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本研究通过设计七种梯度锌水平的饲料，评估锌对海水驯化虹鳟鱼幼体生长、抗氧化能力及神经-内分泌调节机制的影响。结果显示，83和111 mg/kg锌显著提高生长性能、肠道锌含量及抗氧化酶活性，降低饲料转化率。转录组学分析揭示锌调控GH-IGF轴及代谢相关基因表达，代谢组学进一步证实锌通过谷氨酸和色氨酸代谢途径影响肠脑轴。研究估计海水幼体锌需求量为80.24 mg/kg。
罗双月|赵莉|高勤峰|张正祥|李灿|钱梦志|胡欣|侯志帅
中国海洋大学教育部海洋养殖重点实验室，山东省青岛市266003
摘要
锌是水生动物中第二重要的微量元素。随着全球淡水资源的日益稀缺，海洋养殖已成为提高虹鳟（Oncorhynchus mykiss）产量的有效途径，而虹鳟的生长需要高效的渗透调节机制。然而，关于锌在幼鱼渗透调节中的作用的研究仍然有限。本研究探讨了饮食中的锌如何影响幼鱼的生长、行为、抗氧化能力和调节机制。我们使用鱼粉、大豆粕、大豆蛋白浓缩物和ZnSO?·H?O配制了七种不同锌含量的实际饲料（51.93–324.93 mg/kg）。在海水条件下，Zn??和Zn???饲料（分别含83 mg/kg和111 mg/kg的锌）显著提高了体重增加、肠道Zn2?含量、肝脏CAT和SOD活性，同时降低了饲料转化率和肝脏MDA水平。RNA-seq分析显示，锌补充显著影响了与GH-IGF轴、代谢、应激和神经递质调节相关的差异表达基因（DEGs）。此外，针对神经递质的代谢组学分析表明，饮食中的锌显著改变了谷氨酸能和血清素能突触的代谢途径，并伴随大脑和肠道代谢物（包括色氨酸和5-羟基吲哚乙酸）水平的差异。总之，适量的饮食锌通过调节GH-IGF轴、脂质和葡萄糖代谢以及肠-脑神经递质信号传导，增强了生长、饲料效率和肝脏抗氧化能力；估计海水适应期幼虹鳟的锌需求量为80.24 mg/kg。
引言
虹鳟（Oncorhynchus mykiss）是一种重要的广盐性水产养殖物种。在全球范围内，虹鳟养殖主要以淡水养殖为主，海水养殖仅占内陆养殖产量的约30%（FAO，2022年）。随着全球淡水资源的日益稀缺，海水养殖成为提高虹鳟产量的有效途径。幼鱼期适应海水环境是虹鳟顺利从淡水过渡到海水的关键阶段（Pino Martinez等人，2024年）。先前的研究表明，在逐渐增加盐度的海水环境中饲养的虹鳟表现出更好的生长性能、更强的免疫能力和更优质的鱼片（Yada等人，2001年；Shepherd等人，2005年；Xiao等人，2025年）。然而，盐度适应仍然是虹鳟海洋养殖的主要限制因素，因为不当的适应方案会导致渗透应激、生理机能受损、生长受阻和死亡率增加（Xiong等人，2020年）。有针对性地调节饮食中的微量营养素可以有效缓解应激并提高养殖效果（Kari，2025年）。
锌是水生动物生长和发育中仅次于铁的第二大必需微量元素。作为超过300种酶的催化或别构成分，锌支持蛋白质、脂质和碳水化合物的代谢，并调节生长、免疫、抗氧化防御和神经信号传导等关键过程，从而维持生物体的稳态（Chesters，1991年；Sunuwar等人，2017年；Ibrahim等人，2023年）。水生动物主要从水中和饲料中获取锌，其中饲料是锌的主要来源（Willis和Sunda，1984年；Spry等人，1988年）。锌缺乏会降低应激耐受性，增加应激激素的分泌，并干扰神经递质的合成、释放和受体结合（Tian等人，2021年）。
在硬骨鱼类中，下丘脑-垂体-肾（HPI）轴与神经递质共同构成了应激反应的中心调节网络，这种网络通过广泛的相互作用影响行为并破坏稳态（Schreck和Tort，2016年；Yuan等人，2025年）。富含神经递质且对盐度等环境变化高度敏感的肠神经系统进一步将应激与肠道功能障碍联系起来（Mittal等人，2017年）。作为必需的微量元素，锌通过影响神经递质和神经内分泌功能来调节摄食、应激反应性和免疫力（Dawood等人，2022年）。例如，先前的研究表明锌可以影响多巴胺和血清素等神经递质的合成和活性，这些神经递质参与应激反应和渗透调节过程（Segawa等人，2014年；Pandya等人，2023年）。长期锌失衡会改变斑马鱼（Danio rerio）中的谷氨酸和其他神经递质，从而引发行为和生理变化（Yu等人，2022年；Yu等人，2022c）。此外，锌还被证明可以调节HPI轴的活性，进一步支持其在盐度应激与神经内分泌反应之间的潜在作用（Singh等人，2024年）。这些发现为研究饮食中的锌含量如何通过神经递质途径影响渗透调节提供了依据。鉴于神经递质在调节应激反应和渗透调节中的关键作用，我们假设锌通过调节神经递质系统来影响渗透调节。
在海水中，虹鳟通过摄取和处理周围的水分来维持渗透平衡（Hong等人，2017年），其中前肠是水分吸收的主要部位。肠上皮细胞通过顶端共转运蛋白吸收Na?和Cl?，形成跨上皮的渗透梯度，使水分通过水通道和细胞旁途径被动传递，从而回收约90%的吞咽离子（Bucking等人，2011年）。然而，海水适应会损害锌的吸收并破坏内源性锌的稳态（Yarahmadi等人，2022年）。不同物种、生命阶段和水化学成分的饮食锌需求量差异很大，早期研究中的需求量范围为15至30 mg/kg，而根据生长和组织保留情况，最新研究为63–93 mg/kg（Ogino和Yang，1978年；Meiler和Kumar，2021年）。锌缺乏会抑制生长、饲料摄入、骨骼发育和免疫力，而锌过量会增加饲料成本，拮抗钙、镁和铁的吸收，并增加环境中的锌负荷，可能影响生存率（Gibson，2005年；Liang等人，2012年；Razzaque和Wimalawansa，2025年）。因此，确定适当的饮食锌含量对于虹鳟幼鱼的健康养殖至关重要。
因此，我们假设锌可能通过神经介导的信号通路调节虹鳟在幼鱼期适应海水过程中的应激反应。本研究给幼虹鳟喂食不同锌含量的饲料，持续八周，以评估其对生长、血清生化和抗氧化能力的影响。基于生长和生理生化指标的降维分析以及表型数据，选择了几个组别（FW Zn??、SW Zn??和SW Zn??）进行高通量组学分析（相关证明见补充材料，图S1）。通过整合大脑和肠道组织的转录组分析与靶向神经递质代谢组学，我们旨在阐明锌调节盐度应激耐受性的机制。研究结果有望为虹鳟海洋养殖中的精确锌补充策略提供依据，支持高效环保饲料的开发，并为修订幼虹鳟的锌需求标准提供基础。
伦理声明
本研究遵循中国海洋大学动物研究与伦理委员会的指导方针（许可编号2022169）。研究中未涉及任何濒危或受保护的物种。
实验饲料
基础饲料含有45.6%的粗蛋白和15.9%的脂质，主要蛋白质来源为鱼粉、大豆粕和大豆蛋白浓缩物，主要脂质来源为鱼油和大豆油。硫酸锌（ZnSO?）的添加量分别为0、15、30、60 mg/kg。
虹鳟肠道中的Na?和Zn2?含量
在海水中饲养的虹鳟肠道Zn2?含量显著低于淡水组（p < 0.05；图1A）。相反，在海水中饲养的虹鳟肠道Na?含量显著高于淡水组（p < 0.05；图1B）。
不同饮食锌含量对海水养殖环境中虹鳟生长性能的影响
所有实验组的虹鳟存活率均为100%（表2）。喂食含83 mg/kg锌的饲料的虹鳟最终体重显著高于其他组（p < 0.05）。
讨论
锌是一种重要的微量元素，在结构、催化和信号传导中发挥作用。锌的稳态受到严格调控，以支持生物体的多种生化和生理功能（Kambe等人，2015年）。先前的研究表明，在海水中饲养的大西洋鲑鱼体内的锌可用性降低，内源性锌损失增加（Yarahmadi等人，2022年）。与这些发现一致，我们的初步实验也显示……
结论
尽管锌在鱼类生长、免疫和神经功能中的作用已得到广泛研究，但关于海水养殖条件下幼虹鳟具体饮食锌需求的系统研究仍然有限。本研究系统地阐明了饮食锌对海水适应期幼虹鳟生长、代谢和肠-脑调节的剂量依赖性影响。
作者贡献声明
罗双月：撰写初稿、数据可视化、实验设计、概念构思。
赵莉：数据验证、监督、实验实施。
高勤峰：监督。
张正祥：实验实施。
李灿：实验实施。
钱梦志：实验实施。
胡欣：实验实施。
侯志帅：撰写、审稿与编辑、项目监督、资金筹集。
未引用的参考文献
Ai和Mai，2007年
Hong和Zhang，2004年
Sata?a等人，2018年
致谢
本工作得到了山东省自然科学基金（ZR2023QC196）、国家自然科学基金（32402990）、中国博士后科学基金（2023M743332）、山东省高等学校青年创新团队发展计划（2023KJ031）以及中国海洋大学的支持。
