■ 魏小芳 李 良 朱 瑞 李登來 孟思彤 王吟濤 劉思影 吳莉芳*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院/動物醫(yī)學(xué)院，吉林長春 130118；2.動物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長春 130118；3.吉林省動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長春 130118）

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；潭鹊牟粩嗵?高，對飼料糧和優(yōu)質(zhì)飼料的需求不斷增加，在一定程度上，資源短缺仍是新時期制約飼料業(yè)發(fā)展的瓶頸[1]。但國內(nèi)優(yōu)質(zhì)飼料蛋白源較為緊缺，魚粉和豆粕等水產(chǎn)飼料常規(guī)蛋白源主要依賴進(jìn)口。我國非糧蛋白質(zhì)飼料資源豐富，種類繁多，但技術(shù)研發(fā)不足，限制其在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用[2]。因此，合理開發(fā)非糧新型蛋白源對降低蛋白源的進(jìn)口依賴度、促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和保障國家糧食安全具有重要意義。

生物絮團(tuán)技術(shù)（biofloc technology，BFT）是近年來發(fā)展起來的新型養(yǎng)殖水體調(diào)控與循環(huán)利用新技術(shù)。是一種新型的生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)，具有養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控及底質(zhì)改善；提高餌料效率，補(bǔ)充營養(yǎng)成分；生物防控等作用[3-5]。對水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色養(yǎng)殖體系的構(gòu)建與實(shí)踐具有重要意義，已成為國際水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的研究熱點(diǎn)[6-9]。生物絮團(tuán)是生物絮團(tuán)技術(shù)的核心，由細(xì)菌、藻類、原生動物和有機(jī)碎屑等通過生物絮凝的作用形成的絮狀體，包含大量的益生菌和生物活性成分，如芽孢桿菌（Bacillus）和聚β-羥基丁酸酯等[10]。生物絮團(tuán)已經(jīng)被Avnimelech[11]和Bueford等[12]通過同位素13C和15N標(biāo)記技術(shù)證實(shí)可以被羅非魚（Oreochromis niloticus）和南美白對蝦（Litopenaeus vannamei）攝食利用。水體中的絮團(tuán)含量過高會影響?zhàn)B殖對象的存活，在養(yǎng)殖過程中需要及時清除。然而，實(shí)際生產(chǎn)過程中過多的生物絮團(tuán)卻常被當(dāng)作廢棄物處理。因此，合理開發(fā)利用養(yǎng)殖水體中過多的生物絮團(tuán)，對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

生物絮團(tuán)粉是生物絮團(tuán)技術(shù)的副產(chǎn)品，是生物絮團(tuán)養(yǎng)殖模式下養(yǎng)殖水體中的生物絮團(tuán)經(jīng)過收集加工處理而得到。生物絮團(tuán)粉必需氨基酸總量（∑EAA）與氨基酸總量（∑AA）的比值大于0.4，符合聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）對優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的評分標(biāo)準(zhǔn)[13]。Yu等[14-16]研究發(fā)現(xiàn)，在洛氏鱥（Rhynchocypris lagowskiDybowski）的飼料中添加生物絮團(tuán)粉對洛氏鱥的機(jī)體健康有促進(jìn)作用。并且，在鯽（Carassius auratus）、刺參（Apostichopus japonicus）和野鯪（Labeo rohita）等研究中表明，生物絮團(tuán)粉可成功替代部分魚粉，是一種優(yōu)質(zhì)的飼料蛋白源[17-19]。因此，生物絮團(tuán)粉作為一種非糧新型蛋白源，應(yīng)用在水生動物配合飼料中，可降低水產(chǎn)飼料對糧食類飼料資源的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。文章在查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)報道的基礎(chǔ)上，概述了生物絮團(tuán)粉的營養(yǎng)特性及其對水生動物的影響，旨在為合理開發(fā)利用非糧飼料蛋白源，節(jié)約魚粉蛋白，優(yōu)化水生動物飼料配方提供依據(jù)。

1 生物絮團(tuán)粉的營養(yǎng)特性

研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團(tuán)可提供多種營養(yǎng)物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和微量營養(yǎng)素等[20-24]。生物絮團(tuán)粉的常規(guī)營養(yǎng)組成見表1，其干物質(zhì)中粗蛋白含量為14.37%～49.00%，粗脂肪含量0.30%～9.90%，灰分含量為3.40%～40.55%，粗纖維含量為0.60%～16.60%。生物絮團(tuán)中存在大量的限制性必需氨基酸，如纈氨酸、賴氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和蘇氨酸[25]。同時，許多研究結(jié)果表明，生物絮團(tuán)粉∑EAA/∑AA＞40%，符合聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織（WHO/FAO）∑EAA/∑AA 的比值為0.4 左右的標(biāo)準(zhǔn)，可以作為一種優(yōu)質(zhì)的飼料蛋白源（表2）。此外，生物絮團(tuán)粉中不僅含有豐富的生物活性成分，如類胡蘿卜素、葉綠素、植物甾醇、多糖和聚β-羥基丁酸酯等；還含有大量益生菌，如芽孢桿菌和乳酸菌（Lactobacillus）等，對水生動物生長性能、消化吸收功能、免疫功能和腸道菌群等具有正面作用[17-18，26-27]。研究發(fā)現(xiàn)，不同培養(yǎng)條件下生物絮團(tuán)粉干物質(zhì)中粗蛋白、粗脂肪和灰分含量差異較大。養(yǎng)殖密度、碳水化合物種類、C/N、碳水化合物添加頻率、光照、曝氣強(qiáng)度和水質(zhì)參數(shù)（溶解氧、溫度和鹽度）等的不同以及添加益生菌會導(dǎo)致生物絮團(tuán)粉營養(yǎng)成分發(fā)生顯著變化[4，21，28-35]。另外，不同的加工方法也會導(dǎo)致生物絮團(tuán)粉營養(yǎng)成分的變化，如：凍干法和干燥法[36]。然而，關(guān)于生物絮團(tuán)粉營養(yǎng)組成的影響機(jī)制尚無具體報道，有待進(jìn)一步研究。

表1 生物絮團(tuán)粉的常規(guī)營養(yǎng)組成（%）

表2 生物絮團(tuán)粉的氨基酸組成(%）

2 生物絮團(tuán)粉對水生動物的影響

2.1 生物絮團(tuán)粉對水生動物生長性能的影響

研究表明，生物絮團(tuán)粉作為非糧蛋白源，在水生動物配合飼料中，能夠部分或全部替代魚粉蛋白。Promthale 等[41]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中魚粉完全被生物絮團(tuán)粉替代對斑節(jié)對蝦（Penaeus monodon）生長性能無顯著影響。Bauer 等[45]研究表明，南美白對蝦飼料中的魚粉可完全被大豆?jié)饪s蛋白和生物絮團(tuán)粉（2：1）混合替代。在對蝦飼料中用生物絮團(tuán)粉替代部分魚粉和豆粕后，發(fā)現(xiàn)生物絮團(tuán)粉可顯著提高對蝦增重率和特定生長率[42]。同時，Yu 等[15]研究表明,在洛氏鱥飼料中添加不同水平生物絮團(tuán)粉可顯著提高洛氏鱥生長性能和飼料效率，且在添加12%時末體質(zhì)量、增重率、特定生長率達(dá)到最大值。Chen等[48]研究生物絮團(tuán)粉替代藻粉對刺參生長性能的影響，結(jié)果表明，飼料中適宜水平（27.74%～30.75%）的生物絮團(tuán)粉可提高刺參的生長性能和飼料利用率。在南美白對蝦[38]、尖齒胡鯰（Clarias gariepinus）[39]和斑節(jié)對蝦[43]的研究中也有類似發(fā)現(xiàn)。這可能是由于生物絮團(tuán)不僅是補(bǔ)充營養(yǎng)的來源，而且提供大量的益生菌和生物活性物質(zhì)，對改善水生動物的生理健康起著至關(guān)重要的作用。此外，生物絮團(tuán)可促進(jìn)腸道胞外酶的釋放，進(jìn)而促進(jìn)水生動物對飼料的消化利用，最終提高生長性能。然而，Kuhn等[37]在對蝦、Shao等[40]在南美白對蝦的研究表明，生物絮團(tuán)粉替代飼料中部分魚粉時，對其生長性能無顯著影響。造成這種差異的原因可能是養(yǎng)殖對象種類、大小以及不同培養(yǎng)條件下的生物絮團(tuán)粉營養(yǎng)組成不同。

2.2 生物絮團(tuán)粉對水生動物消化吸收功能的影響

研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團(tuán)粉在促進(jìn)水生動物消化吸收功能方面效果顯著。在刺參上的試驗(yàn)得出，飼料中添加15%生物絮團(tuán)粉可顯著提高刺參胰蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性[18]。同時，Chen 等[48]用生物絮團(tuán)粉替代刺參飼料中的藻粉發(fā)現(xiàn)，隨著飼料中生物絮團(tuán)粉替代藻粉比例的增加，刺參胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶活性呈先上升后下降趨勢，且在替代比例為30%時，刺參消化酶活性最高。與之相似的是，Anand等[43]研究表明，飼料中添加4%～8%生物絮團(tuán)粉顯著提高斑節(jié)對蝦腸道和肝胰腺胰蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶和纖維素酶活性。Yu 等[15]研究表明，飼料中添加生物絮團(tuán)粉，提高了洛氏鱥肝胰腺和腸道蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性。Shao 等[40]研究結(jié)果表明，與魚粉相比，生物絮團(tuán)粉替代15%魚粉對南美白對蝦肝胰腺蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性無不良影響，且肝胰腺α-淀粉酶和胰蛋白酶mRNA 表達(dá)量無顯著變化。上述試驗(yàn)結(jié)果表明飼料中添加適宜水平的生物絮團(tuán)粉可提高水生動物消化酶活性。這可能是因?yàn)樯镄鯃F(tuán)粉含有大量益生菌，益生菌可提高水生動物消化酶活性，其次，生物絮團(tuán)粉可刺激水生動物分泌更多的內(nèi)源性消化酶；另一方面，生物絮團(tuán)粉可改善水生動物腸道菌群，誘導(dǎo)消化酶的生成。

2.3 生物絮團(tuán)粉對水生動物免疫功能的影響

正常的免疫功能是保證水生動物健康生長的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團(tuán)粉可提高水生動物的免疫功能。Lee 等[38]在南美白對蝦飼料中添加0.5%和4.0%生物絮團(tuán)粉可顯著提高血淋巴中的氮藍(lán)四唑（NBT）活性，而對免疫球蛋白（Ig）水平無顯著影響，這表明攝食生物絮團(tuán)粉之后，會刺激南美白對蝦免疫功能。Promthale 等[41]研究表明，各生物絮團(tuán)粉替代組斑節(jié)對蝦總血細(xì)胞量（THC）、血細(xì)胞吞噬活性和酚氧化酶（PO）活性顯著高于對照組，且25%生物絮團(tuán)粉替代組斑節(jié)對蝦免疫功能最佳；25%生物絮團(tuán)粉替代組血淋巴中前酚氧化酶-I（proPO-I）和抗菌肽（PEN-4）mRNA 表達(dá)量顯著高于對照組。在刺參上的試驗(yàn)得出，與對照組相比，飼料中添加20%生物絮團(tuán)粉可顯著提高刺參總一氧化氮合酶（T-NOS）、溶菌酶（LZM）、堿性磷酸酶（AKP）和酸性磷酸酶（ACP）活性及熱休克蛋白70（HSP70）、熱休克蛋白90（HSP90）和LZM mRNA表達(dá)量[18]。Kheti等[19]研究發(fā)現(xiàn)，野鯪飼料中添加4%生物絮團(tuán)粉可顯著提高血清中NBT、LZM和AKP 活性及肝臟和腎臟中干擾素-γ（IFN-γ）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、補(bǔ)體3（C3）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白介素-10（IL-10）mRNA 表達(dá)量。在洛氏鱥的研究中發(fā)現(xiàn)，飼料中添加12%生物絮團(tuán)粉可顯著提高鰓、脾臟、腎臟、肝胰臟和腸道中LZM、AKP、C3、補(bǔ)體4（C4）和免疫球蛋白M（IgM）水平及核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）、TNF-#、白介素-1β（IL-1β）、白介素-8（IL-8）、IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）mRNA表達(dá)量[15]。Ekasari 等[39]報道，尖齒胡鯰飼料中添加20%生物絮團(tuán)粉可顯著提高LZM和血細(xì)胞吞噬活性。這可能是因?yàn)樯镄鯃F(tuán)粉不僅補(bǔ)充營養(yǎng)來源，還含有大量益生菌如枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis），可完善腸道菌群結(jié)構(gòu)并通過代謝物或表面抗原刺激魚的免疫系統(tǒng)，與有害細(xì)菌爭奪營養(yǎng)和附著位點(diǎn)，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，保護(hù)水生動物不受病原體侵害；此外，生物絮團(tuán)粉中還含有大量生物活性成分，如聚β-羥基丁酸酯，可通過促進(jìn)機(jī)體免疫相關(guān)基因的表達(dá)來增強(qiáng)水生動物的免疫功能[49-50]。

2.4 生物絮團(tuán)粉對水生動物抗氧化能力的影響

水生動物發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)時會產(chǎn)生大量活性氧（ROS）。機(jī)體具有復(fù)雜的抗氧化防御系統(tǒng)，可平衡細(xì)胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生和清除，維持水生動物的健康生長，其主要通過相關(guān)酶調(diào)控，如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）等[51-52]。在南美白對蝦的研究中發(fā)現(xiàn)，飼料中添加6%生物絮團(tuán)粉可顯著提高南美白對蝦GPX 活性[38]。Ekasari 等[39]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加生物絮團(tuán)粉顯著降低尖齒胡鯰血清中丙二醛（MDA）含量。Chen等[18]研究表明，刺參SOD 活性隨著飼料中生物絮團(tuán)粉含量的增加而顯著升高，生物絮團(tuán)粉含量為20%時，刺參SOD 活性最高。相似地，在洛氏鱥的研究中發(fā)現(xiàn)，飼料中添加12%生物絮團(tuán)粉時，洛氏鱥肝胰臟、腸道、腎臟和鰓中SOD、CAT、總抗氧化能力（T-AOC）和GPX 水平顯著高于對照組，MDA 含量顯著低于對照組[15]。Wang 等[17]研究表明，飼料中添加10%生物絮團(tuán)粉可顯著提高鯽肝胰臟SOD、CAT 和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶活性，降低MDA 含量，但添加水平超過10%時，鯽的生長和抗氧化能力顯著下降。上述試驗(yàn)結(jié)果表明添加適宜水平的生物絮團(tuán)粉可改善水生動物抗氧化能力。這可能與生物絮團(tuán)粉中含有豐富的生物活性物質(zhì)（胡蘿卜素、葉綠素和聚β-羥基丁酸酯）有關(guān)，其中聚β-羥基丁酸酯可以通過提高抗氧化相關(guān)酶的活性來增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力[49]。

2.5 生物絮團(tuán)粉對水生動物抗病力的影響

病原菌攻毒后的存活率或死亡率通常作為評價水生動物抗病力的指標(biāo)。目前，有關(guān)生物絮團(tuán)粉對水生動物抗病力影響的研究較少。Kheti 等[19]研究表明，飼料中添加4%生物絮團(tuán)粉提高愛德華氏菌（Edwardsiella tarda）攻毒后野鯪的存活率。Chen 等[18]研究表明，飼料中添加10%～20%生物絮團(tuán)粉時，燦爛弧菌（Vibrio splendidus）攻毒后刺參的存活率顯著高于對照組。Promthale 等[41]研究生物絮團(tuán)粉替代魚粉對斑節(jié)對蝦抗病力的影響，結(jié)果表明，生物絮團(tuán)粉分別替代25%和50%魚粉時顯著降低副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）攻毒后斑節(jié)對蝦的死亡率。Lee等[38]研究表明，飼料中添加4%生物絮團(tuán)粉時，哈維氏弧菌（Vibrio harveyi）攻毒后南美白對蝦的存活率顯著高于對照組。相似地，在通過注射傳染性肌肉壞死病毒（IMNV）進(jìn)行攻毒測試后，不同碳源生物絮團(tuán)系統(tǒng)生長的對蝦，其PO 和呼吸爆發(fā)（RB）活性水平均高于對照組，不同碳源生物絮團(tuán)組對蝦的存活率都顯著高于對照組[53]。上述試驗(yàn)結(jié)果表明，生物絮團(tuán)粉可提高水生動物的抗病力。這可能是因?yàn)樯镄鯃F(tuán)粉中含有的大量生物活性成分，可激活宿主的免疫系統(tǒng)；另一方面，生物絮團(tuán)粉含有豐富的益生菌，可改善水生動物腸道菌群，增強(qiáng)對病原微生物的抵抗能力，進(jìn)而提高存活率。同時，生物絮團(tuán)粉中益生菌的細(xì)胞壁成分和代謝產(chǎn)物可以作為潛在的抗氧化來源來提高抗病能力[54]。

3 小結(jié)

生物絮團(tuán)粉作為非糧新型蛋白源已被證實(shí)可被羅非魚和南美白對蝦攝食利用。同時，生物絮團(tuán)粉應(yīng)用于水產(chǎn)飼料中對水生動物的生長及健康狀況有較好的促進(jìn)作用。生物絮團(tuán)粉在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中具有廣闊的發(fā)展前景，但仍存在一些問題需要解決，如：目前關(guān)于生物絮團(tuán)粉的研究較少，研究對象更多地集中在蝦類，魚類報道較少；其次，生物絮團(tuán)粉在收集、分離、干燥和加工等方面技術(shù)不成熟；另外，生物絮團(tuán)粉中的活性成分組成復(fù)雜，含量也不盡相同，其在水生動物中的影響機(jī)制尚不明確。為更好地合理開發(fā)利用生物絮團(tuán)這一蛋白資源，需要深入了解生物絮團(tuán)粉的營養(yǎng)特點(diǎn)和生物學(xué)功能，在今后的研究和發(fā)展中需要聚焦在以下幾點(diǎn)：對更多的經(jīng)濟(jì)水生動物開展評估，系統(tǒng)研究生物絮團(tuán)粉在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用及其對不同水生動物、不同生長階段的適宜添加水平；加強(qiáng)生物絮團(tuán)粉加工技術(shù)方面的研究，提高其營養(yǎng)價值、節(jié)約生產(chǎn)總成本、提升飼料的適口性和提高飼料原料利用率，推動生物絮團(tuán)粉向精深加工發(fā)展；開展生物絮團(tuán)粉對水生動物蛋白質(zhì)代謝、脂肪代謝和肌肉生成機(jī)制研究；開展生物絮團(tuán)粉生物活性物質(zhì)的分離提取、純化、鑒定及測定其在生物絮團(tuán)粉中的含量，并研究其單獨(dú)或協(xié)同的作用效果，將有助于闡明生物絮團(tuán)粉的作用機(jī)制。