雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）又被称为湖生血球藻、湖生红球藻，隶属于绿藻门（Chlorophyta）红球藻属（Haematococcus），是一种淡水绿藻。雨生红球藻在氮营养缺乏、高光照和高盐度等条件下，从富含蛋白质和叶绿素的营养状态转化为囊孢状态，产生大量类胡萝卜素等次生代谢物，其中，80%以上为虾青素及其酯类[1-3]。雨生红球藻虾青素水平为1.0%~5.0%，远远高于酵母和甲壳类动物虾青素水平（0.15%~0.40%）[3-4]，具有强大的抗氧化能力[5-7]。雨生红球藻氨基酸种类丰富，易于吸收，是潜在的优质饲料蛋白源之一[8]。雨生红球藻还富含n-3多不饱和脂肪酸、藻蛋白和β-胡萝卜素等生物活性物质[9-11]。研究表明，雨生红球藻可用做饲料的蛋白源、着色剂和抗氧化剂等，对鱼类的着色、生长、抗氧化、免疫反应、抗应激、繁殖、发育、健康和产品品质等具有积极的效果[10,12-13]。近年来，来自雨生红球藻的天然虾青素已成为水产饲料产业从业者关注的研究热点，具有广阔的应用前景。本文综述了雨生红球藻的营养价值及其在鱼类饲料中的使用情况，旨在为鱼类饲料中合理使用雨生红球藻产品提供参考。1雨生红球藻的营养特点雨生红球藻蛋白质含量为26%~44%（以干物质计），脂肪含量为12%~18%，碳水化合物含量为26%~40%，灰分含量为2.8%~12.8%[4,14]。雨生红球藻中氨基酸种类齐全，富含谷氨酸（1.8%~3.4%）、亮氨酸（1.5%~2.6%）、丙氨酸（1.4%~2.3%）、天冬氨酸（1.4%~2.4%），缬氨酸（58.14）、异亮氨酸（42.64）和赖氨酸（54.26）的评分与WHO/FAO提出的理想蛋白模式无差异，易于被动物消化吸收。酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和苏氨酸的评分均高于理想蛋白模式。因此，雨生红球藻产品可以与缺乏这些氨基酸的饲料蛋白原料搭配使用，以提高饲料蛋白源的利用效率[8]。此外，雨生红球藻中富含油酸（7.76%~14.92%）、亚油酸（14.92%~21.61%）、α-亚麻酸（10.54%~12.13%）、EPA（0.21%~0.66%）等不饱和脂肪酸，特别是n-3长链多不饱和脂肪酸具有抗氧化、抗肿瘤、降血脂、调节炎症反应等生理作用，其脂肪酸含量和比例与提取方法有关[9,15]。雨生红球藻是目前已知的含有天然虾青素最丰富的生物，虾青素含量为1.0%~7.0%（以干物质计），占总类胡萝卜素含量85%~90%[6,16-17]。藻源虾青素构型以3S-3'S型为主（90%），而合成虾青素含量低于25%。藻源虾青素主要以酯的形式存在（单酯、双酯和游离态分别占70%、10%~15%和4%~5%），虾青素构型及其酯类比例与水生动物机体高度相似[4,17-18]，因而其抗氧化活性和生物吸收利用率较高[7]。红球藻还含有类胡萝卜素（β-胡萝卜素、角黄素、叶黄素）和藻蛋白等生物活性物质[10-11]。在结构上，天然虾青素的两个酮环上各有1个羟基和1个酮基，因此其极性比其他类胡萝卜素更大，可在细胞膜磷脂双分子层中跨膜定位[5]。目前，常用的虾青素包括天然虾青素和合成虾青素，但二者在功能结构、安全性、生物利用度及消费者接受度等方面存在差异。天然虾青素可与脂质或蛋白质结合，其溶解性、抗氧化性、生物效价和稳定性更高[19-20]。2雨生红球藻在鱼类生产中的应用研究2.1雨生红球藻对机体着色的影响皮肤和肌肉色泽除了为水生动物提供保护色外，还是评判消费者的可接受性、感知质量和市场价值的重要标准[21-23]，体组织色泽与其虾青素等类胡萝卜素含量密切相关[24]。鱼类自身不能合成类胡萝卜素，需通过摄食富含虾青素的微藻、浮游植物和添加类胡萝卜素等着色剂的饲料以满足需要[4,25]。饲料中适量添加类胡萝卜素是调控水产动物体色的常用方法之一。大量的研究表明，与其他着色剂相比，水产饲料中适量添加雨生红球藻粉等产品可提高虾青素的积累量，促进色素在组织内沉积且更持久，使机体呈橘红色或红色，进而提升水生动物的营养和商品价值[4,23,26]。Ako等[27]对剑尾鱼（Xiphophorus helleri）、霓虹燕子（Pseudomugil furcatus）和黄玉慈鲷（Cichlasoma myrnae）的研究发现，饲喂添加1%雨生红球藻藻粉饲料3周后，鱼体表颜色均明显增强。增色是通过天然类胡萝卜素受体实现的，其着色效果优于螺旋藻等传统类胡萝卜素；饲料中添加3.33~6.66 g/kg雨生红球藻对七彩神仙鱼（Symphysodon haraldi）皮肤和鳍条着色效果尤为显著，可提高肝脏、皮肤和肌肉虾青素水平[28]。饲料中分别添加1.5 g/kg微藻、25~35 g/kg雨生红球藻、80 mg/kg雨生红球藻源虾青素可增加红魮脂鲤（Hyphessobrycon eques）[29]、红白锦鲤（Cyprinus carpio haematopterus）[30]和金鱼（Carassius auratus）[31]体内色素沉着，还发现生物絮凝系统和虾青素对促进色素沉着具有加成作用[31]。雨生红球藻源虾青素和合成虾青素对红魔鬼（Cichlasoma citrinellum）皮肤和鳍的着色效果相同，且皮肤虾青素含量与类胡萝卜素添加量正相关，组织中虾青素含量为性腺鳍肠皮肤肝脏肌肉，尤其是在成熟期大量积累于性腺[32]。锦鲤（Cyprinus carpio）饲料中添加0.5~5.5 g/kg雨生红球藻虾青素粉可提高鱼体、头和鱼鳍的色素沉积量，且头和鱼鳍色素沉积量增长要快于鱼体[33]，表明体组织内色素的沉积具有一定选择性，不同部位的色素沉积效率存在差异。随着饲料中虾青素含量的增加，血鹦鹉（Cichlasoma citrinellum×C. synspilum）体表、鳍条和鳃盖的色度值逐渐增大，且前9 d增加快，而后增速变慢，这是因为虾青素在体内代谢积累到一定程度时，对类胡萝卜素的吸收与沉积率降低[34]。饲料中色素使用量超过适宜水平后，锦鲤等观赏鱼体色素沉积量降低[33,35]。鱼类皮肤色素沉着效率取决于色素来源、浓度[25]和投喂时间[36]。对马拉巴笛鲷（Lutjanus malabaricus）[37]、真鲷（Pagrus Pagrus）[38]和虹鳟[39]的研究结果显示，饲料中添加40~50 mg/kg雨生红球藻源虾青素可提高皮肤或肌肉等组织中类胡萝卜素的沉积及改善色泽，这可解释为虾青素与肌红蛋白结合形成的虾青素-蛋白复合体具有极强的色素沉积能力，进而改善组织色泽[4,28]。在牙鲆饲料中添加雨生红球藻粉（类胡萝卜素100 mg/kg）或提取物均可有效增加鱼皮肤、背部肌肉和全鱼总类胡萝卜素水平及皮肤色素沉积，效果与合成虾青素相当[23]。饲料中分别添加1.0 g/kg合成虾青素、4.4 g/kg雨生红球藻提取物时，可显著提高虹鳟肌肉黄度值和红度值、组织虾青素水平和血清类胡萝卜素水平[40]；真鲷幼鱼饲料中添加的25、50 mg/kg藻源虾青素或合成虾青素可以有效促进虾青素和总类胡萝卜素在组织中沉积，皮肤呈粉红色[41]。与色素沉着相关的代谢通路，如PI3k-Akt、MAPK、Wnt、cAMP和Ras信号通路在增强鱼类的红色中发挥重要作用[37]。藻源虾青素在净表观保留率和组织含量方面略优于合成虾青素，表明藻源虾青素能够比合成虾青素更有效地使虹鳟成鱼着色[22]；哲罗鲑（Hucho taimen）饲料中添加20~40 mg/kg天然虾青素对其肌肉虾青素的提高程度要显著高于100 mg/kg合成虾青素饲料组，且40 mg/kg组显著高于20 mg/kg组[42]，表明为了达到与体内虾青素相应浓度的相同效果，合成虾青素的添加量需要高于雨生红藻粉。然而，虹鳟饲料中添加雨生红球藻源虾青素（40~100 mg/kg）或合成虾青素均可显著提高皮肤和肌肉中总类胡萝卜素水平，使得虾青素沉着，着色效果明显，但藻源虾青素在肌肉中的沉积效率仅为合成虾青素的22%~58%[10,43-44]。藻源虾青素在组织中沉积效率低可归因于：第一，藻类细胞壁坚硬，破碎不完全导致动物对虾青素的消化吸收率低[1,10]，因此藻源虾青素在应用前要考虑利用超微粉碎等加工工艺进行处理；第二，受饲料脂肪含量和脂肪酸组成比例的影响，饲料脂肪水平为24%时，虹鳟对微藻和合成虾青素（含类胡萝卜素100 mg/kg的饲料）的使用程度相同，而饲料脂肪水平为9%时，藻源虾青素的沉积效果要优于合成虾青素[45]；第三，饲料脂肪酸的组成差异会影响鱼类胃肠道对虾青素的吸收以及参与乳糜微粒翻转的分子过程，脂肪源中不同含量的甾烷醇和固醇类会对类胡萝卜素的吸收产生干扰[46-47]。由于目前雨生红球藻的培养难度大、提取成本高等原因导致其产品价格昂贵，因此，在养殖中应该尽可能利用好色素沉积的关键期，建议鱼类上市前短期使用适量的藻源虾青素，实现增色提效。2.2雨生红球藻对繁殖性能的影响饲料中添加3 g/kg雨生红球藻（虾青素含量30 mg/kg）具有改善虹鳟鱼卵质量的潜力[48]；虹鳟卵子虾青素含量、产卵率、受精率和孵化率与饲料中雨生红球藻粉使用量正相关，且天然虾青素在提高卵子质量和繁殖性能方面要优于合成虾青素[49-50]。轮虫（Brachionus plicatilis）通常被用作鱼类幼体的活饵料，但它不含有内源性类胡萝卜素，需通过食物中添加雨生红球藻源虾青素等方法提高轮虫营养成分含量和抗应激力，提高轮虫群体培养的生产力和稳定性，并将其转移给仔稚鱼[51]。饲喂125 mg/L脱脂雨生红球藻粉（DHPM），可使轮虫体内总类胡萝卜素和虾青素水平分别提高4.8倍和9.0倍，有利于提高轮虫的营养品质[52]。饲喂62.5 mg/L DHPM也可促进多刺裸腹水蚤（Moina macrocopa）的生长，其总类胡萝卜素和虾青素含量分别增加1.24倍和1.54倍，提高多刺裸腹水蚤的营养品质，可以作为开口饵料[53]。利用营养强化手段，微藻中的类胡萝卜素可以有效地积累到轮虫和卤虫等无节幼体中，最终会提高仔稚鱼成活率、免疫力和抗逆能力，促进生长发育。2.3雨生红球藻对生长性能的影响七彩神仙鱼饲料中添加6.66~9.99 g/kg（虾青素含量200~300 mg/kg）雨生红球藻可提高其增重率[28]。饲料中添加1.5 g/kg微藻对红魮脂鲤增重效果最好[29]。红白锦鲤饲料中使用5~45 g/kg雨生红球藻可提高其生长率和饲料利用效率，雨生红球藻适宜添加水平为25~35 g/kg[30]。然而，高比例雨生红球藻添加量会导致七彩神仙鱼[28]和血鹦鹉[34]的增重率显著下降，具体原因有待深入研究。还有研究发现，饲料中添加80~160 mg/kg雨生红球藻源虾青素或80 mg/kg合成虾青素对金鱼[25,31]和红魔鬼[32]的生长和成活率无影响。饲料中添加0.4%~0.6%的雨生红球藻可提高花鲈（Lateolabrax maculatus）生长性能[54]。在饲料中添加10%雨生红球藻粉对珍珠龙胆石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus♀×Epinephelus lanceolatu♂）生长无显著影响[55]。卵形鲳鲹（Trachinotus ovatus）饲料中添加10、50 g/kg雨生红球藻粉JNU35可通过提高消化酶活性、摄食量、肠道绒毛长度以及上调生长激素和胰岛素样生长因子显著刺激其生长[56]。大黄鱼饲料中添加雨生红球藻（0.28~1.12 g/100 g）生长性能显著高于合成虾青素组（0.03~0.10 g/100 g）[12]，这是因为雨生红球藻源虾青素大多数以酯的形式存在，极性小，在消化道内的溶解性好，热稳定性和生物利用度更高，更有利于动物体吸收[4,20]。Xie等[57]研究发现，饲料中添加0.1%合成虾青素或0.3%雨生红球藻能够显著提高卵形鲳鲹生长性能和饲料利用率，且二者促生长效果无差异。然而，Zhao等[44]研究发现，合成虾青素对虹鳟生长性能的有益作用比雨生红球藻更明显。对虹鳟[22,40,43]、牙鲆[23]和真鲷[41]的研究发现，饲料中使用合成虾青素或雨生红球藻源虾青素对其成活率、生长和饲料效率无影响。White等[58]研究发现，类胡萝卜素酯化程度对虹鳟生长和饲料利用效率无影响，酯化程度可显著影响类胡萝卜素的血清峰值水平，这可能是由于胃肠道水解的需要。虾青素单酯与双酯的比例随着藻类的生长而降低，因此，建议将收集雨生红球藻生长初期囊孢培养物作为色素来源。相关文献中使用雨生红球藻粉及其产物对鱼类生长性能影响的结果存在差异，这与鱼的性别、种类和生长阶段、藻的品质、加工方式、类胡萝卜素的组成和添加量、类胡萝卜素酯化程度、动物对类胡萝卜素的代谢方式、加工和存储时类胡萝卜素的破坏以及养殖环境等有关。2.4雨生红球藻对机体健康的影响虾青素的极性构型、酯化能力和抗氧化能力高于其他类胡萝卜素，特别是天然虾青素具有共轭双键链、不饱和酮基和羟基的独特的分子结构，导致其抑制单线态氧、清除活性氧自由基和破坏过氧化物的能力更强，从而降低生物膜和脂肪酸的脂质过氧化[13,59,60]。雨生红球藻的抗氧化活性是α-生育酚的100~500倍，是玉米黄质、角黄质、叶黄素和β-胡萝卜素等类胡萝卜素的10~15倍，也被称为超级维生素E[4,60]。研究表明，饲料中添加适量的雨生红球藻粉等产品可提高鱼类机体抗氧化力、免疫力和健康水平，除了虾青素，藻类的其他成分可能参与了免疫增强效应[61]。在饲料中添加藻源虾青素可增强机体抗氧化能力。王磊等[28]对七彩神仙鱼的研究表明，其肝脏还原型谷胱甘肽（GSH）含量和总抗氧化能力（T-AOC）随雨生红球藻使用量的增加而逐渐升高。饲料中雨生红球藻使用量超过15 g/kg可显著提高红白锦鲤肾脏、肝胰脏和血清过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低组织丙二醛（MDA）含量，且添加量为25~35 g/kg时抗氧化能力最强[30]。饲料中添加2‰虾青素可显著提高血鹦鹉鳃丝和肝胰脏的CAT活性[34]。虾青素的强抗氧化性与其细胞膜脂质双分子层的跨膜排列结构有关。在细胞膜中，虾青素的亲水端暴露在水环境中，有助于通过碳氢主链的共轭双键系统促进ROS的去除[62]。此外，其极性末端可能与维生素C等辅助因子接近，维生素C作为自由基清除剂，可以增强虾青素的抗氧化活性[63]。但还有研究发现，饲料中过量添加雨生红球藻源虾青素，抗氧化效果不会进一步提高，这可能是因为虾青素在鱼体内的累积存在自我调控的机制，过量的虾青素会排出体外以维持平衡[30,64]。真鲷饲料中添加25、50 mg/kg酯化的雨生红球藻源虾青素降低了脂肪酸脂质过氧化物水平[41]。花鲈饲料中添加0.4%~0.6%雨生红球藻可提高其肝脏溶菌酶活性、免疫球蛋白含量和T-AOC，降低胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇和MDA含量以及谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、CAT、SOD活性，增强对哈氏弧菌的抵抗力[54]。采用含0.5%雨生红球藻的饲料饲喂黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）10周，可显著提高其血清溶菌酶活性，降低SOD和GPx活性及MDA含量。添加0.5%~1.0%雨生红球藻可有效提高黄颡鱼氨氮胁迫下的存活率[61]。随着饲料中虾青素（0.03~0.10 g/100 g饲料）和雨生红球藻（0.28~1.12 g/100 g饲料）添加量的增加，大黄鱼血液白细胞、血清葡萄糖、TG和TC含量、肝脏CAT、SOD和GSH-Px活性及MDA含量降低，而血清溶菌酶活性和补体含量增加[12]。牙鲆[23]和虹鳟[40]饲料中分别添加0.1、4.4 g/kg雨生红球藻提取物可显著降低血清MDA含量和SOD活性，增强鱼体抗氧化能力，提高抑制羟自由基能力，且与使用合成虾青素的功效一致。而哲罗鲑饲料中添加雨生红球藻源虾青素（20~40 mg/kg）比合成虾青素（100 mg/kg）能更有效地提高机体T-AOC和碱性磷酸酶活性[42]。虹鳟饲料中添加合成虾青素或雨生红球藻源虾青素可激活Nrf2-ARE通路，提高肝脏SOD活性，降低MDA含量，通过激活溶菌酶和补体系统提高非特异性免疫，通过抑制促炎细胞因子（白细胞介素-1β、白细胞介素-8和肿瘤坏死因子-α）的表达发挥抗炎作用，并改善肝脏形态[44]。Zhao等[56]研究发现，饲料中添加10、50 g/kg雨生红球藻粉可通过Nrf2-ARE途径防止氧化应激，从而提高卵形鲳鲹抗氧化酶的活性。补充雨生红球藻粉可通过降低脂质沉积、抑制肝细胞凋亡、上调抗炎细胞因子和下调促炎细胞因子来保护肝功能，通过调节补体4、C型溶菌酶和热休克蛋白70的表达提高非特异性免疫力。饲喂添加合成虾青素和雨生红球藻的日粮，卵形鲳鲹肝脏T-AOC显著提高，而肝脏SOD、GSH和MDA无显著差异。在急性缺氧胁迫条件下，饲料中添加的合成虾青素和雨生红藻，通过激活Nrf2-ARE信号通路增强氧化应激，激活Nrf2通路和拮抗NF-κB通路以缓解炎症反应[57]。虾青素可以降低小鼠肝脏中由D-半乳糖所引起的IL-1β、IL-6、TNF-α等炎症因子的增加速度，改善脂质代谢，缓解氧化应激，保护肝脏[65]。腹腔注射200 mg/kg雨生红球藻破壁孢子粉可通过降低氧化应激和炎性反应减轻糖尿病大鼠的肝肾损伤[66]。有关雨生红球藻粉/提取物对水生动物脂肪代谢、炎症反应等方面的研究尚未见报道，有待于进一步研究。3展望雨生红球藻富含蛋白质、脂类和虾青素等类胡萝卜素，可作为鱼类饲料的蛋白源、增色剂和免疫增强剂等。藻源天然虾青素在生物效价、免疫功能、安全性等方面优于合成虾青素，因此，雨生红球藻的应用前景非常广阔。但是，雨生红球藻的产业化过程中存在生产价格高和规模化培养难等问题。未来的研究应该关注于以下几点，一是雨生红球藻规模化培养中的虫害和杂藻等问题的解决方案，实现量产的目标，降低培养成本；二是优化雨生红球藻源虾青素的提取工艺、纯化方法，提高产品产量和质量稳定性；三是解决饲料制粒和储存过程中类胡萝卜素的降解问题，保证其效用；四是阐明藻源虾青素在水产动物体内的分子代谢机理、适宜添加量和持续应用时间等。