刺参对蛋白质营养干预的应答机制

The culture of sea cucumber (Apostichopus japonicas) skyrocket increase rapidly, and the production value reached the top of the whole single species in the marine aquaculture. However, the nutrition and basic application research was relatively week. Protein was one of the most important nutrition factors in feed. The research and development of compound feed was in urgent need of the basic research of dietary protein nutrition metabolic mechanism in sea cucumber. Based on our previous research, in this study we will evaluate the effect of dietary protein level on food nitrogen, feces nitrogen, excretion nitrogen and growth nitrogen, the composition of amino acid in feed and body, and then build the nitrogen budget, using traditional nutrition and feed science technology. Based on metabolomics, the small molecule metabolites in body fluid and body wall of different dietary protein level groups would be measured to reveal the influence of dietary protein level on the endogenous metabolites. The dietary protein nutrition related potential biomarkers will be screened, and the change of nitrogen metabolic pathway will be speculated. In all, the effect of dietary protein levels on mechanism of nitrogen metabolism in sea cucumber will be studied from nutrition and feed science, and metabolomics perspectives. The results would provide important theoretical support for the determination of protein requirement and development of eco-nutrion compound feed. They also would provide new ideas and new methods for the research of aquatic animal nutrition and feed.

刺参养殖业发展迅速，单种产值列海水之冠，但相关营养与饲料学基础和应用基础研究相对薄弱，蛋白质是水产动物最重要营养元素之一，刺参健康养殖、生态型营养饲料研究与开发，亟需蛋白质营养对刺参代谢影响机制的基础研究。本项目在前期研究基础上，利用传统营养学方法，建立刺参不同饲料蛋白质水平下氮收支方程，探寻饲料氨基酸与组织氨基酸的关系。立足代谢组学研究方法，利用代谢指纹谱分析技术，测定不同蛋白质营养条件下刺参组织中代谢指纹图谱，筛选差异代谢物，揭示蛋白质营养相关的代谢通路，推测代谢途径变化；利用靶标分析技术，选择重要差异代谢物进行定量分析，研究刺参关键代谢通路的精确变化，总结刺参对蛋白质营养干预的应答，从营养与饲料学和代谢组学角度全面阐述蛋白质营养对刺参影响的生物学机制。该成果将为刺参蛋白质营养需要量精确确定、生态型营养与饲料的研究与开发提供重要的理论支持，为水产动物营养生理学研究提供新思路、新方法。

刺参养殖业发展迅速，但相关营养与饲料学基础和应用基础研究相对薄弱，蛋白质是水产动物最重要营养元素之一，刺参健康养殖、生态型营养饲料的研究与开发，亟需刺参蛋白质营养代谢机制的基础研究。本研究通过配制高、中、低蛋白质水平的饲料，投喂刺参进行养殖实验，利用传统营养与饲料学方法，研究了刺参在不同蛋白质营养条件下氮收支方程和机体氨基酸组成的差异，结果表明刺参摄食蛋白质含量为11%饲料时，生长氮最大达到20.19%，显著高于1%和21%饲料蛋白组，不同饲料蛋白质水平下，刺参的氮收支方程分别为：饲料蛋白质水平为 1% 时，100 CN = 85.32 FN + 8.44 GN + 6.24 EN；饲料蛋白质水平为 11% 时，100 CN = 40.76 FN + 20.19 GN + 39.05 EN；饲料蛋白质水平为 21% 时，100 CN = 29.64 FN + 8.01 GN + 62.35 EN。氨基酸分析表明，刺参的第一、二限制性氨基酸分别为亮氨酸和色氨酸， 11%蛋白饲料组鲜味氨基酸和总氨基酸最高，11%和21%蛋白饲料组必需氨基酸含量显著高于1%蛋白饲料组；研究了不同蛋白质饲料对刺参生长性能与消化特征等的影响，刺参摄食11%蛋白含量饲料时特定生长率最高（1.72 % d–1），净蛋白质利用率最高（44.97%），蛋白质效率最高、谷氨酰转移酶和谷草转氨酶比活力最高。利用非靶标代谢组学研究方法，对不同蛋白质含量饲料的刺参进行代谢指纹图谱分析，筛选了异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、戊二醛、苯基丙氨酸、赖氨酸、丙氨酸、丝氨酸、脯氨酸、甘氨酸、N-乙酰-L-亮氨酸，D-丙氨酰基-D-丙氨酸等小分子代谢物作为蛋白质营养干预的内源性标志物，通过KEGG数据库分析出主要富集的通路是苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸合成，氰氨基酸代谢，硫胺素代谢，苯丙氨酸代谢，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸等通路。利用靶标代谢组学方法，对体壁氨基酸进行的分析，观察了赖氨酸、腐胺、羟脯氨酸、蛋氨酸和肌酸等变化规律，阐述了关键相关通路的变化特征。该成果将为刺参蛋白质营养需要量的确定、生态型营养与饲料的研究与开发提供重要的理论支撑，为水产动物营养与饲料研究提供新思路、新方法。