《Aquaculture Reports》：Evaluation of nutritional composition of natural and artificial diets for feed optimization for cantharides larvae
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摘要翻译
芫菁（cantharides）是富含斑蝥素（cantharidin）的甲虫总称，是一种收录于《中国药典》的昆虫源性药物。芫菁幼虫在自然界中仅以蝗虫卵为食，这为其人工饲养带来了巨大挑战。现有的人工饲料对高龄幼虫的饲养效果良好，但对低龄幼虫的适应性较差。
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芫菁（cantharides）是富含斑蝥素（cantharidin）的甲虫总称，是一种收录于《中国药典》的昆虫源性药物。芫菁幼虫在自然界中仅以蝗虫卵为食，这为其人工饲养带来了巨大挑战。现有的人工饲料对高龄幼虫的饲养效果良好，但对低龄幼虫的适应性较差。本研究分析了天然食物（蝗虫卵）和基础人工饲料（basic artificial feed, BAF）的营养成分，发现BAF的总糖含量较高，但蛋白质和脂肪含量不足。基于这些发现，研究人员开发了一种改进型人工饲料（improved artificial feed, IAF），提高了蛋白质和脂质含量。饲喂IAF的幼虫比饲喂BAF的幼虫表现出更高的存活率和食物转化效率；然而，这些指标仍不如饲喂蝗虫卵的幼虫。质谱分析结果显示，IAF中显著高于蝗虫卵的蛋白质有1425种，脂质有683种，而低于蝗虫卵的蛋白质有21种，脂质有378种。IAF中含量高于蝗虫卵的蛋白质和脂质与幼虫的食物利用和生长呈正相关，但与存活率呈负相关。相反，IAF中缺失的化合物呈现相反的趋势。本研究确定了IAF与蝗虫卵之间的关键营养差异，表明这些差异可能对芫菁幼虫的生长和发育产生潜在影响。这些发现为芫菁幼虫的取食可塑性提供了科学见解，并为优化芫菁幼虫人工饲料配方提供了潜在策略。
论文解读文章
**一、研究背景与科学问题**
芫菁（cantharides）是鞘翅目芫菁科（Meloidae）昆虫的统称，俗称斑蝥，是富含斑蝥素（cantharidin）的药用昆虫类群。斑蝥素具有明确的抗肿瘤活性，芫菁及其制剂被《中国药典》收录，并作为肝癌治疗的标准化合物药物使用。在中国，肝细胞癌的新发病例和死亡病例分别占全球总数的50.5%和51.3%，对人类健康构成重大威胁。随着芫菁源药物临床疗效的日益明确，斑蝥素的需求量不断增加。然而，斑蝥素的化学合成极为困难，导致供需矛盾日益尖锐。目前野生芫菁仍是斑蝥素的主要来源，但野生资源迅速枯竭，亟需寻找替代药用来源。因此，芫菁的人工规模化饲养成为必然趋势，而通过人工饲料实现规模化饲养，不仅能有效缓解野生资源压力，还能为学术研究和产业发展提供稳定的实验材料。
此前已有研究者对芫菁科多种昆虫的人工饲养进行了探索，但芫菁幼虫专性取食新鲜蝗虫卵的生物学特性，给人工饲料的开发带来了巨大挑战。虽然半人工饲料具有较好的可操作性和营养精确性，但在满足不同生长发育阶段需求方面存在局限。已有研究开发的幼虫人工饲料虽能较好地满足高龄幼虫的生长需求，但一龄幼虫的取食需求难以满足，这成为芫菁规模化饲养的瓶颈。此前的营养分析表明，人工饲料是一种高糖、低蛋白、低脂配方，饲喂人工饲料的幼虫存活率更低，成熟时体重也更低，尽管其取食量更大、表观消化率更高，但食物转化效率较低。基于上述问题，本研究旨在针对性地优化人工饲料配方，系统评估改进效果，并利用质谱技术深入解析人工饲料与天然食物之间的关键营养差异。
**二、研究内容与方法概述**
本研究以《中国药典》收录的芫菁种类眼斑芫菁（*Hycleus cichorii*）为实验对象，该物种已在本实验室连续饲养繁殖多年。新鲜蝗虫卵取自实验室长期饲养的东亚飞蝗（*Locusta migratoria manilensis*）种群。首先对蝗虫卵、基础人工饲料（BAF）和改进型人工饲料（IAF）进行常规营养成分测定；随后开展全幼虫期的喂养效果评估，测定存活率、体重和食物利用指标；最后采用液相色谱-串联质谱技术对蝗虫卵和IAF进行蛋白质组和脂质组的深度检测。蛋白质组学采用数据非依赖采集模式，脂质组学采用高分辨质谱进行数据采集，并通过主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和KEGG通路富集分析等生物信息学手段进行数据处理。各实验组包含30头幼虫，设置三个独立重复，统计分析在R软件中完成，以P<0.05为显著性阈值。
**三、主要研究结果**
**3.1 人工饲料与蝗虫卵的常规营养成分差异**
常规营养成分测定结果显示，蝗虫卵与两种人工饲料在营养成分上存在显著差异。蝗虫卵的主要营养成分为总糖2.35 g/100g、粗蛋白31.57 g/100g、粗脂肪3.71 g/100g、水分49.92 g/100g和灰分0.48 g/100g（湿重计），其中粗蛋白占干物质的比例最高，为63.03%。BAF的蛋白质和脂肪含量显著低于蝗虫卵（分别为4.09和1.93 g/100g，P<0.01），而总糖含量和水分显著高于蝗虫卵（P<0.01），表明蝗虫卵是低糖高蛋白食物，而BAF则是高糖低蛋白食物。与BAF相比，IAF显著提高了粗蛋白和粗脂肪含量（P<0.01），降低了总糖含量和水分（P<0.01），其营养成分更接近蝗虫卵，但粗蛋白和脂肪含量仍低于蝗虫卵。
**3.2 不同饲料喂养芫菁幼虫的存活率与生长表现**
与BAF相比，IAF显著提高了一龄幼虫和整个幼虫期的存活率（P<0.01），但IAF组幼虫的总体存活率仍低于蝗虫卵组（P<0.01）。IAF组成熟幼虫的干重与BAF组无显著差异，但仍低于蝗虫卵组（P<0.05）。在食物利用方面，IAF组幼虫在全幼虫期的取食量显著低于BAF组（P<0.05），与蝗虫卵组相当；BAF组幼虫的取食量显著高于蝗虫卵组，但相对生长率（RGR）反而显著更低（P<0.01）。IAF组的食物转化效率（ECI）显著高于BAF组（P<0.01），表明IAF在食物利用效率上优于BAF。
**3.3 改进型人工饲料与蝗虫卵的蛋白质组比较**
质谱分析共鉴定到1737种蛋白质，其中1446种为差异丰度蛋白。在IAF中显著高于蝗虫卵的蛋白质有1425种，包括肠毒素结合糖蛋白、蜂王浆蛋白、载脂蛋白A-I、血清类黏蛋白1和免疫球蛋白λ样多肽1等；而低于蝗虫卵的蛋白质仅21种，包括卵黄蛋白原A、卵黄蛋白原B、类几丁质酶蛋白EN03异构体X1、膜突蛋白/埃兹蛋白/根蛋白同源物1和热休克蛋白83等。相关性分析显示，IAF中丰度较高的蛋白质与幼虫存活率和RGR呈负相关，而IAF中丰度较低的蛋白质与存活率和RGR呈显著正相关。通路富集分析表明，IAF中高丰度蛋白主要富集在组氨酸代谢、磷酸戊糖途径、糖酵解/糖异生、三羧酸循环和氨基酸生物合成等通路；而低丰度蛋白主要富集在吞噬体、果蝇光传导、凋亡-多物种、蛋白质输出和内质网蛋白质加工等通路。
**3.4 改进型人工饲料与蝗虫卵的脂质组比较**
在IAF和蝗虫卵中共检测到2193种脂质，属于49个亚类，主要包括三酰甘油（TAG，31.37%）、磷脂酰胆碱（PC，13.86%）、磷脂酰乙醇胺（PE，7.71%）、二酰甘油三甲基高丝氨酸（DGTS，5.61%）和二酰甘油（DAG，4.61%）等。PCA和OPLS-DA均显示IAF与蝗虫卵的脂质组成存在显著差异，其中683种脂质在IAF中含量较高，378种脂质含量较低。相关性分析显示，IAF中富集的脂质与RGR呈负相关，而IAF中含量较低的脂质大多与存活率呈正相关。通路富集分析显示，仅4种在IAF中含量较高的脂质富集于甘油磷脂代谢通路，包括磷脂酰胆碱、1-酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱、磷脂酸和磷脂酰乙醇胺。
**四、讨论与结论**
本研究表明，IAF虽然是相对于BAF的显著升级版本，但仍落后于天然食物蝗虫卵。IAF中缺失的卵黄蛋白原、类几丁质酶蛋白、热休克蛋白和微管蛋白等，在昆虫胚胎发育、营养储存、蜕皮、细胞凋亡调控和先天免疫屏障建立中发挥关键作用，其适当补充可能改善幼虫饲养效果。IAF中含量过高的蛋白质大多与幼虫食物利用呈正相关，但与存活率呈负相关，过量添加可能给幼虫消化吸收带来负担。在脂质方面，IAF中胆固醇含量显著低于蝗虫卵，而昆虫无法从头合成胆固醇，必须从食物中获取，因此补充胆固醇可能十分必要。IAF中高含量的磷脂酰胆碱和磷脂酸富集于甘油磷脂代谢通路，但过量添加可能造成幼虫生理代谢紊乱。
结论部分指出，虽然IAF提高了蛋白质和脂质含量，但并未完全满足芫菁幼虫对某些关键蛋白质和脂质的需求。IAF与蝗虫卵之间关键蛋白质和脂质丰度的显著差异，与幼虫存活率、食物利用效率和整体发育表现的差异密切相关。这些发现为当前IAF配方的营养缺陷提供了科学见解，揭示了特定蛋白质和脂质在满足芫菁幼虫生理需求中的关键作用，为未来优化人工饲料配方提供了坚实的理论基础。解决这些营养缺陷将有助于开发更均衡、更有效的芫菁幼虫人工饲料，对提高幼虫饲养成功率、保障斑蝥素类药物可持续生产具有重要意义。该研究发表在《Aquaculture Reports》。
