植酸酶不同处理方式对斑点叉尾鮰氮和磷排泄的影响

    摘 要：本试验以初始体重为（16.70±0.85g）的斑点叉尾鮰为研究对象，进行为期72h的水环境试验，研究植酸酶不同添加方式对斑点叉尾鮰养殖水环境氮和磷排泄的影响。试验采用单因素试验设计，共设10个处理组，分别为1个对照试验组、5个喷涂试验组（300、500、1 000、1 500、2 000 U/kg）和4个预处理试验组（300、500、1 000、1 500U/kg），每个处理3个重复，每个重复30尾鱼。研究结果表明：随着饲料中植酸酶添加量的增加，喷涂和预处理各处理组较对照组总磷和氨氮排放量均有显著降低（P<0.05），其中喷涂法添加1500U/kg植酸酶组效果最好，预处理法添加1000U/kg植酸酶组效果最好。综上分析，斑点叉尾鮰饲料中添加植酸酶对控制养殖水环境中氮和磷排放，减少环境污染具有重要的意义，比较两种不同处理方式可以看出，预处理组效果优于喷涂组。
    关键词：植酸酶；喷涂；预处理；斑点叉尾鮰；氮磷排泄

    植物性饲料中的磷主要是以植酸及其盐的形式存在，难以被动物机体所利用，植酸还可通过螯合作用，降低动物对矿物元素及蛋白质的利用率，从而降低饲料的营养价值（贺建华，2002）。大量未被利用的氮和植酸磷随粪便及尿液排出体外，对环境造成了极大污染。大量研究证实，植酸酶能降解植酸，提高植酸磷及营养物质的利用率（Liu等，1998；Cromwell等，1995；Young 等，1993）。斑点叉尾鮰（Ictalurus punctatus）属于鲶形目鮰科，亦称美洲鲶，原产于北美洲，是欧美主要淡水养殖品种之一，1984年由湖北省水产科学研究所引进，1987年人工繁殖成功。近年来，随着加工出口产品的突破，斑点叉尾鮰的养殖在我国发展迅猛，已成为当前一个重要的淡水养殖品种。但是，斑点叉尾鮰饲料中的植酸磷无法被有效利用，只能随粪便排入水中加重水体富营养化问题，引发病害，导致鱼体药物残留（袁科平，2009），影响斑点叉尾鮰养殖的规模化和出口创汇。另外，植酸酶作为鱼类饲料添加剂已成为热点，但国内有关植酸酶在斑点叉尾鮰饲料中的研究尚属空白。本试验通过研究植酸酶不同处理方式对斑点叉尾鮰氮磷排放的影响，来探讨植酸酶不同处理方式的效果以及适宜添加剂量，以期为斑点叉尾鮰的健康养殖及可持续发展提供新的试验依据和科学指导。

    1 材料与方法
    1.1 试验鱼的来源及饲养管理
    试验用斑点叉尾鮰购自四川省绵阳市金城水产养殖场。正式试验前，用基础饲料对斑点叉尾鮰驯养2周，使其逐渐适应试验饲料，然后挑选出体格健壮和体重均匀（16.70±0.85g）的鱼进行分组试验。采用单因素完全随机分组设计，750尾斑点叉尾鮰随机分为10个组，每组3个重复，每个重复放养25尾鱼。采用静水养殖方法，停止曝气，每个试验缸容积280L，加水150L，水温控制在24±1℃，溶氧﹥6.0mg/L、pH为7.5～8.0。试验期间每天投喂2次（08:00和16:00），每次投喂时间约30min，投饲率为4.0%～5.0%，根据摄食情况作相应调整，达到表观饱食，确保无饲料存留，不清理粪便，试验期持续72h。
    1.2 试验设计及试验饲料的制备
    以豆粕、玉米蛋白粉、棉粕、菜粕、鱼油、次粉等组成基础饲料，维生素及矿物质预混料参照NRC（1993）标准配制，采用喷涂和预处理两种方法将不同浓度植酸酶添加到基础饲料中，试验共设10个处理组，D0组为对照组，饲喂基础饲料，其中喷涂法5个处理组，分别在基础饲料表面喷涂300、500、1 000、1 500、2 000U/kg植酸酶，依次为D1、D2、D3、D4、D5组；预处理法4个处理组，分别在基础饲料中添加300、500、1 000、1 500U/kg植酸酶，依次为C1、C2、C3、C4组。基础饲料配方及营养成分见表1。

表1 基础饲料配方及成分分析 %

    注：*总能根据原料组成计算所得[GE （MJ/kg） =23.64 MJ/kg×CP+39.54 MJ/kg×CF+17.15MJ/kg×CHO]，其余均为实测值。

    试验用植酸酶为颗粒状微生物植酸酶，理论酶活：5 000U/g，实测酶活：5 160U/g，植酸酶的活性采用霍启光（2002）的方法测定。
    喷涂参考Jackson（1996）的方法。按试验设计浓度，准确称取植酸酶溶于柠檬酸盐缓冲液中，按质量（kg）体积（L）比为20:1将植酸酶缓冲溶液均匀地喷涂到基础饲料表面，并用鱼油包裹，放入干燥箱中37℃烘干，取出后室温下放置24h，使其水分保持在8%～10%，封口袋包装后放入-18℃冰箱冷冻保藏、备用。
    预处理参照Cain和Garlin（1995）的方法。按试验设计浓度，准确称取植酸酶溶于柠檬酸盐缓冲液中，然后将缓冲溶液按体积（L）质量（kg）比为1:1与豆粕、玉米蛋白粉、棉粕、菜粕及次粉混匀，室温放置1h，放入50℃培养箱恒温培养6h，取出后放入60℃烘箱中烘干。将预处理后原料再次粉碎后，压制成粒径为1.5mm的颗粒饲料。
    1.3 样品采集及分析方法 
    试验进行0和72h时，分别以重复组为单位，每组采集水样500mL，经抽提过滤后，在4℃下保存，并于24h内进行总磷和氨氮的测定。总磷的测定采用钼锑抗分光光度法，氨氮的测定采用奈氏试剂法。试验指标的计算公式如下：
    养殖水体总磷排放量（mg/kg·h）=（总磷浓度×水体体积）/（鱼体总重×试验小时数）
    养殖水体总氮排放量（mg/kg·h）=（总氮浓度×水体体积）/（鱼体总重×试验小时数）
    1.4 数据处理及统计分析
    采用“SAS9.2统计软件”对数据进行统计学分析，平均数及标准差以（X±SE）表示，先对数据作单因素方差分析（ANOVA），处理间若有显著差异，再作邓肯多重比较，P<0.05表示差异显著，采用折线模型拟合分析植酸酶与特定生长率的相关关系。

    2 结果与分析
    植酸酶不同添加方式对斑点叉尾鮰生长性能的影响见表2。从中可知，喷涂法和预处理法各处理组较对照组养殖水体中总磷和氨氮排放量均有显著降低（P<0.05）。分析组间差异性可见，随着饲料中植酸酶添加量的增加，喷涂组和预处理组总磷和氨氮排放量均呈现先降低后趋于平稳的趋势，其中喷涂组在0～1 500U/kg之间逐渐下降，当添加量达到2 000U/kg时总磷和氨氮排放量有升高趋势，但与1 500U/kg相比没有显著差异（P＞0.05）；预处理组在0～1 000U/kg之间逐渐下降，当添加量达到1 500U/kg时总磷和氨氮排放量有升高趋势，但与1 000U/kg相比没有显著差异（P＞0.05）。比较喷涂和预处理对控制总磷和氨氮排放量的效果可知，预处理法中1 000U/kg植酸酶组总磷和氨氮排放量最低，且氨氮排放量显著低于喷涂法各处理组（P<0.05）。这一结果表明，在斑点叉尾鮰饲料中添加一定量植酸酶，可有效降低斑点叉尾鮰养殖水体中总磷和氨氮的排放量，且预处理效果要优于喷涂法。

表2 植酸酶对斑点叉尾鮰氮、磷排放的影响

           注：同列数据肩标相同者差异不显著（P＞0.05），不同者差异显著（P<0.05）。

    3 讨论
    在水产动物养殖生产中，氮和磷不仅是养殖水体中限制初级生产力的两种营养元素，也是评价水产养殖自身污染的重要指标。植酸及植酸盐被公认为是植物性饲料中的抗营养因子，由于鱼体消化道内缺乏水解植酸的植酸酶，限制了其对磷的消化吸收，同时，植酸还能与蛋白质及矿物元素螯合，从而降低鱼体对蛋白质及矿物元素的吸收，大量未被利用的氮和磷随粪便及尿液排出体外，使水环境中物理、水化学指标及生物学因子发生改变，浮游生物数量和微生物含量增加，水体自净能力降低，导致水体富营养化或水质恶化（袁春营等，2003）。
    目前的已有大量研究结果表明，鱼类饲料中添加植酸酶可以提高磷的利用率，降低粪磷的排放量。例如，Rodehutscord和Soares（1995）用植酸酶处理大豆粉饲喂虹鳟，可使磷排泄降低65%～88%；Schafer等（1995）在鲤鱼饲料中添加500U/kg和1 000U/kg的植酸酶，结果磷的排泄量分别减少28%和25%；曾虹等（2001）在鲤鱼饲料中添加1 000 FTU/kg的中性植酸酶，可以将饲料磷的利用率提高41.3%，单位增重的磷排出降低32%；Jackson等（1996）在斑点叉尾鮰饲料中用喷涂法添加植酸酶，结果粪磷较对照组降低33%。本研究中，喷涂和预处理添加植酸酶的各处理组较对照组总磷和氨氮排放量均有显著降低，其中喷涂法添加1 500U/kg植酸酶组效果最好，总磷和氨氮排放量较对照组分别降低39.76%和22.47%；预处理法添加1 000U/kg植酸酶组效果最好，总磷和氨氮排放量较对照组分别降低40.94%和30.50%。这与上述研究结果相一致，表明在斑点叉尾鮰饲料中添加一定量植酸酶，可有效降低其粪磷排放，减少养殖水环境中氮和磷的污染。比较两种不同的添加方式对水环境的影响，可以看出，预处理组的效果优于喷涂组，这是由于植物原料经植酸酶在体外的预处理更彻底的降解了植酸及其盐的抗营养作用，更有利于蛋白质及磷的消化吸收，而喷涂法添加植酸酶受到鱼体内温度、作用时间以及生理状况等因素的影响，其作用效果存在不可控制性。但就生产工艺而言，预处理工艺较为麻烦，且对工艺的要求也较高，相对来说喷涂工艺操作更方便，建议在实际生产中根据设备条件作相应的选择。综合考虑饲料成本、不同处理方式酶的作用效果、加工工艺的便捷性及酶活的存留率，建议在斑点叉尾鮰饲料中，喷涂法和预处理法植酸酶的适宜添加范围分别为1 500～2000U/kg和1 000～1 500U/kg。

    4 结论
    本试验条件中，在斑点叉尾鮰饲料中采用喷涂法和预处理法添加一定量的植酸酶均能有效降低总磷和氨氮排放量，改善水环境。喷涂和预处理的适宜添加范围分别为1 500～2 000和1 000～1500U/kg。
    （参考文献略）