王亞玲，王常安，劉紅柏，張穎

（1.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，黑龍江 哈爾濱 150070）

蘇氨酸作為必需氨基酸之一，在動物的正常生長和代謝中必不可少，發(fā)揮著重要的作用[1]。魚類對蛋白質(zhì)的需求實質(zhì)是對氨基酸的需求。氨基酸作為蛋白質(zhì)的組成單位，只能直接或間接從食物中獲取。當(dāng)飼料蛋白質(zhì)中的一種或數(shù)種必須氨基酸過量或不足時，機體氨基酸不平衡，過量的氨基酸在體內(nèi)分解供能，導(dǎo)致氨基酸損失；而當(dāng)氨基酸不足時，魚類利用飼料蛋白質(zhì)的效率降低，生理功能受阻，影響正常的生長和發(fā)育[2]。盡管蘇氨酸是最后發(fā)現(xiàn)的必需氨基酸，但是在維持動物生長中發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)飼料中蘇氨酸補充不足造成氨基酸不平衡時，會阻礙動物進(jìn)一步生長，即使按需要量添加蛋氨酸或賴氨酸或同時添加，也很難提高生長性能[3]。近十幾年來，配合飼料中廣泛使用合成賴氨酸和蛋氨酸，影響動物生長性能的主要限制性氨基酸成為蘇氨酸，進(jìn)一步研究蘇氨酸已成為趨勢[4]。目前，蘇氨酸在家禽等陸生動物中的研究較為常見，對魚類研究較少，所以詳細(xì)了解魚類對蘇氨酸的需求以及蘇氨酸對魚類的影響及作用機理顯得尤為重要。

1 蘇氨酸營養(yǎng)生理研究進(jìn)展

1.1 蘇氨酸的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)

1935 年，Rose 首次在纖維蛋白水解產(chǎn)物中分離出蘇氨酸，是最后發(fā)現(xiàn)的必需氨基酸，因與蘇糖有類似的結(jié)構(gòu)故命名為蘇氨酸（Threonine，Thr），化學(xué)名稱為α-氨基-β-羥基丁酸，結(jié)構(gòu)式為NH3-CH（COOH）-CHOH-CH3，分子式為C4H9NO3，相對分子質(zhì)量為119.12。分子中含有兩個不對稱的原子，有D 及L 四種立體結(jié)構(gòu)，其中具有生物活性的是L-型。它是一種含有極性側(cè)鏈的氨基酸，D-氨基酸不能被動物吸收利用，對動物沒有營養(yǎng)價值。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸主要是L-蘇氨酸，呈淺黃色或白色的粉末狀，味微甜，無臭，不易溶于有機溶劑，如乙醇、乙醚、氯仿等，易溶于水，在堿性條件下易分解，熔點為255℃～257℃（分解）。無色或白色斜方晶粉末是D-氨基酸，物理性質(zhì)與L-蘇氨酸相似，不易溶于有機溶劑，易溶于水，遇堿易破壞，熔點為229℃～230℃。

1.2 蘇氨酸在體內(nèi)的主要營養(yǎng)代謝途徑

動物不能合成蘇氨酸，必需通過飼料補充來獲取。蘇氨酸在體內(nèi)的代謝過程由蘇氨酸脫氫酶（Threonine dehydrogenase,TDG）、蘇氨酸脫水酶（Threonine dehydrase,TDH）和蘇氨酸醛縮酶（Threo nine aldolases,TA）催化成其他物質(zhì)，如丙酮酸、琥珀酰和甘氨酸來參與代謝，是唯一不發(fā)生轉(zhuǎn)氨基和脫氨基作用的氨基酸[6]。蘇氨酸的具體代謝途徑見圖1。Parimi 等[7]研究發(fā)現(xiàn)，蘇氨酸在新生嬰兒體內(nèi)只能通過蘇氨酸脫水酶進(jìn)行降解，當(dāng)食物中蘇氨酸不平衡時，被標(biāo)記的蘇氨酸分子大部分轉(zhuǎn)化為其他氨基酸。Darling 等[8]試驗表明，在成人體內(nèi)，蘇氨酸脫氫酶占總氨酸分解代謝的7%～11%，是蘇氨酸降解的次要代謝途徑，主要通過蘇氨酸脫水酶降解，取決于蘇氨酸的攝入量，而不只是蛋白質(zhì)水平。魚類體內(nèi)蘇氨酸的代謝較少，有待進(jìn)一步研究。

圖1 蘇氨酸代謝途徑[5]Fig.1 The approach of threonine metabolism

1.3 蘇氨酸的生理作用

1.3.1 參與體蛋白質(zhì)的合成，促進(jìn)生長

構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有二十種，蘇氨酸作為構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸之一，直接參與蛋白質(zhì)的合成。飼料中添加適量的蘇氨酸，不僅可以提高增重率和特定生長率等生長性能，還可以提高其他必需氨基酸的利用率，減少飼料蛋白的用量，減少氮的排放，有保護(hù)環(huán)境的作用。鱸Lateolabrax japonicus 幼魚的增重率和氮累積率隨飼料中蘇氨酸含量的增加而顯著增高，當(dāng)蘇氨酸的添加量達(dá)到最佳值1.67%時，隨著飼料中蘇氨酸含量進(jìn)一步增加，增重率和氮累積率都有下降[9]。Bodin 等[10]對鱒Salmo playtcephalus和馬蘇大麻哈Oncorhynchus masou 的研究發(fā)現(xiàn)，飼料Thr 濃度和組氨酸成分之間存在折線關(guān)系，當(dāng)蘇氨酸的含量滿足要求后不久兩個斷點均相繼出現(xiàn)，可以看出組氨酸全身成分與Thr 含量或增長率之間似乎存在聯(lián)系。在0～3 周齡和6～8 周齡肉仔雞的飼料中添加蘇氨酸可以提高氮沉積率[11]；在飼料中添加適宜水平的蘇氨酸可顯著提高仔豬肝臟蛋白質(zhì)的合成，氮的代謝也受飼料蘇氨酸水平和比例的影響，進(jìn)而導(dǎo)致動物體的蛋白沉積[12]。

1.3.2 蘇氨酸在體內(nèi)的免疫作用

蘇氨酸作為免疫蛋白中的主要成分之一，與動物的免疫功能息息相關(guān)，能促進(jìn)抗體的合成，影響免疫球蛋白的活性。免疫球蛋白中發(fā)揮重要作用的是γ-球蛋白，而禽類γ-球蛋白分子中數(shù)量最多的是蘇氨酸，因此蘇氨酸是禽類免疫球蛋白生成中的主要限制性氨基酸，在機體的免疫系統(tǒng)組織、器官中發(fā)揮重要的作用[13]。一般情況下，當(dāng)抗原入侵機體后，使機體產(chǎn)生不同的免疫應(yīng)答，體內(nèi)如果缺乏蘇氨酸，免疫球蛋白和T、B 淋巴細(xì)胞的產(chǎn)生受到抑制，抗體合成的速度會受到抑制，甚至影響抗體的合成，機體免疫系統(tǒng)不能發(fā)揮正常功能。蘇氨酸還具有促進(jìn)骨髓T 淋巴細(xì)胞前體分化和發(fā)育成為成熟淋巴細(xì)胞的作用，保護(hù)機體免受損傷。因此，飼料中添加適量蘇氨酸可增強機體的免疫功能，減少死亡率。

蘇氨酸是畜類免疫球蛋白分子中最主要的限制性氨基酸。Chen 等[14]研究表明，添加最佳濃度蘇氨酸的肉仔雞大腸桿菌Escherichia coli 和沙門氏菌Salmonella 數(shù)量減少，空腸免疫球蛋白A、免疫球蛋白M和分泌性免疫球蛋白A 的濃度均隨著蘇氨酸含量的增加而有所增加。灌服不同濃度的蘇氨酸水溶液后，小鼠血清中的抗體隨罐服量的增加顯著高于對照組，淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化能力也呈較強效應(yīng)，表明蘇氨酸能顯著增強小鼠的體液免疫，與相關(guān)報道一致[15,16]。

2 魚類對蘇氨酸的營養(yǎng)需求研究進(jìn)展

2.1 不同魚類蘇氨酸需求量的比較

目前已研究了大鱗大麻哈魚Oncorhynchus tshawytscha、大西洋鮭Salmo salar、虹鱒Oncorhynchus mykiss、斑點叉尾Ictalurus punctatus、白鱘Acipenser transmontanus、大菱鲆Scophthalmus maximus、鯉Cyprinus carpio、尼羅羅非魚Oreochromis niloticus、大吻鱸Dicentrarchus labrax、美國紅魚Sciaenops ocellatus 和印度鯪Cirrhinus mrigala 等魚類對蘇氨酸的需求（表1）。

一般用以下幾種方法表示水產(chǎn)動物對氨基酸的需要量：1）日糧粗蛋白中氨基酸占的百分比（%）；2）氨基酸在每兆焦代謝能中所含有的克數(shù)；3）每日1 kg 魚對氨基酸的需求量，即g/（kg·d）；4）飼料中氨基酸占的比例?？梢钥闯龇椒? 是最準(zhǔn)確的表示方法，但是不便于飼料制造商標(biāo)示；飼料的投喂率在很大程度上取于飼料的營養(yǎng)水平和魚類消化道的特點（容量）等；方法4 表示氨基酸需要量不是很準(zhǔn)確。因此，為了方便比較，本文選擇用方法1 將氨基酸的需要量數(shù)據(jù)表示為飼料蛋白的百分比。由表1可知，不同種類的魚對蘇氨酸的需求量不同，相比紅海鯛的1.8%和澳洲銀鱸的6.9%蛋白，需要量差異較大，因此，不同的研究者，即使相同種的魚類，對氨基酸的需要量結(jié)果也不相同。

表1 不同魚類對蘇氨酸的需求量（/%飼料蛋白）Tab.1 Requirements of different fish species for threonine（/% dietary protein）

2.2 影響其需要的因素

2.2.1 魚類的種類、規(guī)格和年齡

不同種類的魚食性、生長環(huán)境和生態(tài)習(xí)性各不相同，對蘇氨酸的需求量差異較大[41]。幼魚和生長速度快的魚類比生長與性成熟慢的魚類需要更多的蘇氨酸用于蛋白合成和沉積。Yue 等[42]研究表明，尼羅羅非魚幼魚最佳蘇氨酸含量占飼料1.33%（飼料蛋白的4.44%）；Sliva 等[43]研究表明，尼羅羅非魚成魚的最佳蘇氨酸含量占飼料蛋白的5.50%。團(tuán)頭魴Megalobrama amblycephala 飼料中限制性氨基酸含量在能量沉積和蛋白質(zhì)采食間存在回歸關(guān)系，可以推測出魚的規(guī)格不同，所需氨基酸含量也不一樣[44]。

2.2.2 蛋白源

蛋白源不同直接影響試驗結(jié)果。在試驗飼料配方中選擇不同的蛋白源，所確定的蘇氨酸需要量也不同。一般情況下，選擇不同含量的蘇基酸或者使用蘇氨酸含量較低的植物蛋白源如小麥面筋、玉米蛋白、豆粕等添加到精致或半精致的飼料中來確定蘇氨酸的需要量。對大多數(shù)魚類而言，以蛋白質(zhì)為氮源的生長率普遍高于以晶體氨基酸為氮源的生長率，而動物蛋白源又高于植物蛋白源[45,46]。當(dāng)飼料蛋白源為蛋白質(zhì)和動物蛋白時，魚類對蘇氨酸的需要量相對比較高。試驗飼料配方中選擇的氨基酸來源不同，確定的最佳蘇氨酸需要量也不同。有研究發(fā)現(xiàn)，晶體氨基酸的溶失和與飼料中蛋白態(tài)氨基酸的吸收不同步都會影響魚類對飼料中蘇氨酸的利用率[47]?；A(chǔ)飼料中不同含量的魚粉被新型蛋白源（大豆?jié)饪s蛋白、脫酚棉籽蛋白、噴霧血球蛋白粉）代替時，星斑川蝶Platichthys stellatus 對蘇氨酸的需要量發(fā)生了變化，精氨酸和組氨酸的需要量提高，而顯著降低了其他必需氨基酸的需要量，因此蛋白源不同，對氨基酸需要量的影響不同[48]。

2.2.3 蛋白與脂肪水平

大部分魚類利用蛋白來提供能量，魚類對蛋白的需要量是陸生脊椎動物的2～3 倍，遠(yuǎn)超過陸生脊椎動物。在評判氨基酸的需要量時，蛋白的含量尤為重要。對寶石鱸Scortum barcoo 的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組的23.64%相比，飼料中的蛋白水平為33.50%時，增重率最大，差異極顯著[49]。

除了利用蛋白提供能量外，魚類還可以利用脂肪作能量，因此，適當(dāng)提高飼料中脂肪的含量，利用脂肪來提供能量消耗，使更多的蛋白質(zhì)用于魚類的生長。生物體內(nèi)普遍存在的必需氨基酸組成比例被稱為必需氨基酸比例模式。研究發(fā)現(xiàn)，不同蛋白與脂肪水平飼料顯著影響鮭幼魚肌肉的總必需氨基酸含量，飼料中添加55%的蛋白可以顯著提高魚體的蛋白含量和優(yōu)化氨基酸比例模式[50]。

2.2.4 試驗條件

影響蘇氨酸需要量的試驗條件主要為投喂率、試驗周期和水溫等。采用不同投喂率測定二齡大西洋鮭飼料的蘇氨酸維持量時，發(fā)現(xiàn)飼料蘇氨酸的需要量可能甚至高于Helland 測定的1.54%飼料需要量[51]。試驗周期長短直接影響試驗魚的生長率和生理狀態(tài)，因此，試驗周期不同，魚類對蘇氨酸的需求存在差異。Gao 等[52]研究表明，草魚Ctenopharyngodon idellus 幼魚試驗周期為10 周時，蘇氨酸需要量占飼料1.37%；試驗周期為60 d 時，草魚幼魚蘇氨酸需要量為1.62%。試驗溫度影響魚類的生長和生理狀況和對蘇氨酸的吸收和代謝，從而影響蘇氨酸的需要量[53]。水溫26～32℃時，鱸蘇氨酸需要量為1.77%和1.88%，占飼料蛋白質(zhì)的4.21%和4.47%[9]。試驗溫度為19～24.5℃時，鱸蘇氨酸需要量占飼料蛋白的4.09%和4.18%[54]。投餌頻率、養(yǎng)殖密度等試驗條件也影響魚類對蘇氨酸的需求量，最終導(dǎo)致試驗結(jié)果產(chǎn)生差異。

3 蘇氨酸對魚類生長性能的影響

蘇氨酸作為必需氨基酸之一，飼料中缺乏或者過量時會嚴(yán)重影響家禽的生長速率和飼料利用率[55]。同樣，缺乏蘇氨酸也會導(dǎo)致魚類的生長性能和飼料利用率降低，提高正常飲食水平下其他必需氨基酸和非必需氨基酸的氧化程度[56]。飼料中蘇氨酸不平衡時，鼠的采食量在短時間內(nèi)降低，引起Lepin、胰島素水平改變影響動物的采食行為，使采食量在數(shù)小時內(nèi)迅速降低，出現(xiàn)厭食現(xiàn)象，影響生長速率[57]。蘇氨酸含量較低時，多種魚類生長速率減慢，攝食減少，開始厭食，體重減輕，生長受阻；之后隨著蘇氨酸含量的增加至最佳水平，生長速率顯著增高；高比例添加蘇氨酸，超過最佳需要量時，生長性能下降[58,59]。當(dāng)蘇氨酸的添加量超過最佳需要量時，對魚類的生長產(chǎn)生不利的影響，推測可能是因為排泄和脫氨作用額外消耗的能量，引起魚類的應(yīng)激反應(yīng)，干擾其他氨基酸的吸收和利用[60]。蘇氨酸不平衡魚類生長緩慢的機制還需進(jìn)一步研究。Yue 等[42]生長試驗研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飼料中蘇氨酸含量增加到1.13%時，尼羅羅非魚幼魚生長速率增加，增重率明顯升高；當(dāng)蘇氨酸進(jìn)一步增加時，魚的增重率下降。隨著飼料中蘇氨酸水平的增加，鱸的特定生長率明顯升高，在蘇氨酸含量2.00%組中達(dá)最大值；蘇氨酸含量進(jìn)一步增加時，高比例添加組的特定生長率和蛋白質(zhì)效率均下降[61]。飼料中蘇氨酸含量過多會觸發(fā)團(tuán)頭魴幼魚血漿中天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AST）和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）的活性[62]。

4 蘇氨酸對魚類消化吸收能力的影響

養(yǎng)殖動物對飼料不同原料的可利用性不同。動物對飼料原料的可利用性和可利用能力常用吸收率和消化率作為綜合指標(biāo)來評價[63,64]。很多研究表明，不同飼料的蛋白質(zhì)在同種動物中具有不同的蛋白質(zhì)消化率。蘇氨酸對魚類消化吸收能力的影響研究較少，經(jīng)常用腸道消化酶的活力大小反映魚類對營養(yǎng)物質(zhì)的消化能力[65,66]，用腸道皺襞高度衡量水生動物吸收的能力。在飼料中添加蘇氨酸顯著提高了幼建鯉Cyorinus carpiovar jian 腸道蛋白酶和脂肪酶的活力；微囊蘇氨酸組幼建鯉前腸和中腸的皺襞高度均顯著高于晶體蘇氨酸組。Na+，K+-ATP 酶分解ATP 產(chǎn)生的能量促進(jìn)蘇氨酸的吸收轉(zhuǎn)運，而營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與堿性磷酸酶、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶活性有關(guān)，活力間接反映小腸的吸收能力。試驗發(fā)現(xiàn)，微囊蘇氨酸組幼建鯉前中后腸的堿性磷酸酶、Na+，K+-ATP酶和中、后腸的谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶活力均顯著高于晶體蘇氨酸組[67]。Habte-Tsion 等[63]研究發(fā)現(xiàn)，隨著飼料中蘇氨酸水平的升高，團(tuán)頭魴腸重量、腸壁體重和腸內(nèi)蛋白質(zhì)含量均升高，胰蛋白酶、淀粉酶也隨著蘇氨酸水平的升高而升高。Feng 等[68]研究發(fā)現(xiàn)，隨著飼料中蘇氨酸含量的增加，建鯉各腸段的γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶和Na+，K+-ATP 酶，肝胰腺和腸段中的4E-BP2 基因表達(dá)都顯著增強，表明飼料中增加蘇氨酸對魚類的消化吸收能力、腸細(xì)胞增殖和分化有很大的影響。Hong 等[69]研究發(fā)現(xiàn)，蘇氨酸能顯著增加草魚魚種腸內(nèi)α-淀粉酶、脂肪酶、堿性磷酸酶、β-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶和肌酸激酶的活性，表明增加飼料蘇氨酸可以改善魚類腸道的生長，增強消化吸收的能力。

5 蘇氨酸對魚類免疫系統(tǒng)的影響

免疫系統(tǒng)是指在種進(jìn)化過程中逐漸建立起來的機體識別和清除“異物”的防衛(wèi)系統(tǒng)[70,71]。無脊椎動物只有非特異性免疫，即吞噬細(xì)胞的吞噬作用和炎癥反應(yīng)的能力，而在低等脊椎動物中，只有淋巴細(xì)胞，但其分化程度仍很差[72,73]。

與其他高等脊椎動物一樣，魚類的免疫也分為細(xì)胞免疫和體液免疫。細(xì)胞免疫主要為吞噬細(xì)胞的吞噬率、殺菌能力和呼吸暴發(fā)等非特異性細(xì)胞免疫[74,75]。而體液免疫有特異性體液免疫和非特異性體液免疫。凝集素、溶菌酶、抗蛋白酶、C-反應(yīng)蛋白、干擾素-1、轉(zhuǎn)移因子以及補體等參與非特異性體液免疫[76,77]。有研究發(fā)現(xiàn)，魚類替代補體活力水平遠(yuǎn)高于哺乳動物，說明在防止病害入侵時魚類更依賴替代途徑補體。大多數(shù)魚類抗體僅有IgM，而特異性體液免疫主要涉及特異性抗體的產(chǎn)生，因此，非特異性免疫在魚類受到外來病毒入侵時發(fā)揮重要的作用[78]。

飼料中添加蘇氨酸可以提高魚類的免疫功能，提高補體3（C3）、補體4（C4）和免疫球蛋白M（IgM）的含量，上調(diào)肝臟的mRNA 表達(dá)水平。通過提高抗氧化酶活性和相應(yīng)的同種型mRNA 水平來減少氧化損傷，改善免疫器官細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性。Dong等[79]對草魚幼魚的研究發(fā)現(xiàn)，與最佳蘇氨酸補充組相比，缺乏蘇氨酸組用嗜水氣單胞菌攻擊14 d 后，抗腸炎的能力降低，腸溶菌酶活性、酸性磷酸酶活性、補體3（C3）和補體4（C4）以及IgM 含量都顯著降低；并且下調(diào)了肝臟抗菌肽LEAP-2A、LEAP-2B、hepcidin、IgZ 和IgM轉(zhuǎn)錄的表達(dá)；上調(diào)了腸道促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8 和IL-17D 的mRNA 水平；下調(diào)了腸抗炎細(xì)胞因子轉(zhuǎn)化生長因子TGF-β1 和TGF-β2。

6 研究展望

蘇氨酸在魚類的需求量、影響因素、對生長性能、消化吸收、免疫影響等已有較深入研究，但仍然有一些問題沒有完全清楚，如：（1）許多養(yǎng)殖魚類對蘇氨酸的需求量尚未清楚；（2）蘇氨酸在魚類的具體合成途徑和代謝途徑尚未完全清楚；（3）蘇氨酸對魚類營養(yǎng)生理的分子機制和代謝過程仍有很多問題尚未完全清楚；（4）蘇氨酸與其他氨基酸和維生素之間的相互作用對不同魚類的有利和有害影響尚未完全清楚。