張媛媛，呂碩，盧正義，崔培，孫金輝，喬秀亭，程鎮(zhèn)燕

(天津農(nóng)學院 水產(chǎn)學院，天津市水產(chǎn)生態(tài)與養(yǎng)殖重點實驗室，天津 300392)

在飼料原料價格不斷上漲的背景下，盡可能地節(jié)約養(yǎng)殖成本是目前水產(chǎn)業(yè)中亟待解決的問題。在飼料中添加一些成本較低的脂肪或糖類物質(zhì)代替成本較高的蛋白質(zhì)，是降低成本的普遍方法[1]。但高脂、高糖飼料會改變魚類腸道內(nèi)微生物的菌群組成與結(jié)構(gòu)，造成腸道菌群失調(diào)[2]，導致魚類代謝紊亂、脂肪沉積，以及生長減緩、肝臟受損等[3]。

研究表明，飼料中添加有機酸有利于動物的生長、免疫和腸道健康[4-8]，乙酸、丙酸、丁酸或其混合物均可降低機體體脂含量，增加能量消耗，并提高葡萄糖耐受能力，從而抵抗日糧誘導的肥胖[9]。有機酸還具有無污染、無殘留和無耐藥性等特點，故其也成為較具潛力的抗生素替代品之一[10]。對水產(chǎn)動物的研究表明，丁酸作為一種飼料添加劑，能有效調(diào)節(jié)魚類腸道微生態(tài)平衡、重組腸道黏膜層、促進生長等。近年來的研究證實，丁酸鈉在動物腸道內(nèi)不僅能為腸黏膜細胞提供能量，促進細胞的代謝、生長[11]，還能降低腸內(nèi)環(huán)境pH值，減少有害菌的生長，防止腸道功能紊亂[12]，更可抑制促炎因子的生成，對腸道炎癥反應(yīng)起到抑制作用[6,13]。研究表明，在飼料中添加包膜丁酸鈉，可提高鯽Carassiusauratus生長和腸道發(fā)育水平[10]，在飼料中添加丁酸鈉，能顯著提高美洲鰻鱺Anguillarostrata的生長性能和抗氧化能力[14]。然而，對于因攝食高糖、高脂飼料引起的魚類生長緩慢、脂肪沉積、脂肪肝等問題，丁酸鈉是否能夠起到緩解作用還未可知。

鯉Cyprinuscarpio是世界上養(yǎng)殖最為廣泛的魚類，其產(chǎn)量約占世界養(yǎng)殖魚類總產(chǎn)量的40%，鯉也是中國傳統(tǒng)的淡水養(yǎng)殖品種之一，鯉在生長速度、成活率、單位產(chǎn)量等方面與其他養(yǎng)殖魚類相比均有較大優(yōu)勢。近年來，由于存在養(yǎng)殖密度過高、投飼頻率增加、能量過剩、飼料高糖或高脂等問題，養(yǎng)殖魚類體脂過度沉積的現(xiàn)象也越來越多，使用高糖、高脂飼料，除造成魚體脂沉積、肝臟組織產(chǎn)生明顯損傷外，還會引發(fā)一系列代謝障礙，對宿主的健康產(chǎn)生影響。本研究中，以鯉為研究對象，在高糖、高脂飼料中添加丁酸鈉，探究其是否能解決高糖、高脂飼料帶來的負面影響，以期為丁酸鈉在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用鯉苗購自天津?qū)氎鎱^(qū)天津澤海水產(chǎn)養(yǎng)殖有限公司，為同一批繁殖的健康苗種，800尾左右，初始體質(zhì)量為(44.74±0.34)g。試驗于2020年6月在天津農(nóng)學院水產(chǎn)學院實驗基地(晨輝水產(chǎn)養(yǎng)殖基地)開展。

1.2 方法

1.2.1 試驗飼料配制 試驗設(shè)置6個飼料組，即對照組、高糖組(7.5%糊精，HCD)、高脂組(10%脂肪，HLD)、對照+0.5%丁酸鈉(SB)組、高糖+0.5%丁酸鈉組和高脂+0.5%丁酸鈉組，分別記為D0、D1、D2、D3、D4和D5。各組飼料組成與營養(yǎng)水平見表1。將各組原料粉碎并過245 μm孔徑的篩，逐級混合后，用環(huán)模顆粒機制成直徑為2.0 mm的硬顆粒沉性飼料，晾干備用。

1.2.2 試驗設(shè)計及養(yǎng)殖管理 對鯉苗進行消毒后，于養(yǎng)殖車間暫養(yǎng)7 d，待其適應(yīng)環(huán)境后，選取體質(zhì)量接近、健康狀況良好的鯉360尾，隨機分為6個組，每組設(shè)置4個平行，每個平行放15尾鯉苗，分別投喂對應(yīng)的6種試驗飼料，養(yǎng)殖期為70 d。正式試驗在室內(nèi)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)(80 cm×60 cm×50 cm)中進行，日投飼量為鯉苗體質(zhì)量的3%～5%，每日投喂3次。養(yǎng)殖期間，水溫為26.5～30.5 ℃，pH為7.0～8.0，溶氧量為5～6 mg/L。

表1 飼料組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Tab.1 Ingredient and nutrient composition of experimental diets (dry mass basis) w/%

1.2.3 樣品采集與處理 養(yǎng)殖試驗結(jié)束后，將魚禁食24 h，將每個水箱的魚全部計數(shù)并稱重，從每箱隨機取6尾魚，分別測量其體長、體質(zhì)量，使用2 mL注射器從尾部靜脈抽血，于4 ℃下以4 000 r/min離心15 min，取上清液，置于-80 ℃超低溫冰箱中保存待測。采血后解剖取其肝胰臟、腸道，置于-80 ℃超低溫冰箱中保存待測。

1.2.4 生長性能指標測定 試驗開始前和結(jié)束時，測定并記錄試驗魚的體質(zhì)量、體長；試驗過程中，記錄魚的死亡情況及飼料的投喂量。養(yǎng)殖結(jié)束時解剖魚并將其肝胰臟稱重。生長性能指標計算公式為

存活率=Nt/N0×100%，

增重率=(Wt-W0)/W0×100%，

特定生長率=(lnWt-lnW0)/t×100%，

飼料系數(shù)=F/(Wt-W0)，

肝體比=Wg/Wt×100%，

其中：W0、Wt分別為試驗開始和試驗結(jié)束時魚體質(zhì)量(g)；N0、Nt分別為試驗開始和試驗結(jié)束時活魚數(shù)量(ind.)；Wg為試驗結(jié)束時魚肝胰臟質(zhì)量(g)；F為攝入飼料干質(zhì)量(g)；Lt為試驗結(jié)束時魚體長(cm)；t為試驗時間(d)。

1.2.5 飼料和全魚營養(yǎng)成分測定 分別采用恒重恒壓干燥法(GB/T6432)、杜馬斯燃燒法(GB/T6433)、索氏抽提法(GB/T6438)、灼燒重量法(GB/T6435)測定飼料樣品及魚體的水分、蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗灰分含量。

1.2.6 肝胰臟組織和血清指標測定 采用南京建成生物工程研究所試劑盒測定血清葡萄糖(Glu)、高密度蛋白膽固醇(HDL-C)、低密度蛋白膽固醇(LDL-C)、甘油三酯(TG)、總膽固醇(CHOL)含量，以及肝胰臟和血清中丙二醛(MDA)、過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)含量。

1.2.7 腸道黏膜形態(tài)測定 從每個平行中隨機選取2尾魚，解剖取出腸道，用生理鹽水沖洗腸道內(nèi)容物，用白色棉線定位前后腸，然后放入固定液(醋酸、95%乙醇、甲醛、H2O的體積比為1∶3∶2∶3)中，按常規(guī)組織切片程序進行脫水、石蠟包埋、切片(連續(xù)橫斷切片，厚為6 μm)和伊紅染色(H.E)；用顯微鏡觀察并拍照，在放大40倍的切片中，用顯微鏡測量絨毛長度，各指標取其平均值作為測定數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)果以平均值±標準差(mean±S.D.)表示，采用SPSS 20.0軟件進行雙因素方差分析(two-way ANOVA)，采用Duncan法進行組間多重比較，顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 高糖、高脂飼料中添加丁酸鈉對鯉生長性能和飼料利用率的影響

從表2可見：各處理組間鯉的成活率、肝體比和肥滿度均無顯著性差異(P>0.05)；攝食高糖、高脂飼料后，各生長指標均有所下降，但與對照組無顯著性差異(P>0.05)；在高糖、高脂飼料中添加丁酸鈉后，鯉生長性能有明顯提高，但與對照組無顯著性差異(P>0.05)。從主體間效應(yīng)來看，與不添加丁酸鈉組相比，添加丁酸鈉后,鯉的體質(zhì)量、增重率和特定生長率分別提高了11.28%、25.48%和14.89%，飼料系數(shù)則降低了8.72%(P<0.05)。雙因素方差分析表明，飼料中分別添加高糖、高脂或丁酸鈉均對飼料系數(shù)有顯著性影響(P<0.05)，高脂飼料的飼料系數(shù)顯著高于對照飼料和高糖飼料(P<0.05)。

表2 丁酸鈉對鯉生長性能和飼料利用率的影響Tab.2 Effects of sodium butyrate(SB) on growth and feed utilization of common carp Cyprinus carpio

2.2 飼料中添加丁酸鈉對鯉體成分的影響

從表3可見：攝食高糖、高脂飼料后，全魚的水分顯著低于對照組(P<0.05)，而添加丁酸鈉后全魚水分含量有所升高(P>0.05)；與對照組和高糖組相比，攝食高脂組飼料后全魚粗脂肪含量顯著升高(P<0.05)；全魚粗蛋白質(zhì)和粗灰分含量在各處理組間無顯著性差異(P>0.05)。從主體間效應(yīng)來看，添加丁酸鈉后，魚體脂肪含量有下降趨勢，但與未添加丁酸鈉組相比無顯著性差異(P>0.05)。高糖、高脂與丁酸鈉的交互作用，僅對魚體脂肪含量有顯著性影響(P<0.05)，尤其是高脂組，添加丁酸鈉后魚體脂肪含量顯著降低(P<0.05)。

2.3 飼料中添加丁酸鈉對鯉血清生化指標的影響

從表4可見：攝食高糖、高脂飼料后，顯著影響了血清的GLU、TG、T-CHO含量，與對照組相比，高糖組GLU含量顯著升高(P<0.05)，高脂組TG含量顯著升高(P<0.05)，兩組的T-CHO含量顯著升高(P<0.05)。從主體間效應(yīng)來看，添加丁酸鈉后，血清GLU含量顯著降低(P<0.05)，TG、T-CHO、LDL-C含量顯著升高(P<0.05)。高糖、高脂與丁酸鈉的交互作用，對魚血清GLU、TG含量有顯著性影響(P<0.05)。

表3 丁酸鈉對鯉體成分的影響

表4 丁酸鈉對鯉血清生化指標的影響Tab.4 Effects of sodium butyrate on serum biochemical indices of common carp Cyprinus carpio mmol/L

2.4 飼料中添加丁酸鈉鈉對鯉抗氧化功能的影響

從表5可見：與對照組相比，攝食高糖、高脂飼料后，血清CAT、SOD活性呈下降的趨勢，肝胰臟MDA含量呈升高的趨勢(P<0.05)，高糖組血清和肝胰臟中的MDA含量顯著升高(P<0.05)，而高脂組血清中的CAT活性顯著降低(P<0.05)。從主體間效應(yīng)來看，添加丁酸鈉后顯著影響了鯉的抗氧化功能，表現(xiàn)為鯉血清CAT和SOD活性顯著升高(P<0.05)，血清MDA含量顯著降低(P<0.05)。高糖、高脂與丁酸鈉的交互作用，僅顯著影響了血清SOD活性(P<0.05)，對其余指標無顯著性影響(P>0.05)。

表5 丁酸鈉鈉對鯉抗氧化酶活性的影響Tab.5 Effects of sodium butyrate on antioxidant enzyme activity of common carp Cyprinus carpio

2.5 飼料中添加丁酸鈉對鯉腸道黏膜形態(tài)的影響

從表6可見，與對照組相比，攝食高糖、高脂飼料后，前、中、后腸絨毛長度有下降的趨勢,其中，高脂組前腸絨毛長度顯著降低(P<0.05)。從主體間效應(yīng)來看，與未添加丁酸鈉組相比，添加丁酸鈉后對鯉前、中、后腸絨毛長度有顯著性影響(P<0.05)，分別升高了19.51%、27.68%和26.59%。高糖、高脂與丁酸鈉的交互作用，對中、后腸絨毛長度有顯著性影響(P<0.05)。高脂飼料中添加丁酸鈉對鯉后腸道黏膜形態(tài)的影響見圖1。

3 討論

3.1 丁酸鈉對攝食高糖、高脂飼料的鯉生長性能和飼料利用率的影響

有研究表明，高糖飼料會抑制魚類的生長發(fā)育，造成魚肝胰臟受損[15]。而本試驗中，攝食高糖、高脂飼料使鯉生長指標有所下降，但無顯著性差異，這可能與養(yǎng)殖對象的食性密切相關(guān)，一般來說，肉食性魚類對高糖飼料的耐受能力較差，而鯉作為雜食性魚類，其對高糖、高脂飼料有一定的耐受性，且飼料中含有適當?shù)奶侵善鸬焦?jié)約蛋白質(zhì)的作用[16]，但長時間投喂高糖、高脂飼料也會引起脂肪肝，從而造成魚生長緩慢，飼料系數(shù)上升，抗應(yīng)激能力下降，影響魚類的正常生理功能和免疫能力[17]，因此，本試驗中設(shè)計了在高糖、高脂飼料中添加丁酸鈉，通過研究丁酸鈉對鯉生長和生化指標的影響，證實了丁酸鈉對鯉生長的促進作用，這與許多已有研究結(jié)果相似，如對大菱鲆[8]、羅非魚和鯉[18]、斑馬魚[4]的研究表明，飼料中添加丁酸鈉可以促進魚的生長。此外，本研究中還發(fā)現(xiàn)，在高糖、高脂飼料中添加丁酸鈉后，鯉的生長性能得到改善，飼料利用率顯著提高，飼料丁酸鈉促進了鯉腸道黏膜的發(fā)育(表6)。這與添加丁酸鈉可能提高了腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力[19]，從而促進動物生長的觀點相吻合。

表6 丁酸鈉對鯉腸道黏膜形態(tài)的影響

圖1 高脂飼料中添加丁酸鈉對鯉后腸道黏膜形態(tài)的影響Fig.1 Effects of dietary sodium butyrate on hindgut mucosa of common carp Cyprinus carpio fed diet containing high levels of lipid

3.2 丁酸鈉對攝食高糖、高脂飼料的鯉體成分的影響

本研究中，鯉攝食高糖、高脂飼料后，魚體水分含量顯著降低，攝食高脂飼料后粗脂肪含量顯著升高，這與對鯉[20]、珍珠龍膽石斑魚Epinepheluslanceolatus♂×Epinephelusfuscoguttatus♀[21]的研究結(jié)果一致。本研究中，鯉攝食了添加丁酸鈉的飼料后，對魚體粗蛋白質(zhì)和粗脂肪無顯著性影響。與此相似，翟秋玲等[22]研究表明，飼料中添加丁酸鈉類似物三丁酸甘油酯后，對菊黃東方鲀Takifuguflavindus的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量無顯著性影響。然而，也有研究表明，丁酸或其混合物均可降低機體體脂含量，增加能量消耗，并提高葡萄糖耐受能力，從而抵抗飼料誘導的肥胖[9]。本試驗中發(fā)現(xiàn)，在高脂組飼料中添加丁酸鈉后，魚體脂肪含量顯著降低，這與上述研究結(jié)果一致，但對照組添加丁酸鈉后脂肪含量卻有升高的趨勢，原因有待進一步分析。丁酸鈉對脂類代謝是否具有雙重調(diào)節(jié)作用，Hara等[23]研究表明，短鏈脂肪酸的重要受體GPCR43是一個膳食過剩的能量傳感器, 對于維持能量平衡起關(guān)鍵作用，可以控制身體能量的利用率，對能量穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)代謝具有重要作用。故可以推測，當機體攝入過多脂肪后，通過添加丁酸鈉，可起到降低體脂的作用，但具體機理還有待進一步研究。

3.3 丁酸鈉對攝食高糖、高脂飼料的鯉血清生化指標的影響

一般來說，水產(chǎn)動物的血清葡萄糖含量隨飼料糖水平升高而升高。本研究中也發(fā)現(xiàn)，攝食高脂、高糖飼料后鯉血糖水平高于對照組，而飼料中添加丁酸鈉后，鯉血糖水平顯著低于未添加丁酸鈉組。相似地，對羅非魚的研究也表明，飼料中的丁酸鈉能增加血糖耐受水平和腸道利用葡萄糖的能力[24]。對陸生動物的研究表明，丁酸鈉作為胃腸道快速的能量來源，可為動物胃腸道提供能量，減緩組織中糖原分解，致使血糖水平降低，同時也加速了動物機體對血脂的吸收[25]。但本研究中，在高糖、高脂飼料中添加丁酸鈉后，雖然血糖水平降低，但是血清甘油三酯、總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇含量顯著升高，這與對許多哺乳動物的研究結(jié)果不同，降低的血糖是作為能量被消耗掉還是轉(zhuǎn)化為血脂，還需要進一步研究。對斑馬魚的研究表明，乙酸鈉能夠降低斑馬魚血糖含量，但會促進肝臟脂肪蓄積[26]，而對肉雞的研究表明，丁酸鈉對機體脂肪沉積的影響具有劑量依賴性，表現(xiàn)為低濃度的丁酸鈉可抑制脂肪沉積，而高濃度的丁酸鈉則可促進脂肪沉積[27]。短鏈脂肪酸對水產(chǎn)動物血脂的影響是否也有劑量依賴性，還有待進一步研究。

有研究表明，丁酸鈉可通過調(diào)節(jié)機體免疫和抗氧化功能來增強機體清除自由基的能力，減少組織和細胞損傷[25]。本研究中，鯉攝食高糖飼料后，血清和肝胰臟MDA含量顯著升高，鯉攝食高脂飼料后，肝胰臟MDA含量也顯著升高，飼料中添加丁酸鈉后，顯著提高了血清CAT和SOD活性，降低了血清MDA含量，這與對凡納濱對蝦[28]、團頭魴[29]的研究結(jié)果相似，均表明飼料中含適量的丁酸鈉能提高機體的非特異性免疫力，降低氧化應(yīng)激損傷。

3.4 丁酸鈉對攝食高糖、高脂飼料的鯉腸道黏膜形態(tài)的影響

腸道是魚類的主要消化器官，其中，發(fā)揮主要作用的是腸道黏膜上的絨毛，絨毛的長度可以直接影響機體的吸收能力[10]。Liu等[30]研究表明，丁酸鹽可以刺激結(jié)腸內(nèi)水和鈉離子的吸收，減輕腸黏膜損傷，同時加速細胞內(nèi)mRNA和蛋白質(zhì)的合成，增加腸絨毛數(shù)量，從而提高機體對養(yǎng)分的消化吸收能力。本研究中，從主體間效應(yīng)來看，與未添加丁酸鈉的飼料相比，飼料中添加丁酸鈉后鯉前、中、后腸絨毛長度有顯著增加。相似地，對鯽[10]的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可以增加腸絨毛長度。對育肥豬[11]的研究表明，丁酸鈉作為腸道上皮的直接能量來源，為腸道細胞的有絲分裂提供能量，誘導表皮細胞增生和成熟，增加黏膜血流量，改善腸黏膜形態(tài)，促進上皮細胞的代謝、生長。對黃鱔Monopterusalbus的研究也表明，飼料中補充丁酸鈉可能提供腸道上皮細胞生長所需要的能量[31]。上述研究結(jié)果，合理地解釋了本試驗中補充丁酸鈉后，通過改善腸道絨毛結(jié)構(gòu)從而促進攝食高糖、高脂飼料后鯉健康生長的機理。

4 結(jié)論

1)在高糖、高脂飼料中添加適量的丁酸鈉在一定程度上提高了鯉的生長性能，顯著降低飼料系數(shù)，這對緩解由高糖、高脂飼料造成的鯉生長下降起到了積極作用。

2)鯉攝食高糖、高脂飼料后，血糖水平升高，但添加丁酸鈉后，血糖含量顯著降低，增加了機體對葡萄糖的耐受能力。

3)在高糖、高脂飼料中添加丁酸鈉后，顯著增加了鯉前、中、后腸絨毛長度，促進了腸道發(fā)育水平，改善了消化道結(jié)構(gòu)。

綜上所述，鯉攝食高糖、高脂飼料后，會造成生長下降，血糖及魚體脂肪升高，但攝食添加適量丁酸鈉的飼料能夠在一定程度上緩解這些負面影響，顯著提高鯉的生長性能、抗氧化能力并改善腸道健康。