原型谷胱甘肽（GSH）水平亦较高（P < 0.05）。各组全鱼体的水分、蛋白质和脂肪含量无显著差异（P > 0.05），但PM-Se3组的灰分含量显著高于PM-D组（P < 0.05）。肠道组织学观察显示，PM-Se3组的肠上皮厚度和绒毛高度增加，同时消化酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶）活性最高。经济分析表明，PM-Se3是FM-D的一种经济有效的替代方案，在较低的饲料成本下实现了相近的生长性能和饲料效率。
结论：上述研究结果表明，在无鱼粉饲料中添加3 mg/kg纳米硒，可改善鲤鱼的生长性能、血浆GSH水平、肠道形态及消化酶响应，同时保持其经济优势。
论文解读
一、研究背景与目的
鱼粉（Fishmeal, FM）因其氨基酸组成均衡、适口性好，并能促进养殖鱼类最佳生长与健康，长期以来一直是水产饲料中的优质蛋白质来源。然而，随着对鱼粉需求的持续增长，加之饲料鱼资源的可持续性问题和成本不断上升，水产养殖营养领域对替代蛋白源的探索日益迫切。植物基原料因其来源广泛、供应相对稳定，被视为鱼粉最具潜力的替代品之一。然而，植物蛋白在鱼类饲料中的应用存在诸多营养限制，包括抗营养因子的存在、氨基酸和脂肪酸谱不平衡，以及某些必需微量元素含量不足。这些限制因素会损害饲料利用效率、影响机体生理功能，并最终降低鱼类的生长性能。
硒（Se）是维持水生生物正常生理过程的关键微量元素，是参与抗氧化防御、免疫功能和内分泌调节的硒蛋白的重要组成部分。硒的利用效率很大程度上取决于其化学形式和生物利用率。近年来，纳米硒（nano-selenium, nano-Se）因其更高的生物利用率和更低的毒性而受到越来越多的关注。鱼粉不仅是优质蛋白质的来源，也是包括硒在内的微量元素的重要膳食来源。因此，用植物原料替代鱼粉可能导致饲料中硒的可用性降低，进而对鱼类健康和生长性能产生不利影响。补充纳米硒可能有助于弥补此类缺乏并改善植物基饲料的利用效率。
本研究旨在：（1）评估投喂鱼粉基和添加不同水平纳米硒的植物基饲料对鲤鱼（Cyprinus carpio）生长性能和饲料效率的影响；（2）评估膳食纳米硒对全鱼体组成和血浆抗氧化状态的影响；（3）评估其对肠道形态和消化酶活性的影响；（4）考察在植物基水产饲料中添加纳米硒的经济可行性。
二、主要技术方法
研究人员从伊朗胡齐斯坦省当地渔场获取平均体重为30.63 ± 0.61 g的鲤鱼幼鱼，驯化14天后，将150尾鱼随机分配至15个圆形水槽（300 L容量，装水200 L），每槽10尾鱼，每个处理组设3个重复。试验为期60天，每日三次定时投喂至表观饱食。饲料配制方面，以鱼粉基饲料（FM-D）为阳性对照，植物基饲料（PM-D）为阴性对照，并在PM-D中分别添加1 mg/kg（PM-Se1）、2 mg/kg（PM-Se2）和3 mg/kg（PM-Se3）的纳米硒（粒径30–45 nm）。采用HPLC-ICP-MS分析验证最终饲料中的硒含量。全鱼体和饲料的常规成分分析依据AOAC方法进行，包括105°C烘干测水分、660°C马弗炉灰化3小时测粗灰分、凯氏定氮法测粗蛋白、索氏提取法测粗脂肪。血浆GSH水平使用商业试剂盒在412 nm波长下测定。肠道组织经Bouin氏液固定、梯度乙醇脱水、石蜡包埋、6 μm切片及苏木精-伊红染色后，在光学显微镜下测量绒毛高度（VH）、绒毛宽度（VW）和上皮厚度（ET）。消化酶（胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶）活性采用标准方法测定。经济分析评估了总采食量（TFI）、总饲料成本、总鱼销售额和扣除饲料成本后的毛利润。数据采用SPSS 23进行单因素方差分析（ANOVA）及Duncan多重比较检验，组织学参数采用Student's t检验。
三、主要研究结果
3.1 存活率与生长性状
整个试验期间未出现鱼类死亡。用植物原料替代鱼粉导致日增重（DWG）和饲料效率（FE）显著下降（P = 0.001，η2 = 0.840；P = 0.005，η2 = 0.785）。然而，在植物基饲料中添加3 mg/kg纳米硒显著改善了DWG和FE，PM-Se3组与FM-D组之间无显著差异（P > 0.05），表明纳米硒补充可将这些指标恢复至与鱼粉对照组相当的水平。
3.2 血浆GSH水平
PM-D组的血浆GSH水平显著低于FM-D组（P = 0.014，η2 = 0.681）。在所有处理组中，FM-D和PM-Se3组的血浆GSH水平最高，表明3 mg/kg纳米硒补充改善了因鱼粉替代引起的抗氧化状态改变。
3.3 体组成
各处理组全鱼体的水分、蛋白质和脂肪含量均无显著差异（P > 0.05）。然而，PM-Se3组的灰分含量显著高于PM-D组（P = 0.04，η2 = 0.737），而FM-D与PM-Se3组之间各体组成指标均无显著差异（P > 0.05）。
3.4 肠道组织学
与PM-D组相比，PM-Se3组的肠道上皮厚度（P = 0.001，η2 = 0.848）和绒毛高度（P = 0.001，η2 = 0.997）均显著增加，而绒毛宽度无显著差异（P > 0.05）。绒毛高度和上皮厚度的增加表明纳米硒补充可能改善肠道结构发育，进而支持营养物质的吸收。
3.5 消化酶活性
用植物原料替代鱼粉显著降低了肠道胰蛋白酶（P = 0.001，η2 = 0.904）、胰凝乳蛋白酶（P = 0.01，η2 = 0.921）和脂肪酶（P = 0.001，η2 = 0.933）活性，但显著增加了淀粉酶活性（P = 0.001，η2 = 0.966）。消化酶活性随纳米硒添加水平的升高而呈增加趋势，其中PM-Se3组各消化酶活性最高。
3.6 经济分析
用植物原料替代鱼粉显著降低了总采食量（TFI）（P = 0.027，η2 = 0.636）。所有植物基饲料组的总饲料成本均显著低于FM-D组（P = 0.016，η2 = 0.739），各植物基组间无显著差异。相应地，所有植物基饲料组的扣除饲料成本后的毛利润均显著增加（P = 0.018，η2 = 0.750），且增加幅度相近。
四、讨论与结论
讨论部分指出，鱼粉替代导致的生长性能下降与植物基饲料中抗营养因子和必需营养素缺乏有关，而3 mg/kg纳米硒补充可将DWG和FE恢复至与鱼粉对照组相当的水平，这可能与硒蛋白合成和抗氧化防御的硒可用性提高有关。血浆GSH结果证实纳米硒在维持氧化平衡方面的作用，特别是在营养受限的饲料中。体组成方面，纳米硒对蛋白质、脂肪和水分无显著影响，但PM-Se3组灰分含量升高提示矿物质沉积可能得到改善，不过具体机制仍需进一步研究。肠道形态方面，纳米硒补充显著增加了绒毛高度和上皮厚度，这可能与改善肠道结构发育和营养吸收能力有关。消化酶活性方面，纳米硒补充提高了各消化酶活性，与肠道形态改善共同提示纳米硒对肠道功能的有益作用。经济分析表明，鱼粉替代是植物基饲料经济优势的主要贡献因素，而纳米硒补充在不增加饲料成本的前提下提供了额外的营养效益。
研究结论为：在无鱼粉饲料中添加3 mg/kg纳米硒可改善鲤鱼的肠道上皮厚度和绒毛高度，并与较高的消化酶活性和血浆GSH水平相关。虽然全鱼体水分、蛋白质和脂肪含量未受显著影响，但PM-Se3组的全鱼体灰分含量高于未添加纳米硒的PM-D组。PM-Se3组的生长性能和饲料效率与FM-D组相当。此外，用植物原料替代鱼粉降低了饲料成本并增加了扣除饲料成本后的毛利润，且无论是否添加纳米硒，这些经济效益均得以维持。总体而言，本研究为纳米硒在鲤鱼无鱼粉饲料中的肠道、抗氧化、体组成及经济响应提供了补充信息，但还需进一步研究以阐明这些响应背后的机制，并在商业化养殖条件下评估纳米硒补充的长期安全性和经济可行性。
