■李 俊 潘孝毅 易新文 張含樂 張文兵 麥康森

（水產(chǎn)動(dòng)物營養(yǎng)與飼料農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海水養(yǎng)殖教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東青島 266003）

（參考文獻(xiàn)61篇，刊略，需者可函索）

在自然條件下，經(jīng)過漫長的自然選擇，大部分魚類都有其特定的體色。魚類絢麗的體色主要是由于類胡蘿卜素（carotenoids）等物質(zhì)在魚類皮膚、肌肉等部位沉積產(chǎn)生。研究表明，魚類不能靠自身合成類胡蘿卜素，在自然環(huán)境中，它們可以從魚、蝦、浮游生物等餌料生物中攝取類胡蘿卜素并在體內(nèi)沉積，從而滿足其著色的需要。然而，在養(yǎng)殖生產(chǎn)中，魚類很難通過從飼料中獲取足夠的符合其著色需求的類胡蘿卜素，因此在很多重要養(yǎng)殖品種中出現(xiàn)了較為顯著的體色退化現(xiàn)象。對(duì)于人類來說，基于經(jīng)驗(yàn)、傳統(tǒng)和習(xí)俗等因素的影響，食物的色澤與消費(fèi)者生理和心理的期望值有關(guān)，代表著食物的預(yù)期品質(zhì)。因此食物的色澤往往是判定其可接受程度的重要指標(biāo)。隨著人們生活水平的提高，對(duì)食品的品質(zhì)要求也越來越高，對(duì)養(yǎng)殖魚類的色澤也越來越關(guān)注。本文主要從魚類體色形成的生物學(xué)基礎(chǔ)、魚類體色相關(guān)基因以及魚類體色營養(yǎng)調(diào)控三個(gè)方面進(jìn)行綜述。

1 魚類體色形成的生物學(xué)基礎(chǔ)

1.1 魚類體色的形成

位于真皮層下的色素細(xì)胞的存在使魚類皮膚呈現(xiàn)各種不同的顏色。關(guān)于色素細(xì)胞的種類眾說紛紜。目前，大部分研究表明，魚類皮膚中的色素細(xì)胞主要包括黑色素細(xì)胞（melanophores）、紅色素細(xì)胞（erythrophores）、黃色素細(xì)胞（xanthophores）、虹彩細(xì)胞（iridophores）。另外，Goda等在對(duì)兩種鼠科（Callionymid）的研究中發(fā)現(xiàn)了藍(lán)色素細(xì)胞(cyanophores)的存在。也有一些學(xué)者認(rèn)為魚類含有白色素細(xì)胞(leucophores)，但更為普遍的說法是白色素細(xì)胞和虹彩細(xì)胞具有相同的著色物質(zhì)，屬于同一種細(xì)胞。

黑色素細(xì)胞、紅色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞的顯色細(xì)胞器可以吸收特定顏色的光而使其呈現(xiàn)出不同的顏色，被稱為吸光色素細(xì)胞。黑色素細(xì)胞是一種在各種動(dòng)物體內(nèi)普遍存在的色素細(xì)胞，在真皮和表皮中均有分布。成熟的黑色素細(xì)胞有很多分支，胞體較大，約有100～300μm，其主要顯色物質(zhì)為黑色素顆粒，能夠呈現(xiàn)出黑色和褐色。黃色素細(xì)胞和紅色素細(xì)胞的顯色物質(zhì)都是類胡蘿卜素和蝶啶(pteridine)。黃色素細(xì)胞中帶黃色的蝶啶比重較大，紅色素細(xì)胞中呈現(xiàn)紅色或橙色的類胡蘿卜素比重較大。以上三種細(xì)胞都存在很多樹突狀分支結(jié)構(gòu)，可以在神經(jīng)和激素的雙重調(diào)節(jié)下使色素顆粒向細(xì)胞核聚攏或分散到樹突狀結(jié)構(gòu)中，從而控制著色的深淺。而虹彩細(xì)胞通過反射入射光而呈現(xiàn)出不同的顏色，稱為反光色素細(xì)胞。虹彩細(xì)胞沒有分支狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞中不存在色素顆粒，在細(xì)胞質(zhì)中存在一種透明的薄膜狀鳥嘌呤晶體疊層，它們被稱為反射小板(reflecting platelets)，反射小板有很強(qiáng)的反光能力，反光色素細(xì)胞可以通過調(diào)節(jié)反射小板間的間距來改變反射光的波長，從而使皮膚呈現(xiàn)出閃亮的白色、銀色、藍(lán)色等光澤。各種色素細(xì)胞、顯色物質(zhì)以及色素色見表1。

表1 4種常見色素細(xì)胞所含顯色物質(zhì)及其色素色

1.2 色素細(xì)胞的起源與發(fā)育過程

與其它脊椎動(dòng)物一樣，魚類色素細(xì)胞的增殖不是通過細(xì)胞分裂完成的，而是由神經(jīng)嵴細(xì)胞（neural crest cells）遷移到皮膚、肌肉等部位，分化為色素干細(xì)胞，進(jìn)而特化成色素細(xì)胞。神經(jīng)嵴細(xì)胞是一種僅存在于脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育早期的特殊細(xì)胞，它能夠經(jīng)過遷移、特化而形成多種細(xì)胞類型。早在1954年，有研究者發(fā)現(xiàn)，在成體魚類皮膚中當(dāng)黃色素細(xì)胞局部受損后，會(huì)有黑色素細(xì)胞出現(xiàn)在該區(qū)域。因此他們猜想可能在魚體特定區(qū)域有黑色素干細(xì)胞的存在。半個(gè)世紀(jì)后，Johnson的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在斑馬魚(Danio rerio)的鰭條中，大多數(shù)再生的黑色素細(xì)胞來源于非色素化的前體細(xì)胞，這一結(jié)果驗(yàn)證了之前的猜想。目前，人們已經(jīng)從人類和小鼠等哺乳動(dòng)物的皮膚中分離出黑色素干細(xì)胞并進(jìn)行體外培養(yǎng)。但是，對(duì)于含有多種色素細(xì)胞的魚類，是否每種色素細(xì)胞都有其相對(duì)應(yīng)的干細(xì)胞呢？Curran等對(duì)斑馬魚成魚的研究表明，黑色素細(xì)胞和虹彩細(xì)胞來源于共同的前體細(xì)胞，而他們的特化是由轉(zhuǎn)錄因子Mitf以及Foxd3相互作用決定的，而黃色素細(xì)胞可能來源于另一種前體細(xì)胞。然而，Johnson等通過對(duì)斑馬魚早期胚胎進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，斑馬魚尾鰭處的黑色素細(xì)胞和黃色素細(xì)胞發(fā)育的各個(gè)階段都來自于相同的前體干細(xì)胞(mFSC)，而虹彩細(xì)胞卻由另外的前體細(xì)胞產(chǎn)生。這兩種截然不同的研究結(jié)果代表了斑馬魚色素細(xì)胞分化的兩種不同途徑，究竟是兩者皆有還是其中一種呢？這個(gè)問題值得我們進(jìn)一步研究。

色素細(xì)胞源于神經(jīng)嵴，那么它們是通過什么途徑到達(dá)指定部位從而使不同部位顯示出不同的顏色呢？在對(duì)小鼠的研究中表明，黑色素細(xì)胞譜系是通過背部（表皮和生皮肌節(jié)間）途徑遷移到指定部位，而在對(duì)斑馬魚的研究中發(fā)現(xiàn)黃色素細(xì)胞譜系和黑色素細(xì)胞譜系都可以通過與小鼠黑色素細(xì)胞相同的途徑遷移，另外黑色素細(xì)胞譜系也可以和虹彩細(xì)胞譜系一起通過神經(jīng)管和肌節(jié)之間的通路遷移到指定部位。目前關(guān)于紅色素細(xì)胞譜系遷移過程的研究較少，可能與其他色素細(xì)胞譜系遷移途徑類似。

關(guān)于決定移動(dòng)中的色素細(xì)胞譜系在靶部位停下來的機(jī)制的研究很少，但是這對(duì)于我們研究魚類體色形成機(jī)制是至關(guān)重要的。一種模型認(rèn)為，色素細(xì)胞的分布可能與該部位組織內(nèi)環(huán)境有關(guān)。對(duì)哺乳動(dòng)物毛發(fā)的研究表明，黑色素細(xì)胞在毛囊內(nèi)聚集可能是由于受到了毛囊附近環(huán)境的某種粘附吸引力作用，這種粘附作用可能由鈣粘素（cadherin）介導(dǎo)。E-鈣粘素是細(xì)胞粘附分子的一種，作為鈣依賴性跨膜糖蛋白，它可以介導(dǎo)細(xì)胞間同質(zhì)粘附。在鼠的黑色素細(xì)胞表面檢測到有P-鈣粘素和E-鈣粘素的表達(dá)，而且在黑色素細(xì)胞（黑色素母細(xì)胞）遷移的過程中，經(jīng)過不同的部位鈣粘素的兩種異構(gòu)體的比例也是變化的，E-鈣粘素的表達(dá)量與黑色素細(xì)胞（黑色素母細(xì)胞）的定位有顯著的相關(guān)性。該研究證明了鈣粘素在黑色素細(xì)胞定位中的作用。對(duì)于含有多種色素細(xì)胞的魚類來說，在皮膚特定部位或色素細(xì)胞表面或許也存在某種類似于E-鈣粘素的物質(zhì)，決定著遷移中的色素細(xì)胞（色素母細(xì)胞）的定位。這種定位模式對(duì)魚類體色的形成的作用需要更深入的研究。

2 體色相關(guān)基因的研究進(jìn)展

基因的誘發(fā)對(duì)魚類體色模式的形成以及色素細(xì)胞的特化和遷移起著決定性的作用。例如，在斑馬魚中，轉(zhuǎn)錄因子Pax3對(duì)于黃色素細(xì)胞的特化是必須的，而黃色素細(xì)胞的遷移依靠受體酪氨酸激酶csf1r的作用。目前對(duì)魚類體色相關(guān)基因的研究主要集中在斑馬魚、青鱂（Oryzias latipes）等模式生物上。在自然界中或者通過人工誘導(dǎo)，研究者們可以得到多種色素細(xì)胞缺失個(gè)體，這些個(gè)體為魚類體色相關(guān)基因研究提供了很好的材料。通過對(duì)這些突變體的研究，研究者們?cè)谇圜F上發(fā)現(xiàn)了約38種體色相關(guān)基因，在斑馬魚上發(fā)現(xiàn)了約90種該類基因，如表2所示。這些基因中大約有10種的分子特性被驗(yàn)證，它們分別編碼膜受體、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子以及不同色素合成過程中的各種酶，如表3所示。

表2 模式魚膚色突變體中發(fā)現(xiàn)的體色相關(guān)基因

表3 部分模式魚體色相關(guān)基因分子特性

但是由于斑馬魚、青鱂等模式魚類皮膚中主要只有黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞以及虹彩細(xì)胞，所以目前對(duì)其他色素細(xì)胞，如紅色素細(xì)胞相關(guān)基因的數(shù)據(jù)相對(duì)缺失，這需要在今后的研究中進(jìn)一步完善。

3 類胡蘿卜素著色作用研究進(jìn)展

3.1 類胡蘿卜素對(duì)魚類體色的影響

已有很多研究表明類胡蘿卜素可以顯著改善水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的體色。類胡蘿卜素是一種在生物界中普遍存在的呈黃色、橙紅色或紅色的天然色素。對(duì)魚類來說，類胡蘿卜素是黃色素細(xì)胞、紅色素細(xì)胞中的主要顯色物質(zhì)，由于魚類不能通過自身合成類胡蘿卜素，所以食物中類胡蘿卜素的含量以及來源對(duì)魚類體色起著至關(guān)重要的作用。類胡蘿卜素種類很多，目前已經(jīng)有約8種類胡蘿卜素被允許應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，他們包括葉黃素、萬壽菊提取物（天然葉黃素）、辣椒紅、蝦青素、β-胡蘿卜素、β-阿樸-胡蘿卜素醛、β-阿樸-胡蘿卜素酸乙酯、β-胡蘿卜素-4,4-二酮（斑螯黃）等。

Yi等通過在飼料中添加不同種類和含量的類胡蘿卜素，初步探討了其對(duì)養(yǎng)殖大黃魚體色的影響。這一系列研究表明，蝦青素、葉黃素、角黃素等類胡蘿卜素在飼料中的使用，可以對(duì)大黃魚體色起到一定的改善作用。但是不同種類的類胡蘿卜素對(duì)大黃魚體色的改善效果不同。黃色系類胡蘿卜素（如葉黃素、玉米黃質(zhì)等）對(duì)大黃魚的黃色值的改善效果更顯著，而紅色系類胡蘿卜素（如蝦青素、角黃素等）對(duì)大黃魚紅色值的改善效果更顯著。Chatzifotis研究表明，在飼料中添加紅色系類胡蘿卜素源（主要含蝦青素酯）對(duì)提高真鯛背部皮膚的紅色值有顯著的作用，而黃色系類胡蘿卜素源（主要含黃體素、玉米黃質(zhì)）對(duì)提高黃色值效果明顯。對(duì)其他魚類，如黃顙魚(Pelteobagrus fulvidraco)、大西洋 鮭(Salmo salar)、牙鲆（Paralichthys olivaceus）、小丑魚（Premnas biaculeatus）和澳大利亞鯛魚（Pagrus auratus）等的研究都證明了類胡蘿卜素對(duì)體色改善有重要作用。

3.2 類胡蘿卜素的消化、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和沉積

目前大部分關(guān)于類胡蘿卜素的吸收和利用的研究都是基于人體作為研究對(duì)象的。類胡蘿卜素在人體內(nèi)的消化吸收過程如圖1所示：①類胡蘿卜素首先在腸道消化酶的作用下從食物纖維中釋放出來；②釋放出的類胡蘿卜素在消化道中一部分轉(zhuǎn)化成視黃醇，另一部分與脂質(zhì)結(jié)合成混合微團(tuán)；③微團(tuán)通過被動(dòng)擴(kuò)散的方式再由小腸黏膜吸收并形成富含甘油三酯的乳糜微粒；④乳糜微粒通過淋巴系統(tǒng)進(jìn)入血液循環(huán)，在血液中乳糜微粒被脂蛋白酶迅速分解，含有類胡蘿卜素的乳糜微粒殘留物迅速被肝臟等部位吸收。其中，在血液循環(huán)過程中，類胡蘿卜素主要與高密度脂蛋白和低密度脂蛋白結(jié)合。肝臟、脂肪組織等部位含有較多的低密度脂蛋白受體，所以有較多的類胡蘿卜素沉積。

圖1 類胡蘿卜素在人體內(nèi)的消化吸收過程

在人體中，類胡蘿卜素的主要功能是作為維生素A的前體，以及作為抗氧化劑與自由基結(jié)合。而在魚體內(nèi)，類胡蘿卜素還有一個(gè)很重要的功能就是參與組織和體表的著色。因此，在類胡蘿卜素隨血液運(yùn)輸?shù)倪^程中還會(huì)在肌肉、皮膚等組織中大量沉積。研究者對(duì)大西洋鮭投喂含有14C標(biāo)記的蝦青素的飼料，檢測血液、膽汁、肝臟、腸道及其內(nèi)容物、肌肉、皮膚、糞便的放射性。結(jié)果表明，腸道內(nèi)容物以及糞便中放射性14C含量高達(dá)71.36%，膽汁7.13%，肝臟、皮膚、肌肉樣品中總含量為10.68%。該研究表明，大西洋鮭在攝入蝦青素后，大部分蝦青素會(huì)隨糞便排出，僅有小部分會(huì)在肝臟、肌肉以及皮膚等部位沉積下來。在對(duì)錦鯉的研究中發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素主要沉積在體表，肌肉、肝臟等組織器官沉積量很小。Yi等對(duì)大黃魚體色的相關(guān)研究表明，類胡蘿卜素在腹部皮膚的沉積量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于背部皮膚，而在肌肉中基本沒有類胡蘿卜素的沉積。這些研究表明類胡蘿卜素在魚體內(nèi)沉積時(shí)對(duì)靶組織具有一定選擇性，對(duì)于不同種類的魚，以及同種魚的不同組織甚至是同種魚同一組織的不同部位，類胡蘿卜素的沉積量可能有很大差別。那么，在這些不同的組織中，類胡蘿卜素的存在形式是否一樣呢？是什么作用使類胡蘿卜素停留在特定的部位呢？

Henmi等認(rèn)為，蝦青素是通過其結(jié)構(gòu)中的β-紫羅蘭酮環(huán)與纖維蛋白間的非特異性弱疏水作用結(jié)合在一起。Matthews等通過凝膠電泳從大西洋鮭肌肉中分離出各種蛋白組分，然后通過體外蝦青素綁定實(shí)驗(yàn)證明α輔肌動(dòng)蛋白是唯一一種與蝦青素綁定顯著相關(guān)的肌纖維蛋白。我們已經(jīng)知道，類胡蘿卜素在魚類皮膚中的沉積是存在于色素細(xì)胞中的，這點(diǎn)與肌肉中類胡蘿卜素的沉積有本質(zhì)上的差別。那么，在皮膚中，血液循環(huán)中的色素顆粒與色素細(xì)胞是通過什么途徑相互識(shí)別并進(jìn)入細(xì)胞沉積下來呢？目前鮮有這方面的研究，而這個(gè)問題也值得我們更深入的探索。

3.3 脂肪對(duì)類胡蘿卜素著色的影響

類胡蘿卜素是一種脂溶性化合物，食物中的類胡蘿卜素主要通過和脂類物質(zhì)結(jié)合，在消化道以及循環(huán)系統(tǒng)中吸收和運(yùn)輸（見圖1）。因此，脂類物質(zhì)的含量和組成也是影響魚類體色的一個(gè)重要因素。Yi等發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖大黃魚腹部黃色值（b*）以及類胡蘿卜素含量在一定范圍內(nèi)隨著飼料中脂肪含量的升高而顯著增大，且在脂肪含量達(dá)到12%時(shí)大黃魚背部黃色值最高。對(duì)虹鱒（Oncorhynchus mykiss）的研究也證明，類胡蘿卜素的沉積效率隨著飼料中脂類含量的增加而升高。袁立強(qiáng)研究發(fā)現(xiàn)，適量的脂肪能提高黃顙魚對(duì)葉黃素的利用率，7.02%的脂肪水平能滿足魚體著色需要，脂肪水平過高對(duì)著色有負(fù)面影響。類似的現(xiàn)象在大西洋鮭和北極嘉魚(Salvelinus alpinus)上也得到證實(shí)。

脂肪源以及脂肪酸的組成也可能影響魚類著色。易新文等用菜籽油不同水平替代魚油，配制等氮等脂飼料投喂大黃魚，結(jié)果表明，菜籽油替代組大黃魚腹部紅色值顯著高于對(duì)照組；隨著替代水平的升高，背部亮度值以及背部紅色值也呈上升趨勢。對(duì)大西洋鮭的研究發(fā)現(xiàn)，大豆卵磷脂替代魚油會(huì)顯著降低血清中蝦青素含量，而?；悄懰岷拓i油替代組血清中蝦青素含量顯著升高。對(duì)各處理組飼料脂肪酸組成分析后，推測飼料中C16∶0和C18∶1n-1脂肪酸含量的升高或者C20∶1n-9和C22∶1n-9脂肪酸含量的降低，有利于蝦青素的吸收和利用。

3.4 維生素和礦物質(zhì)對(duì)類胡蘿卜素著色的影響

類胡蘿卜素在生物體內(nèi)同時(shí)具有著色劑和抗氧化劑的作用。類胡蘿卜素權(quán)衡假說（carotenoid tradeoff hypothesis）認(rèn)為，機(jī)體會(huì)在類胡蘿卜素的兩個(gè)功能（生理作用和著色）上做出權(quán)衡，抗氧化和免疫方面對(duì)類胡蘿卜素的競爭性需求會(huì)導(dǎo)致類胡蘿卜素的再分配，從而降低類胡蘿卜素沉積部位的著色水平。因此，飼料中適量添加抗氧化物質(zhì)，可以起到節(jié)約類胡蘿卜素的作用。維生素E作為重要的抗氧化劑，已經(jīng)被證明對(duì)大西洋鮭和黃顙魚等養(yǎng)殖品種體色的改善有重要作用。另外，在動(dòng)物體內(nèi)類胡蘿卜素是維生素A合成的前體物質(zhì)，因此當(dāng)飼料中維生素A的含量無法滿足機(jī)體需求時(shí)，魚類便將類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為維生素A，從而降低其著色效果。

礦物鹽也會(huì)影響魚類的著色。它們作為輔基參與色素在機(jī)體內(nèi)的代謝，同時(shí)還能介導(dǎo)色素顆粒在色素細(xì)胞內(nèi)的聚集和擴(kuò)散，進(jìn)而影響魚類體色。也有研究發(fā)現(xiàn)，葉黃素在血液中的輸送依賴于脂蛋白，而鈣離子對(duì)脂蛋白的親和力大于葉黃素。所以鈣離子含量太高對(duì)葉黃素吸收將造成競爭性抑制，使著色效果降低。

4 小結(jié)與展望

魚類體色是人們判定魚類健康狀況以及品質(zhì)情況的重要指標(biāo)，所以體色研究對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有重要意義。魚類體色的形成受基因、環(huán)境、營養(yǎng)物質(zhì)以及自身健康狀況等多方面因素的影響，所以體色的調(diào)控不僅要考慮各種營養(yǎng)素的影響，還需要綜合考慮其他各方面影響因素。類胡蘿卜素在魚體內(nèi)的消化吸收以及轉(zhuǎn)運(yùn)沉積機(jī)制是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，目前相關(guān)研究仍處于初級(jí)階段，許多過程如細(xì)胞吸收類胡蘿卜素的具體機(jī)制、代謝的清晰途徑、轉(zhuǎn)運(yùn)與沉積中的基因控制等還需要更進(jìn)一步的研究。色素相關(guān)基因的研究方面，大部分都集中在斑馬魚、青鱂等模式魚類上，因此黑色素細(xì)胞以及黃色素細(xì)胞相關(guān)基因研究較多，而紅色素細(xì)胞以及虹彩細(xì)胞的研究相對(duì)較少。在未來的研究中，我們需要更透徹的理解魚類體色的形成以及調(diào)控機(jī)制、更深入的理解類胡蘿卜素的轉(zhuǎn)運(yùn)沉積機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上研究出更加安全、高效、低成本的魚類體色調(diào)控技術(shù)。