《Aquaculture Reports》：Hydrolysate of a low-carbon microbe protein improved the performance and antioxidant capacity in
Micropterus salmoides
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本研究针对低鱼粉饲料在实际水产养殖中效果不稳定的问题，通过在大口黑鲈（Micropterus salmoides）饲料中添加1.5%和3%的Clostridium autoethanogenum蛋白水解物（CAPH），发现1.5% CAPH可显著改善鱼类生长性能、肠道形态和消化酶活性，上调肠道肽/氨基酸转运基因（如pept1、lat1）表达，激活肝脏mTOR和Nrf2-Keap1信号通路，增强抗氧化能力。该研究为低碳微生物蛋白资源的高值化利用提供了新策略，对推动可持续水产养殖发展具有重要意义。
随着全球人口增长和动物蛋白需求上升，水产养殖业已成为重要的优质蛋白来源，其碳足迹显著低于畜禽养殖。然而，该产业的快速发展也面临严峻的可持续性挑战，特别是对海洋源性蛋白质（如鱼粉）的过度依赖。鱼粉资源有限且价格波动大，严重制约了水产养殖的可持续发展。低鱼粉饲料（LFM）被认为是应对这一挑战的有效策略，植物蛋白（如豆粕）因其供应相对稳定、碳排放较低而成为主要替代品。但植物蛋白的引入往往伴随着蛋白质消化率下降、氨基酸吸收不良等问题，对水生动物的生长、饲料效率和健康产生负面影响。
蛋白水解物是一类由蛋白酶酶解产生的低分子量蛋白质片段，兼具营养补充和生物活性添加剂的双重功能。已有大量研究表明，蛋白水解物对水生动物具有多种有益作用，例如促进生长、改善饲料利用效率、增强肠道健康和抗氧化能力等。Clostridium autoethanogenum蛋白（CAP）是一种新型低碳微生物蛋白，能够利用工业废气中的一碳气体（CO2/CO/H2混合物）合成富含蛋白质的微生物菌体。CAP粗蛋白含量高（>80%），氨基酸组成均衡，尤其富含赖氨酸、蛋氨酸和支链氨基酸，适合鱼类营养需求，且脂质含量极低。前期研究表明，用CAP部分替代鱼粉可能通过提高其胃肠道蛋白酶解产生的低分子量肽的生物利用率来改善鱼类肝肠健康。在此基础上，本研究团队建立了一套高效、经济的新型CAP水解物（CAPH）酶解生产工艺。然而，尚无研究评估CAPH在水产营养系统中的应用效果。
本研究以大口黑鲈（*Micropterus salmoides）为实验对象，该鱼是中国水产养殖中占据主导地位的高营养级肉食性鱼类，因其生长速度快、市场价值高而备受青睐。基于前期研究证实30%鱼粉含量可维持大口黑鲈生长和免疫能力，本研究挑战现有营养范式，将鱼粉含量降低20%（至24%），并在此基础上添加梯度水平的CAPH（1.5%和3%），旨在验证两个关键假设：（1）大口黑鲈能否适应进一步降低鱼粉的饲料；（2）水解物补充能否补偿减少的海洋蛋白输入。研究成果发表于《Aquaculture Reports》。
为开展本研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过Alcalase酶在特定条件下（pH 10.5, 55°C，底物酶比5%，水解3.5小时）水解Clostridium autoethanogenum蛋白浆，制备CAPH并分析其营养成分和分子量分布；设计四种等氮等脂的实验饲料（高鱼粉对照HFM：30%鱼粉；低鱼粉对照LFM：24%鱼粉；以及LFM基础上添加1.5%和3% CAPH的饲料），对初始体重约11克的大口黑鲈幼鱼进行为期10周的饲养试验；实验结束时，采集血液、肝脏、肠道等组织样本，进行生长性能指标、体指数、全鱼成分、血浆生化参数、肠道形态学、消化酶活性、炎症因子、抗氧化指标、肽/氨基酸转运基因及相关信号通路（mTOR, Nrf2-Keap1）基因mRNA表达水平等的测定和分析；使用苏木精-伊红（H&E）染色进行组织病理学检查；数据采用单因素方差分析（ANOVA）及事后检验进行统计学处理。
3.1. CAPH的营养成分
CAPH的粗蛋白含量为60.77%，水分散性蛋白和酸溶性蛋白含量较高，分别为46.78%和38.96%。其水溶性组分的分子量分布以1000-3000 Da为主（54.87%），其次为3000-5000 Da（17.81%）和<1000 Da（13.18%）的组分。
3.2. 生长性能、体指数和肠道指标
饲养期间各组存活率无显著差异。与LFM组相比，添加1.5% CAPH显著提高了鱼的末重、增重率和特定生长率，降低了饲料系数，提高了蛋白质效率比。添加CAPH（1.5%或3%）导致肝体比和脏体比高于LFM组。肠道长度指数、肠体比、腹腔脂肪率、肥满度和出肉率等指标在各处理间无显著差异。
3.3. 全鱼成分
各组鱼体水分、粗蛋白、粗脂肪和粗灰分含量均无显著差异。
3.4. 血液生化参数
各组血浆葡萄糖水平无差异。与HFM组相比，LFM组血浆总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇水平有升高趋势但未达显著水平。CAPH补充提高了血浆总蛋白和总游离氨基酸水平，其中3% CAPH组总蛋白显著高于HFM和LFM组，1.5% CAPH组总游离氨基酸显著高于HFM组。
3.5. 远端肠道形态特征和炎症反应
远端肠道组织黏膜褶皱完整，无组织病理学异常。两个CAPH组的绒毛高度均显著高于LFM和HFM组。1.5% CAPH组的绒毛宽度和肌肉层厚度高于LFM组。血浆二胺氧化酶活性以及促炎（TNF-α, IL-1β, IL-6）和抗炎（IL-10）细胞因子含量在各组间无显著差异。
3.6. 近端肠道消化酶
脂肪酶活性不受处理影响。1.5% CAPH组的α-淀粉酶活性高于LFM组，碱性磷酸酶活性在所有组中最高。3% CAPH组的胰蛋白酶活性相对于LFM组显著增加。
3.7. 近端肠道肽和氨基酸转运基因
1.5% CAPH处理上调了肠道pept1（寡肽转运蛋白1）、lat1（L型氨基酸转运蛋白1）、lat2（L型氨基酸转运蛋白2）和snat2（钠耦合中性氨基酸转运蛋白2）的mRNA水平。3% CAPH组则显示肠道pept1、pept2（寡肽转运蛋白2）和snat4（钠耦合中性氨基酸转运蛋白4）基因表达增加。
3.8. mTOR信号通路
HFM和LFM组之间肝脏mTOR信号通路相关基因无显著差异。1.5% CAPH组上调了mtormRNA水平，下调了4ebp1（真核翻译起始因子4e结合蛋白1）基因表达。
3.9. 肝脏组织病理学、血浆转氨酶、炎症和抗氧化反应
肝组织保持正常细胞结构，无病理损伤。丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶活性无显著变化。促炎细胞因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）含量无显著波动，而3% CAPH补充显著提高了抗炎细胞因子IL-10水平。
在抗氧化指标方面，LFM组过氧化氢酶活性显著低于HFM组。1.5% CAPH显著降低了活性氧含量，同时提高了总抗氧化能力和超氧化物歧化酶活性。两个CAPH组均提高了肝脏谷胱甘肽含量。1.5% CAPH显著增强肝脏谷胱甘肽过氧化物酶活性，而3% CAPH组显著提高了肝脏谷胱甘肽还原酶活性。
对肝脏Nrf2-Keap1信号通路基因的分析显示，3% CAPH组表现出最高的nrf2和最低的keap1mRNA表达，与LFM组相比有显著差异。与LFM组相比，膳食CAPH不同程度地上调了cat（过氧化氢酶）、gpx（谷胱甘肽过氧化物酶）和gst（谷胱甘肽S-转移酶）的mRNA表达。
讨论与结论
本研究证实，将大口黑鲈饲料中的鱼粉含量从30%降低至24%是可行的，不会损害其生长性能和生理状态。更为重要的是，在低鱼粉饲料中添加1.5%的Clostridium autoethanogenum蛋白水解物（CAPH）能产生更优的效果。CAPH的促生长作用并非直接源于诱食性，而是通过多方面的协同作用实现：改善肠道形态结构（如增加绒毛高度、宽度和肌肉层厚度），增强肠道消化酶（如碱性磷酸酶、胰蛋白酶、淀粉酶）活性，上调肠道肽转运蛋白（pept1, pept2）和氨基酸转运蛋白（lat1, lat2, snat2, snat4）基因表达，从而促进营养物质吸收和血浆氨基酸浓度升高。吸收的氨基酸进而激活肝脏mTOR信号通路（表现为mtor上调、4ebp1下调），促进蛋白质合成，最终改善生长性能和饲料利用效率。
同时，CAPH展现出显著的抗氧化潜力。它能降低肝脏活性氧水平，提高总抗氧化能力和超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性，这一作用主要通过激活Nrf2-Keap1信号通路介导。该通路是细胞氧化应激反应的关键调节器，其激活有助于增强机体的整体抗氧化防御能力。组织学检查和血浆转氨酶活性表明，CAPH的补充未对肝脏造成不良影响，反而可能通过其抗氧化特性对肝脏健康产生保护作用。
综上所述，本研究不仅验证了进一步降低鱼粉用量在大口黑鲈养殖中的可行性，更重要的是揭示了Clostridium autoethanogenum蛋白水解物作为一种新型功能性饲料添加剂的巨大潜力。CAPH能够通过协调调节消化功能、肽/氨基酸转运、mTOR和Nrf2-Keap1通路，有效补偿低鱼粉饲料可能存在的不足，显著提升鱼类的生长性能、饲料利用率和抗氧化能力。鉴于CAPH来源于利用工业一碳废气转化的微生物蛋白，其应用不仅为水产养殖提供了优质蛋白补充策略，更实现了工业废弃物的资源化利用，高度契合低碳食品系统的发展目标，对推动水产养殖业的可持续发展具有重要的理论和实践意义。
