水产动物能够为人类提供优质的蛋白质，尤其是海水鱼中富含的二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）是大脑发育必需的不饱和脂肪酸。水产养殖中，饲料是重要的重要组分，也是养殖中成本最高的因素，约占水产养殖成本的60%以上[1]。近年来，大宗饲料蛋白原料如鱼粉、豆粕等资源匮乏，价格不断攀升。因此，积极探索高效、低成本的水产蛋白饲料是维持水产养殖可持续发展的关键。鱼粉由于适口性好、氨基酸平衡、脂肪酸含量高、含有未知营养因子、能够被动物很好地消化吸收等特点，是水产饲料重要的蛋白质来源[2]。植物蛋白原料来源广、价格低，是理想的鱼粉替代品。研究表明，采用植物蛋白原料部分或完全替代饲料中的鱼粉不会影响水产动物的生长性能，表明植物蛋白原料具有重要的研究意义和广阔的应用价值[3]。但植物蛋白原料也存在一定的缺陷，如含有不同种类的抗营养因子、氨基酸不平衡、纤维素含量高等问题，其替代鱼粉比例超过一定水平将不同程度地影响水产动物的生长和健康。关于植物蛋白原料替代鱼粉在水产动物养殖中的应用仍然存在一些争议[4-6]。本文综述植物蛋白原料的来源、替代鱼粉的研究进展以及提高其利用的措施，旨在为植物性蛋白原料在水产生物养殖生产中的高效利用提供参考。1植物蛋白原料来源1.1大豆蛋白大豆具有蛋白质含量高、营养丰富等特点，在水产饲料生产中被广泛应用[7]。饲料中的大豆蛋白主要源自豆粕、发酵豆粕、膨化大豆和大豆浓缩蛋白等，其中豆粕是由大豆提取豆油后得到的副产物，是目前替代鱼粉使用最多的一种大豆蛋白源。与鱼粉相比，豆粕存在大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、大豆凝集素等多种抗营养因子，一定程度上限制了豆粕的添加比例。通过微生物发酵的方法可以显著降低豆粕中的抗营养因子，且通过微生物发酵能够获得菌体蛋白和有益因子，从而提高饲料的表观消化率，提高豆粕代替鱼粉的比例[8]。1.2菜籽蛋白饲料中的菜籽蛋白主要源于菜籽粕。菜籽粕是预压浸出榨油工艺的副产物，其营养价值高，氨基酸组成相对齐全。与其他粕类相比，菜籽粕含有较高含量的蛋氨酸和胱氨酸，赖氨酸含量略低于豆粕。菜籽粕中含有多种抗营养因子，如硫代葡萄糖甙、芥酸、植酸和单宁等，具有涩味和辛辣味，适口性差，从而影响动物摄食[9]，且菜籽粕中粗纤维含量较高，从而降低了菜籽粕作为蛋白饲料的利用价值。1.3花生蛋白饲料中的花生蛋白主要来源于花生粕，花生粕是花生仁经压榨提炼油料后的副产物。花生粕的蛋白质含量约45%,其精氨酸含量在所有植物蛋白原料中最高，而蛋氨酸、赖氨酸和苏氨酸含量较低。花生粕的氨基酸不平衡，且存在植酸等抗营养因子和潜在的黄曲霉污染风险，从而严重影响了花生粕在饲料中的应用[10]。1.4棉籽蛋白饲料中的棉籽蛋白主要来源于棉籽粕，棉籽粕是棉籽榨油后的副产物，完全脱壳的棉籽仁制成的棉籽粕中粗蛋白质可高达44%，仅次于豆粕。棉籽粕富含维生素E、硫胺素及B族维生素，水解后可以得到17种氨基酸，其氨基酸组成比较合理，除了赖氨酸含量较低，其他几种必需氨基酸含量均达到国际农粮组织（FAO）推荐的标准[11]。1.5玉米蛋白饲料中的玉米蛋白主要来源于玉米蛋白粉。玉米蛋白粉是玉米粒经食品工业生产淀粉或酿酒工业提纯后的副产品，被作为一种高蛋白、高能量的蛋白源在水产饲料中广泛应用。玉米蛋白粉中的蛋白质含量达60%左右，其蛋氨酸含量丰富，但赖氨酸和色氨酸含量较低[12]。玉米的品种、产地以及加工工艺的不同均会导致玉米蛋白粉的营养成分差异较大，影响其饲喂效果[13]。2植物蛋白原料替代鱼粉的研究进展研究表明，采用植物蛋白原料替代鱼粉会导致虹鳟[14]、大菱鲆[15]、黑虎虾[16]、鳗鱼[17]、大西洋鲑[18]等水产动物采食量和生长性能下降。Delbert等[19]研究发现，植物蛋白原料替代鱼粉抑制水产动物生长的原因是植物蛋白的消化率比动物蛋白低。叶观林[20]研究表明，植物蛋白对水产动物的生产性能无显著影响，但降低了肠道的免疫力。Bautista-Teruel等[21]研究发现，植物性蛋白中缺少一种或多种必需氨基酸。Torstensen等[18]研究表明，植物性蛋白原料适口性较差。Welker等[22]研究报道，植物蛋白原料存在抑制动物采食和生长的抗营养因子。但也有研究发现，植物蛋白原料可以替代鱼粉，且不会对水产动物的生长性能造成负面影响。祝焱彬[23]研究发现，饲料中水解羽毛粉替代不超过4%鱼粉对虾的肌肉品质无不良影响。钟国防等[24]研究表明，植物蛋白原料替代鱼粉比例可提高至20%。张鑫等[25]研究发现，豆粕替代鱼粉比例不超过28%，不会影响乌鳢的生长性能。关于红尾鲶[26]、罗非鱼[27]、红鲷鱼[28]的研究表明，菜籽粕可分别替代11.2%、10.0%和56.0%的鱼粉而不影响动物的生长性能。在凡纳滨对虾中发现，在不影响凡纳滨对虾生长的前提下，去皮豆粕替代鱼粉最合适比例为28%[29]。而石斑鱼饲料中花生粕替代鱼粉的比例高达50%，对石斑鱼的生长性能无负面影响，但显著改变了石斑鱼的免疫力和肠道菌群结构[30]。在多鳞鱚[31]、卵形鲳鲹幼鱼[32]、凡纳滨对虾[33]等水产动物的研究中发现，棉籽粕替代鱼粉的比例低于16%、25%、25%时，对水产动物的生长性能无显著影响。植物蛋白原料中存在的抗营养因子会对水产动物造成不同程度的负面影响，如降低水产动物的饲料利用率，诱导组织或器官发生病变，阻碍对饲料中营养物质的吸收[32,34]。许多学者致力于研究抗营养因子的作用机理，如植物蛋白原料中普遍存在的胰蛋白酶抑制因子可以与胰蛋白酶结合形成不可逆的复合物，降低蛋白质的消化率，使胰腺出现功能性亢奋，导致肠道中胰蛋白酶活性急剧上升；且胰蛋白酶中含有丰富的含硫氨基酸，长期使用会造成水产动物体内氨基酸代谢失衡，最终导致胰腺和其他组织器官的增生和肥大[33,35]。棉籽粕中的游离棉酚对水产动物的肝脏、肾脏、神经及血管产生毒害作用；也可与蛋白质以及血液中的二价铁结合，长期饲喂含棉籽粕的饲料可引起动物缺铁性贫血；游离棉酚还容易与赖氨酸形成复合物，导致饲料中赖氨酸在水产动物机体内无法被吸收利用[36-37]。大豆凝集素可以与水产动物消化道黏膜上表皮细胞表面的受体糖蛋白结合，使消化道表面的微绒毛发育异常，导致消化道功能紊乱，吸收功能下降，特别是对无胃鱼类可能造成严重的危害[38]。大豆凝集素是一种能够凝集红细胞的植物蛋白，可以与细胞膜中的碳水化合物结合产生凝集效应，且能够抑制肠道中的蛋白酶水解，破坏肠道形态[39]。当大豆凝集素与肠上皮细胞发生结合，会诱发肠道损伤[40]。冷向军等[41]研究发现，豆粕经发酵后会大多数抗营养因子含量，对消化酶的抑制作用显著降低。适量的发酵豆粕替代鱼粉，可以增强超氧化物歧化酶和溶菌酶等免疫酶活性[42]。当饲料中的发酵豆粕含量过高时，会对水生动物的免疫功能产生不利影响，如发酵豆粕代替鱼粉的比例分别为49.5%和66.0%时可显著降低大口鲈血清中的超氧化物歧化酶和溶菌酶活性[43]。此外，发酵豆粕中的小肽、益生菌等物质，为不同菌群的生长和繁殖提供良好的营养环境，可显著提高肠道菌群的多样性[44]。3提高植物蛋白原料的利用措施3.1改善必需氨基酸的不平衡必需氨基酸是指水产动物体内不能合成或合成速度远不能适应机体需要，必须由饲料中的蛋白源供给的氨基酸。不同种类的植物蛋白原料普遍存在氨基酸组成不平衡的问题，从而影响水产动物的生长和健康。必需氨基酸不平衡的问题可以通过不同的植物性蛋白原料搭配，如豆粕和玉米蛋白粉联合使用，可提高饲料的营养价值。徐志强等[45]在对丝尾鳠的研究中发现，在饲料中添加1.5%精氨酸可改善丝尾鳠的肠道健康。Chen等[46]研究表明，在大菱鲆饲料中加入一定比例的精氨酸可有效缓解豆粕引起的肠炎。Shan等[47]研究表明，在膨化饲料中补充一定量的蛋氨酸，可以更好地补充饲料中必需氨基酸的平衡，促进建鲤生长。3.2培育植物新品种利用育种技术或转基因技术培育的植物新品种，不含或仅含有少量抗营养因子。苏茜等[48]培育的油菜新品种，其菜籽油中的芥酸以及菜粕中的硫代葡萄糖苷含量较低。目前，普遍使用改良的转基因植物品种，并配合相关的加工技术，生产优质的植物蛋白原料，这些原料更适合替代水产饲料中的鱼粉。Lucas等[49]研究发现，含高赖氨酸的玉米对肉鸡的生长具有促进作用。吲哚硫代葡萄糖苷是油菜籽中的主要抗营养因子，使用转基因技术可成功培育含有低水平吲哚硫代葡萄糖苷的油菜籽新品种[50]。经过几十年的培育，可以降低高粱中单宁含量，其营养价值几乎与玉米相同，能够在动物饲料生产中广泛应用以降低饲料成本，从而提高养殖经济效益[51]。3.3培育耐受植物蛋白原料的水产动物新品种水产动物对饲料蛋白源替代效率的存在差异的原因一方面为不同食性水产动物对饲料蛋白质含量的要求不同以及不同动物消化道结构、消化酶种类和活性的差异[52]；另一方面取决于水产动物对不同蛋白源利用效率的差异，如绝大部分鱼类和甲壳类动物对鱼粉的利用率较高，而对植物蛋白原料的利用率低。麦康森等[53]研究报道，与鱼粉相比，鱼类摄食其他蛋白源饲料导致mTOR信号通路相关基因表达下调，从而抑制动物生长，表明可通过培育耐受植物蛋白的新品种提高mTOR信号通路对植物蛋白原料的适应能力，这是提高植物蛋白原料利用率的新思路。3.4发酵技术发酵是指利用有益微生物生产新型发酵生物饲料，如利用芽孢杆菌、酵母、乳酸菌等菌种进行厌氧或好氧发酵[54]。通过微生物的发酵可以提高豆粕中营养物质含量，降低抗营养因子如胰蛋白酶抑制因子、植酸含量。在牛蛙[55]、卵形鲳鲹[56]、大黄鱼[57]研究中发现，发酵豆粕替代鱼粉的比例均为50%时，不会对动物生长和健康产生不利影响。姜丹等[58]采用3种酵母菌和康宁木霉对豆粕进行发酵，对提高粗蛋白质含量和降低豆粕中的抗营养因子具有明显效果。谢炎福等[59]研究表明，植物蛋白原料经固态发酵后，枯草芽孢杆菌、酵母及乳酸菌的数量增加，乳酸含量升高，抗营养因子含量下降。3.5补充外源酶制剂和有益因子植物细胞具有细胞壁，其主要成分是多糖，包括果胶类、纤维素和半纤维素，这些成分难以消化，且细胞内容物中含有非淀粉多糖，很大程度上阻止了细胞内容物与消化酶的接触。水产动物特别是肉食性鱼类缺乏相应的消化酶而难以将其降解，因此可通过添加外援酶制剂提高饲料的消化率。任胜杰等[60]在中华绒螯蟹的研究中发现，适当添加木聚糖酶可消除由木聚糖引起的生长抑制。植物蛋白原料替代鱼粉的效果不理想，也可能归因于植物蛋白原料中缺少鱼粉中含有的一些活性因子，如牛磺酸[61]、胆固醇[62]等。刘兴旺等[63]报道，当饲料中牛磺酸的含量升高至2%时，大菱鲆的饲料效率和蛋白质效率均显著升高。骆艺文等[64]研究发现，饲料中添加1%牛磺酸可显著提高军曹鱼的存活率、摄食率、特定生长率、饲料效率和蛋白储积率。4展望植物蛋白原料普遍存在抗营养因子、氨基酸不平衡、适口性差等缺陷。可以通过以下思路提高植物蛋白原料替代鱼粉的比例：不同水产动物对植物蛋白原料的耐受性不同，需要针对不同动物品种开展系统性研究；增强对鱼粉中未知营养因子的探索；通过微生物发酵技术处理植物蛋白原料，以降低抗营养因子含量，提高饲料营养价值；培育植物新品种；培育耐受植物蛋白的水产动物新品种；外援添加酶制剂或有益因子；改善饲料必需氨基酸平衡。