《Aquaculture Reports》：A 25-year bibliometric analysis of tryptophan research in aquaculture: trends, themes, and opportunities for cannibalism management in
Cherax quadricarinatus (Von Martens,1868)
1. 引言
色氨酸是一种不可或缺的芳香族氨基酸，在动物生理中扮演着双重角色：它既是蛋白质合成的基石，也是关键神经递质血清素（5-HT）和褪黑素的重要生化前体。这些神经活性物质调控着脊椎动物和无脊椎动物的基本过程，包括应激反应、昼夜节律、免疫功能和攻击性。在集约化水产养殖背景下，高养殖密度常常加剧应激并引发不适应的社会互动，色氨酸作为一种旨在提升动物福利的功能性饲料添加剂，其重要性日益凸显。
为了满足全球食物需求而推动生产系统集约化，往往以牺牲生物体的生理平衡为代价。在高密度环境中，慢性应激不仅抑制免疫功能，还会刺激攻击行为，导致物理伤害和死亡。因此，水产养殖业正日益减少药物干预，转而青睐营养策略。在这一背景下，色氨酸为在不影响最终食品安全或质量的前提下管理行为福利提供了一条可持续的途径。
膳食色氨酸补充剂在各种水生物种中的有益效果已得到充分证明。研究表明，优化色氨酸摄入可提高应激耐受性、增强抗氧化能力，并显著减轻攻击行为。特别是在虎河豚（Takifugu rubripes）和尖吻鲈（Lates calcarifer）等有鳍鱼类中，补充剂已被证明能有效减少同类相食并提高存活率。
然而，色氨酸的应用需要精确校准。在鱼类模型中，常观察到“金发姑娘效应”：适度的补充通过调节血清素能系统有益于生存和社会稳定，但过量则会导致不良后果。高剂量与采食量减少有关，这可能是由于血清素在饱腹信号传递中的作用，最终可能损害生长性能和饲料转化效率。这确立了进行物种特异性剂量反应研究的迫切需要，而非假定一个通用的添加水平。
尽管在有鳍鱼类研究中取得了这些进展，但关于色氨酸在甲壳类动物养殖中应用的知识空白仍然存在，尤其是对于红螯螯虾。这种具有重要商业价值的淡水螯虾易出现高水平的攻击性和同类相食行为，尤其是在脆弱的蜕皮阶段。当前的策略通常依赖于推断硬骨鱼的数据，鉴于甲壳类动物独特的神经化学和生理机制，这种方法在科学上是有问题的。无脊椎动物的血清素能系统在支配等级和攻击性方面的功能可能有所不同，使得与脊椎动物模型的直接比较不可靠。
红螯螯虾的经济潜力常常被这种种内攻击性所削弱。与有鳍鱼类不同，螯虾在刚蜕皮后特别容易受到同种个体的捕食，此时它们柔软的外骨骼无法提供保护。如果色氨酸要成为螯虾产业的可行解决方案，研究必须特别针对这个蜕皮窗口期，以确定膳食调控是否能抑制捕食软壳同伴的冲动，这种动态在标准的有鳍鱼类养殖中相关性较低。
此外，环境变量（如温度、养殖密度和食物供应）已知会调节十足目甲壳类动物的同类相食行为，这使得这些挑战的复杂性增加。了解色氨酸如何与这些外部应激源相互作用，对于制定整体管理策略至关重要。然而，营养与环境之间的相互作用在螯虾系统中仍然研究甚少。目前尚不清楚环境应激源是会放大对色氨酸的需求，还是完全抵消补充的益处。
方法学上的局限性也阻碍了该领域的进展。大多数现有研究依赖于仅持续几周的短期饲喂试验，这未能捕捉到对螯虾健康的慢性或累积影响。评估长期色氨酸富集如何影响繁殖性能或终末生长的纵向研究明显缺乏。此外，针对螯虾的标准行为评估方法有限，需要开发稳健的行为谱来准确测量受控条件下的攻击性和社会等级。
迄今为止，尚无文献计量学研究系统性地描绘色氨酸在水产养殖中应用的全球研究格局。虽然个别研究针对特定物种，但更广泛的趋势、合作网络和引文结构仍未得到分析。迫切需要一项全面的综合研究来评估研究进展，识别有影响力的贡献者，并突出甲壳类动物研究的重点。
本研究旨在对过去25年全球关于色氨酸在水产养殖中研究进行文献计量分析，特别关注行为调节和同类相食管理。通过系统量化发表模式和新兴主题，本分析试图识别当前知识的热点。最终，这项工作旨在指导未来的研究，为改善红螯螯虾的福利和生产效率制定精准的、基于营养的策略。
2. 方法论
2.1. 数据获取与筛选
文献计量分析基于使用Scopus数据库的系统数据检索策略，覆盖时间从2000年到2024年。为确保检索到高质量的相关文献，采用了严格的多阶段筛选。搜索策略使用的关键词为："tryptophan" AND ("aquaculture" OR "serotonin" OR "Cherax quadricarinatus")。该查询初步获得了450篇文献。为精炼此数据集，施加了严格的纳入标准：搜索限于标题、摘要和作者关键词以确保主题相关性；文献类型限于同行评议的文章和综述以保证科学严谨性；语言限于英语以方便标准化分析。此外，为消除不相关的跨学科结果，学科领域严格过滤为“农业与生物科学”。
2.2. 分析框架与工具
随后的定量分析侧重于多维指标，包括发表量趋势、关键词共现网络、主题聚类和合著结构。时间分析分两个不同阶段进行：涵盖整个25年期间（2000–2024）的全面纵向评估，以及对最近六年（2018–2024）的针对性横断面检查。这个特定的子分析旨在捕捉表征该领域当前状况的色氨酸研究的新兴趋势和快速进展。在可视化之前，所有书目数据均在Microsoft Excel中进行了清理和规范化处理。最终的文献计量图谱和网络可视化使用VOSviewer（v1.6.19）进行聚类分析（手动调整以避免重复和不相关的关键词），同时通过Biblioshiny R界面使用Bibliometrix包进行统计性能指标分析。
2.3. 数据库局限性与范围
虽然Scopus因其高索引标准和对同行评议文献的全面覆盖而广受认可，但仅依赖该数据库的决定引入了必须承认的固有局限性。一个主要限制是对区域性出版物（尤其是未收录在主要全球数据库中的本地或非英语期刊）的潜在覆盖偏差。这可能导致对本土研究贡献的低估，特别是来自印度尼西亚等关键水产养殖国家，其国内出版商在传播当地科学产出方面发挥着重要作用。此外，对灰色文献（如政府报告、会议论文集和技术文件）的排除意味着某些政策导向的应用和实际田间数据可能无法在这次以同行评议为重点的分析中被完全捕捉。
3. 结果与讨论
3.1. 发表趋势
对2000年至2024年色氨酸相关出版物的文献计量分析确定了450篇科学论文，发表于167种来源，全部来自期刊。在这二十多年间，出版物的平均年增长率为12.15%，文献的平均年龄为8.13年。尽管总出版物数量仍相对较少，但其科学影响相当显著，每篇文献的平均引用次数为28.14。这表明关于血清素和色氨酸的文献已成为营养和水产养殖相关研究的重要参考。
过去二十年间，水产养殖中色氨酸的研究已从一个专业课题发展成为一个动态的研究领域。21世纪初，每年仅有两到八篇文章涉及此议题，大多是在基础营养学的背景下。然而，从2008年左右开始，对血清素和色氨酸的研究兴趣开始增加。研究人员开始探索色氨酸这种必需氨基酸如何影响鱼类健康，特别是在应激反应和免疫功能等领域。到2012年，年度出版物数量增至20篇，主要涉及动物生长、鸡的产量提高和鲶鱼生长。从2018年到2024年，色氨酸研究数量开始更急剧地增长，在2024年达到最高峰，为47篇出版物。这些在主图和插图中清晰可见的趋势，反映了科学界对色氨酸如何影响养殖鱼类的行为、福利和神经内分泌调节日益增长的兴趣。
随着水产养殖的集约化，在养殖物种中促进不仅生长而且包括福利和恢复力的需求变得越来越重要。色氨酸已成为实现此目的的潜在候选者。它不再仅仅被视为一种蛋白质源性氨基酸，而是被公认为血清素（一种参与情绪、攻击性和应激的神经递质）的前体。膳食色氨酸补充已被证明有助于减少攻击性、增强应激耐受性并改善鱼类的免疫反应。这使色氨酸成为现代水产养殖系统中的宝贵工具，因为鱼类常在应激条件下饲养。
然而，这些发现的实际应用并非易事。不断增长的文献中的一个主要结论是，色氨酸的效果取决于物种、生命阶段、饲养环境和饮食组成。对某一物种有效的方法可能对另一物种无效。这促使研究人员完善对物种特异性需求的理解，并制定量身定制的营养策略。随着该领域的不断发展，色氨酸不仅作为一种功能性营养素出现，而且成为向更道德和福利导向的水产养殖实践转变的关键参与者。过去几年出版物数量的增加不仅仅是一个数字，它反映了该领域对建设更可持续水产养殖的更深层次承诺。
3.2. 研究领域、隶属机构、国家、期刊与作者
对2018年至2024年出版物的文献计量分析提供了全面的概览，如研究领域、大学或机构隶属关系、国家、带有出版商的期刊名称和作者。每个类别的前十名结果突出了色氨酸的研究领域、推动科学产出的集群以及该领域的领先出版平台和研究人员。这种方法不仅描绘了色氨酸研究的当前格局，还确定了未来探索的潜在差距和机遇，特别是在印度尼西亚等色氨酸在水产养殖中研究仍有限的地区。
该分析显示，“血清素/神经内分泌学”是最多产的领域，有127篇出版物（占前10名的52.5%），归类于“神经生物学与应激”，这表明对血清素、神经内分泌过程和应激反应之间复杂关系的研究关注度很高。紧随其后的是“功能性营养（色氨酸）”，有125篇出版物（51.6%），归类于“水产营养”，这表明对功能性营养，特别是色氨酸在水生环境中的应用有显著兴趣。
其他重要领域包括“动物”和“代谢”，均有114篇出版物（47.1%），分别归类于“应用动物学”和“生物化学与生理学”，强调了动物科学和基础代谢过程方面的活跃研究。“水产养殖”有101篇出版物（41.7%），归类于“水生生产系统”，强调了可持续水生食品生产方法研究日益增长的重要性。这些多样化的领域共同说明了一个多方面的研究格局，涵盖了动物行为、应激生理学、水生物种特定的行为挑战以及更广泛的食品科学和营养学领域。
3.3. 血清素与神经生物学在应激调节中的作用
血清素/神经内分泌学作为最多产的研究领域脱颖而出。血清素（5-HT）是一种关键的神经递质，参与调节多种大脑功能，并对应激暴露高度敏感。应激诱导的血清素能活性改变与应激相关疾病（如抑郁和焦虑）的发展密切相关。这种关系的一个关键机制是下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴，血清素在其中起着关键的调节作用。进一步的证据表明，促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）和血清素在中缝核和海马体内的相互作用对于塑造应激反应至关重要。此外，不同类型的应激源（如免疫挑战或强迫游泳）对血清素水平产生不同的影响，突出了应激与血清素能神经传递之间关系的复杂性。这些发现共同强调了血清素作为应激生理学的介质和调节器的核心作用。
血清素在调节甲壳类动物的行为、攻击性和蜕皮方面起着重要作用，这些特征直接关系到水产养殖的生产力。在脊椎动物中，特定的受体亚型如5-HT1A和5-HT2A已知可调节神经可塑性和应激适应。尽管红螯螯虾可能存在类似的通路，但它们的功能仍然知之甚少。在印度尼西亚，螯虾养殖仍处于发展阶段，由处理、运输和水质波动引起的应激常常降低存活率。分析证据表明，特别在这些本地非生物条件下绘制血清素受体通路图谱至关重要。了解热带应激源如何使血清素能系统失调，可以使印度尼西亚的孵化场制定“应激启动”方案或选择具有更高血清素能恢复力的亲虾，从而减少目前观察到在苗种适应养成池期间的高死亡率。
3.4. 色氨酸作为促进生长的功能性营养素
色氨酸作为一种必需氨基酸，不仅是蛋白质合成所必需，还能调节血清素能系统，直接将营养与行为联系起来。在鱼类中，膳食补充已被证明能促进生长和免疫反应，但在螯虾中的同等研究仍然有限。在印度尼西亚，螯虾养殖通常依赖最初为鱼类设计的饲料配方，这可能无法满足物种特定的营养需求。确定红螯螯虾不同生长阶段的最佳色氨酸需求量可以提高生长速率和存活率，特别是在死亡率仍然很高的早期幼体培育阶段。迫切需要在印度尼西亚的孵化场和养成系统中进行对照饲喂试验，以提供基于证据的营养建议。对通用鱼饲料的依赖代表了印度尼西亚该行业的一个显著经济低效率，表明“一种饲料适用所有”的方法可能导致收获时体型分布的高度可变性，从而降低了市场价值。迫切需要在印度尼西亚的孵化场进行对照饲喂试验，以确定特别针对早期幼体的最佳色氨酸与蛋白质比例。实施物种特异性剂量可以同步蜕皮周期并减少早期同类相食，直接提高目前对当地小农户构成重大财务风险的上市存活率。
3.5. 生理恢复力
除了其营养作用外，色氨酸补充有助于改善抗氧化防御、免疫反应和应激耐受性，这些益处在水产养殖环境中高度相关。对于经常在池塘系统中面临疾病爆发和环境应激的印度尼西亚螯虾养殖者来说，这些益处可以降低死亡率并减少对抗生素的依赖。从疾病管理的角度来看，色氨酸补充提供了一种预防性策略，非常适合印度尼西亚在水产养殖中减少抗生素使用的监管转变。需要在印度尼西亚养殖系统内使用转录组学或代谢组学的分析研究来确认色氨酸是针对特定本地病原体提供缓冲，还是主要减轻由不良水质引起的氧化应激。
3.6. 可持续性与替代饲料策略
色氨酸在可持续水产养殖中的应用与全球减少对鱼粉依赖和促进替代蛋白质源使用的努力相一致。对于红螯螯虾，将色氨酸补充整合到含有昆虫粉、微生物蛋白质或本地可利用的植物性成分的饲料中，为提高生产力和环境可持续性提供了一种有前景的策略。这对印度尼西亚尤其相关，因为国家政策正在推动生态友好型水产养殖和减少对进口饲料的依赖。印度尼西亚生产丰富的替代蛋白质源，特别是棕榈仁饼和蛭粉（黑水虻），但由于营养不平衡，它们在螯虾饲料中的使用有限。
色氨酸相关出版物的分布显示出清晰的机构模式，江南大学（31篇；14.4%）成为主要贡献者，紧随其后的是西北农林科技大学（30篇；14.0%）和中国农业大学（24篇；11.2%）。这种主导地位反映了中国在色氨酸的营养和生理作用研究方面的强大研究重点，特别是在水产养殖和动物营养领域，补充剂已被证明可以调节应激、免疫和生长性能。欧洲机构如塞维利亚大学、波尔图大学和罗兹医科大学也做出了重要贡献，强调色氨酸的生物医学和神经内分泌学方面，特别是其作为血清素前体在调节下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴和心理健康结果中的作用。同时，北美机构以威斯康星大学为代表，通过将色氨酸代谢与功能性营养联系起来增加了研究的多样性。总的来说，这些发现表明色氨酸研究是高度多学科的，横跨水产养殖、动物生理学和神经生物学，亚洲在以生产为重点的研究中领先，而欧洲和美国则推进生物医学应用。
数据显示，中国以79篇出版物（43.4%）主导全球色氨酸研究产出，其次是美国和西班牙。中国的领导地位与其对水产养殖和动物营养的重视密切相关，色氨酸作为一种功能性氨基酸被广泛研究，以改善养殖鱼类和牲畜的生长、免疫和应激恢复力。中国出版物的巨大份额反映了该国通过营养创新支持粮食安全和可持续水产养殖产业的战略重点。
排名第二的美国将其色氨酸研究更多地集中在生物医学和神经内分泌学维度，特别是色氨酸作为血清素前体在调节下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴、情绪障碍和肠-脑-微生物组轴中的作用。同时，西班牙、葡萄牙、意大利和波兰等欧洲国家对功能性营养研究做出了显著贡献，强调了膳食色氨酸如何影响代谢、心理健康和炎症反应。日本和韩国也表现出显著的活动，通常关注水产养殖应用，反映了它们在海洋科学方面的强大传统。
综合来看，国家层面的分布说明了色氨酸研究是高度多学科和全球多样化的：亚洲在以生产为导向的研究（如水产养殖和动物生理学）中领先，而美国和欧洲则在生物医学、神经内分泌和临床方面，特别是在与应激、血清素和心理健康相关的方面取得进展。这种互补的全球努力强调了色氨酸在连接营养、生理和健康方面的广泛重要性。
数据显示，《Nutrients》（MDPI）是色氨酸相关出版物的领先期刊。这反映了色氨酸作为一种功能性营养素在动物健康中日益受到重视，特别是其影响血清素合成、应激调节和肠-脑相互作用方面。紧随其后的是《Animals》（MDPI），贡献了16篇出版物（13.8%），强调了色氨酸在动物生理学、水产养殖和牲畜营养中的相关性，其被研究用于改善应激恢复力、免疫功能和生长性能的作用。
如《Comparative Biochemistry and Physiology》和《Food Chemistry》等期刊突出了色氨酸在生物化学和食品科学视角下的作用，特别是其代谢、抗氧化特性和在膳食蛋白质质量中的作用。同时，《Food & Function》也反映了功能性食品和营养保健品这一新兴领域，其中色氨酸被研究作为影响心理健康、情绪和炎症的膳食成分。总的来说，跨期刊的出版物分布表明色氨酸是一个多学科的研究主题， bridging 营养学、神经内分泌学、水产养殖、食品科学和毒理学。像MDPI这样的开放获取出版商的主导地位也反映了学术界和应用领域对广泛传播色氨酸研究结果的高需求。
3.7. 关键词聚类与研究主题
使用VOSviewer进行的共词分析揭示了四大主题集群：（1）神经生理学与肠道微生物群，包括如血清素、褪黑素和行为等关键词；（2）水产养殖生长性能与系统效率；（3）应激反应与激素调节，关注皮质醇和免疫反应；（4）功能性饲料与营养策略。值得注意的是，与“同类相食”、“螯虾”和“红螯螯虾”相关的关键词出现频率较低，突出了文献中一个代表性不足的利基领域。
VOSviewer共现网络揭示了围绕色氨酸研究的多样化主题集群，突出了其在健康、营养和生理学中的多方面作用。红色集群以血清素、褪黑素和信号转导等关键词为特征，表明色氨酸作为血清素和褪黑素前体的重要性。蓝色集群以动物、饮食和水产养殖等关键词为特征，可视化了所识别的差距，即行为研究主要由一般动物或鱼类模型主导，使得甲壳类动物特异性行为网络发展不足，并指出了色氨酸在牲畜和水产养殖营养中的重要性。绿色集群以氨基酸、膳食补充剂和代谢等关键词为特征，表明研究通常着眼于氨基酸平衡而非单独色氨酸。黄色集群以犬尿氨酸途径、胃肠道微生物组和代谢组学等关键词为特征，指示了新兴的关于肠-脑-免疫轴的研究。
色氨酸研究的主题集群为未来研究提出了几个有前景的方向。扩展对肠-脑-免疫轴的研究可以阐明色氨酸衍生代谢物在神经炎症和心理健康中的作用。在水产养殖和牲畜精准营养中，靶向补充策略可以优化动物福利和生产力。开发富含色氨酸的功能性食品和营养保健品可以改善健康和免疫反应。色氨酸代谢物如血清素、褪黑素和犬尿氨酸衍生物可以作为应激和炎症性疾病的生物标志物，支持精准医学方法。总的来说，这些发现表明色氨酸研究正朝着更综合的视角发展，连接动物系统中的营养、神经内分泌和免疫代谢。
神经
