《Current Issues in Molecular Biology》：Combined Animal and Plant Protein Enable High Fishmeal Replacement in Penaeus vannamei Under Biofloc Technology
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摘要：鱼粉（FM）需求量的不断增长及其有限的可获性，促使对虾水产饲料领域亟需寻求可持续的替代蛋白源。本研究在生物絮团技术（BFT）条件下养殖的凡纳滨对虾（Penaeus vannamei）幼虾中评估了高比例鱼粉替代的效果，综合运用了体外蛋白质消化率、生长性能、
摘要：鱼粉（FM）需求量的不断增长及其有限的可获性，促使对虾水产饲料领域亟需寻求可持续的替代蛋白源。本研究在生物絮团技术（BFT）条件下养殖的凡纳滨对虾（Penaeus vannamei）幼虾中评估了高比例鱼粉替代的效果，综合运用了体外蛋白质消化率、生长性能、营养物质利用及微生物组分析。研究人员配制了六种等氮和等脂饲料，将两种鱼粉水平（0%和7.5%）与动物（A）、植物（P）或混合（AP）蛋白源组合，并设置含15%鱼粉的对照饲料进行试验。基于植物的饲料表现出比基于动物的饲料更高的体外蛋白质消化率和氨基酸释放量。然而，这些差异并未反映在对虾的生长表现上，因为各饲料处理间的终末体重、特定生长率（SGR）和存活率均相似。投喂A7.5和AP7.5饲料的对虾其表观饲料转化率、蛋白质效率和经济效益均得到改善，而完全替代鱼粉则导致性能较差。生物絮团和对虾肠道微生物群落组成主要受时间演替驱动，而饲料蛋白源则调节了特定细菌科的丰度。生物絮团与肠道群落在科水平上的分类学重叠有限，表明微生物交换受限，同时存在强烈的栖息地和宿主介导的选择作用。总体而言，这些研究结果表明，在BFT条件下养殖的凡纳滨对虾幼虾，含7.5%鱼粉（FM）并补充动物源蛋白或动物与植物源蛋白组合的饲料，是一种最优策略，可在维持生产性能的同时保持肠道微生物稳定性和健康。
**论文解读：基于生物絮团技术的凡纳滨对虾饲料中鱼粉高比例替代策略研究**
**1. 研究背景与问题提出**
鱼粉（FM）历来是水产饲料中主要的蛋白质来源，因其高消化率、均衡的氨基酸（AA）谱、良好的营养价值和诱食性而备受青睐。然而，其有限的供应量和持续增长的需求不断推高饲料成本，迫使行业积极寻找可持续的替代方案。对于凡纳滨对虾（Penaeus vannamei）而言，其饲料蛋白质需求通常根据生长阶段和养殖条件而异，幼虾阶段因其快速生长和高代谢需求，对日粮不平衡尤为敏感。因此，确定能够在降低鱼粉用量的同时维持生长性能的替代蛋白源，是该行业面临的核心课题。
植物性和动物性原料已被广泛评估为鱼粉替代品。豆粕（SBM）因其来源广泛、消化率相对较高且氨基酸谱可接受，成为应用最广泛的植物蛋白源，但高添加量可能受限于抗营养因子、纤维含量及氨基酸不平衡等问题。动物源性蛋白原料，如家禽副产物粉和肉骨粉，可补充植物原料的不足，并在对虾饲料中支持了高水平的鱼粉替代。然而，饲料质量不仅取决于原料组成，蛋白质消化率在很大程度上决定了营养物质的利用效率。此外，对鱼粉替代的响应还受养殖系统影响。生物絮团技术（BFT）通过促进微生物同化含氮废物并在系统内循环营养物质，可为对虾提供相当于其营养需求30%-50%的补充营养，这可能影响对虾对饲料营养素差异的响应。同时，生物絮团作为一个复杂的微生物生态系统，其群落可能影响对虾肠道微生物群落，而肠道微生物对宿主的营养代谢、免疫和健康至关重要。因此，有必要在BFT条件下直接评估不同蛋白源替代鱼粉对凡纳滨对虾的整体影响。
**2. 研究开展内容与结论**
本研究旨在评估在BFT条件下，使用动物、植物及混合蛋白源高比例替代幼虾阶段凡纳滨对虾饲料中鱼粉的效果。研究综合分析了体外蛋白质消化率、对虾生长性能、营养物质利用效率、生物絮团及对虾肠道微生物群落结构，以阐明饲料配方、环境微生物、宿主相关微生物群落与对虾健康状况之间的相互作用。
研究结论表明，尽管植物源饲料在体外表现出更高的蛋白质消化率和氨基酸释放量，但这并未转化为对虾生长性能的显著提升。含有7.5%鱼粉并辅以动物蛋白或动物与植物混合蛋白的饲料（A7.5和AP7.5）在表观饲料转化率（FCR）、蛋白质效率（PER）和经济效益方面表现最优，优于完全去除鱼粉（0% FM）的饲料。微生物群落结构的主要驱动力是养殖过程中的时间演替，而非饲料蛋白源；但饲料蛋白源确实能够调节特定细菌科的丰度。生物絮团与肠道微生物群落之间仅存在有限科水平重叠，表明宿主选择和栖息地特异性对肠道微生物群落的塑造起主导作用。
**3. 主要关键技术方法**
本研究所用的主要技术方法包括：1）体外消化试验，利用从凡纳滨对虾肝胰腺提取的酶液，在半透膜生物反应器中评估饲料蛋白质的生物可及性；2）为期74天的养殖实验，在室内1 m3聚乙烯水箱中进行，养殖密度为350尾/m3，初始平均体重为2.55 ± 0.04 g，对虾幼体（PL12）购自奥地利White Panther公司，实验监测生长和饲料利用指标；3）16S rRNA基因全长测序，使用PacBio Sequel II系统分析生物絮团和对虾肠道的微生物群落组成；4）营养组成分析，测定饲料、对虾及生物絮团常规成分；5）统计分析，采用单因素方差分析（ANOVA）或非参数检验及多元统计分析（PERMANOVA）处理数据。
**4. 研究结果**
* **对水质的影响**：整个试验期间，各处理组的水质参数（溶解氧、盐度、温度、碱度等）均保持在适合凡纳滨对虾养殖的范围内，虽存在显著但微小的差异，且无一致的与饲料相关的规律。
* **体外消化率**：饲料处理显著影响氨基酸最终释放量和蛋白质生物可及性。P0饲料的体外消化率显著高于其他处理，这可能与其含有较多的水解植物蛋白成分有关；基于动物蛋白的饲料（A7.5、A0）表现出最低的蛋白质生物可及性；混合饲料则呈现中间值。
* **对虾生长性能**：饲料处理显著影响表观FCR和PER。投喂A7.5和AP7.5饲料的对虾，其FCR显著低于投喂AP0饲料的对虾。A7.5饲料组的表观PER最高，而AP0组最低。然而，各组对虾的终末体重、特定生长率（SGR）、摄食量（FI）和存活率无显著差异。
* **对虾及生物絮团营养组成**：对虾的常规营养组成在各饲料处理间无显著差异。初始对虾比终末对虾具有更高的总能（GE）和更低的粗蛋白（CP）。生物絮团的有机质（OM）和CP含量随试验时间普遍增加（动物源饲料组除外），植物源饲料组絮团的能量值更高，灰分含量则下降。
* **饲料经济分析**：表观经济转化率（ECR）受饲料处理显著影响。A7.5和AP7.5饲料组的ECR最低，与AP0组差异显著。投喂A7.5或AP7.5饲料，相对于AP0组，每生产一公斤对虾可节省约1.12欧元的饲料成本。
* **微生物群落表征**：α多样性（Chao1、Simpson、Shannon指数）显示，生物絮团的微生物多样性随时间降低，而对虾肠道的多样性随时间增加。β多样性分析揭示生物絮团和肠道微生物群落结构均存在显著的时间变化，时间因素分别解释了38.6%和20.4%的群落变异。饲料处理对两组群落结构均有影响，但在肠道中的影响更具体。蛋白源类别（动物、植物、混合）是影响群落结构的重要驱动因素。终末阶段，变形菌门（Proteobacteria）、Patescibacteria和浮霉菌门（Planctomycetota）是生物絮团中的优势菌门，而肠道中则以变形菌门、浮霉菌门、绿弯菌门（Chloroflexi）和放线菌门（Actinobacteriota）为主。饮食蛋白源显著影响了特定细菌科的丰度，如在植物源饲料组的生物絮团中WCHB1-41和Kiloniellaceae丰度更高，在肠道中Halieaceae和Microbacteriaceae丰度更高。生物絮团与肠道微生物群落在科水平上仅有少量重叠，主要共享类群包括Thermoanaerobaculaceae、Pirellulaceae和Rhodobacteraceae。
**5. 讨论与结论**
讨论部分指出，体外消化率差异未转化为体内生长性能优势，可能归因于BFT系统中生物絮团作为补充营养源，在一定程度上缓冲了饲料营养素差异的影响。A7.5和AP7.5饲料在拥有较低或中等体外蛋白消化率的情况下仍实现较低的FCR，提示饲料整体营养平衡，尤其是氨基酸谱，对表观饲料利用效率更为关键。完全去除鱼粉在BFT条件下并未带来额外的生物学或经济学优势，保留7.5%鱼粉并合理搭配替代蛋白源，是实现生产性能与成本效益最佳平衡的策略。微生物群落的时间演替是主导群落结构的首要因素，而饲料蛋白源主要调节特定细菌类群的丰度，表明饮食调整能定向影响部分菌群，但并未颠覆整体群落结构。生物絮团与肠道微生物的低度重叠，进一步印证了肠道栖息地及宿主选择对微生物群落组装的强烈塑造作用。
研究最终得出以下结论：在BFT条件下，使用含7.5%鱼粉并辅以动物蛋白或动物与植物混合蛋白源的饲料，足以维持凡纳滨对虾幼虾的最佳生产性能，并改善表观饲料和经济效益。植物源饲料虽具有更高的体外蛋白消化率和氨基酸释放量，但并未转化为生长优势，表明体外蛋白生物可及性不能单独作为预测BFT条件下体内生产性能的指标。微生物群落结构主要受时间演替驱动，而饲料蛋白源则调节特定细菌科的丰度。生物絮团与肠道微生物群落的有限分类学重叠表明存在强烈的栖息地和宿主介导的选择作用。
