摘要
肠道菌群在动物的营养代谢和免疫功能中发挥了重要作用。为探究种草养虾和稻田养虾两种模式对罗氏沼虾肠道菌群和肌肉风味的影响,以相同养殖周期不同养殖区域的种草养殖(种草组)和稻田养殖(稻田组)的罗氏沼虾为对象,对其肠道内容物的肠道菌群结构、肌肉氨基酸以及其肌肉中微量元素的含量进行了测定。首先,在虾肠道菌群的门级分类表明:厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和软壁菌门(Tenericutes)是两种模式下均有的优势菌门(相对丰度>5%),此外,蓝藻细菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是种草组的特异优势菌门;在属级分类方面:乳球菌属(Lactococcus)、肠杆菌属(Enterobacter)和Candidatus_Hepatoplasma为两者的优势菌属。其次在菌群的多样性分析方面:稻田组的肠道菌群OTUs显著高于种草组,表明稻田养殖模式下罗氏沼虾肠道菌群物种多样性高;对肠道菌群功能的预测亦发现,两种养殖模式下罗氏沼虾肠道菌群的功能都聚集于新陈代谢调控通路上。最后,在营养成分含量分析和肌肉风味评估中证明:两者的鲜味氨基酸和甜味氨基酸总含量并无显著差异,但稻田组肌肉中丝氨酸、甘氨酸和精氨酸均显著高于种草组;稻田养殖模式下罗氏沼虾肌肉中的铁元素含量显著高于种草组,而铜、锌元素含量显著低于种草组;其他矿物质元素含量无显著差异。总之,稻田养殖模式下罗氏沼虾的肌肉风味更佳且肠道菌群多样性丰富,本研究的结果可为罗氏沼虾不同健康养殖模式提供技术参考和技术指导。
罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii),又称马来西亚大虾、淡水长臂虾,隶属甲壳纲(Crustacea)十足目(Decapoda)长臂虾科(Palaemonidae)沼虾属(Macrobrachium),自1976年引入我国后,经过40余年的发展,罗氏沼虾现已成为我国重要的淡水养殖品
在水产养殖业中,不同养殖模式之间除了产量、养殖环境和日常管理存在差别之外,其水产品肠道菌群结构亦存在差异。如赵柳兰
而在不同养殖模式下,水生动物肌肉营养成分和肌肉风味同样存在异同。如克氏原螯虾(Procambarus clarkia)在池塘养殖和稻田两种养殖模式下发现:稻田养殖模式下虾肌肉的谷氨酸、丙氨酸高于池塘养殖的,并且其鲜味氨基酸和甜味氨基酸也具有同样的趋势,该研究证明水产动物肌肉的营养成分及其风味与养殖模式存在相关
目前,有关不同养殖模式下罗氏沼虾肠道菌群结构仅见董学兴
实验对象为种草池塘和稻田两种养殖模式下的罗氏沼虾成虾。种草池塘养殖点在肇庆,分别为肇庆1和肇庆2(缩写为ZQ1、ZQ2),其养殖基本情况:池塘中种植轮叶黑藻,养殖面积约为2 700
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图1 采样点示意图
Fig.1 Schematic diagram of sampling sites
通过粪便DNA提取试剂盒(广州美基生物科技有限公司)提取肠道组织的微生物总DNA(4组养殖点样品,每组3个生物学重复),经NanoDrop微量分光光度计(赛默飞世尔科技,上海)检测DNA质量合格后,用带有barcode的特异引物扩增16S rDNA的V3~V4高变区。选取的引物序列为341F(CCTACGGGNGGCWGCAG)和806R(GGACTACHVGGGTATCTAAT)。经过第一轮PCR扩增利用AMPure XP Beads进行PCR产物纯化,纯化后用Qubit 3.0定量。然后进行第二轮扩增,扩增结束后仍使用AMPure XP Beads对第二轮扩增产物进行纯化,用ABI StepOnePlus Real-Time PCR System(Life Technologies,美国)进行定量,根据Novaseq 6000的PE250模式pooling上机测序。16S rDNA高通量测序工作由广州基迪奥生物技术有限公司完成。
肌肉游离氨基酸测定参考GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》的方法,不同养殖模式下罗氏沼虾肌肉中氨基酸测定内容(4组养殖点样品,每组3个生物学重复):天冬氨酸Asp、苏氨酸Thr、丝氨酸Ser、谷氨酸Glu、脯氨酸Pro、甘氨酸Gly、丙氨酸Ala、缬氨酸Val、蛋氨酸Met、异亮氨酸Ile、亮氨酸Leu、酪氨酸Tyr、苯丙氨酸Phe、赖氨酸Lys、组氨酸His、精氨酸Arg、色氨酸Trp、胱氨酸Cys_Cys等18种。采用火焰原子吸收光谱法测定铁(GB 5009.90—2016)、铜(GB 5009.13—2017)、锌(GB 5009.14—2017)、锰(GB 5009.242—2017)4种矿物质元素;使用氢化物原子荧光光谱法测定硒(GB 5009.93—2017)元素含量。肌肉游离氨基酸以及微量元素含量测定(共测定12个样本)具体操作由广东省食品工业研究所有限公司完成。
根据OTUs(Operational Taxonomic Units)获取相应的物种信息和丰度分布,同时计算分析α多样性(QIIME软件,University of Colorado at Boulder,USA)和β多样性(R Vegan package,https://github.com/vegandevs/vegan),得到样本物种丰富度和均匀度信息,以及不同样本或类群之间的OTUs信息,并在GraphPad Prism v9.0.2(GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA)中绘图。另外,再利用OTUs数据进行多重序列比对,进一步得到样本和群体之间的群落结构差异,并绘制PCoA降维图。使用IBM SPSS Statistics 26.0(International Business Machines Corporation,USA)对α多样性的计算结果进行非参数检验,采用曼·惠特尼U检验方法分析差异显著性;使用IBM SPSS Statistics 26.0对肠道菌群相对丰度、肌肉氨基酸含量以及微量元素含量进行独立样本t检验并分析差异显著性。试验结果用平均值±标准差(Mean ± SD)表示,P < 0.05表示差异显著。
利用非参数检验分析两种养殖模式下罗氏沼虾的肠道菌群α多样性,结果见
指数名称 Index name | 组别Group | |
---|---|---|
种草 ZC | 稻田 DT | |
Shannon | 3.81 ± 1.12 | 3.37 ± 1.35 |
Simpson | 0.82 ± 0.08 | 0.71 ± 0.196 |
Chao | 982.24 ± 313.69 | 916.74 ± 394.77 |
Aace | 1 034.23 ± 323.80 | 941.13 ± 384.29 |
Goods_coverage | 0.997 ± 0.001 |
0.998 ± 0.000 |
Pielou | 0.39 ± 0.09 | 0.35 ± 0.12 |
Pd | 138.95 ± 33.59 | 120.06 ± 40.16 |
注: *代表差异显著(P<0.05)。
Notes: * represents significant differences (P<0.05).
β多样性分析和PCoA分析结果如
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图2 两种养殖模式下的罗氏沼虾肠道菌群OTU水平PCoA分析(n=12)
Fig.2 Horizontal PCoA analysis of OTUs in the intestinal microbiota of M. rosenbergii under two aquaculture modes
对不同养殖模式罗氏沼虾肠道菌群数据进行高通量测序及处理后共获得肠道菌群为1 962个OTUs(如

图3 两种养殖模式下罗氏沼虾肠道菌群OTU组成韦恩图
Fig.3 Venn diagram depicting the composition of OTUs in the intestinal microbiota of M. rosenbergii under two aquaculture modes
不同养殖模式罗氏沼虾肠道菌门组成共检测出18种菌门,其相对丰度排名前十的菌门比较结果如
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图4 两种养殖模式下罗氏沼虾肠道菌群门水平结构特征
Fig.4 Horizontal structural characteristics of the intestinal microbiota at the phylum level in M. rosenbergii under two aquaculture modes
肠道菌群的属级分类结果:两种养殖模式罗氏沼虾肠道菌群中共检测到113种菌属,其中肠道菌群中丰度排名前十的菌属如
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图5 两种养殖模式下罗氏沼虾肠道菌群属水平结构特征
Fig.5 Horizontal structural characteristics of the intestinal microbiota at the genus level in M. rosenbergii under two aquaculture modes
通过Tax4Fun针对16S序列的SILVA注释进行KEGG功能预测,相对丰度排名前十的功能表现如
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图6 两种养殖模式下罗氏沼虾肠道菌群KEGG功能预测
Fig.6 KEGG functional prediction of the intestinal microbiota in M. rosenbergii under two aquaculture modes
氨基酸检测结果如
分类 Classification | 名称 Name | 阈值Threshold/ (mg/100 mL) | 种草 ZC | 稻田 DT | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
含量Content/ (g/100 g) | 滋味活性值(TAV) Taste active value | 占比 Percentage/% | 含量 Content/ (g/100 g) | 滋味活性值(TAV) Taste active value | 占比 Percentage/% | ||||
鲜味氨基酸Umami amino acid | 天冬氨酸Asp | 100 | 1.93 ± 0.12 | 19.28 | 10.76 | 2.03 ± 0.07 | 20.30 | 10.75 | |
谷氨酸Glu | 30 | 2.91 ± 0.12 | 97.08 | 16.26 | 3.08 ± 0.08 | 102.58 | 16.30 | ||
甜味氨基酸Sweetish amino acid | 苏氨酸Thr | 260 | 0.71 ± 0.04 | 2.74 | 3.98 | 0.75 ± 0.01 | 2.87 | 3.95 | |
丝氨酸Ser | 150 | 0.70 ± 0.04 | 4.63 | 3.88 |
0.76 ± 0.0 | 5.07 | 4.03 | ||
甘氨酸Gly | 130 | 0.96 ± 0.03 | 7.38 | 5.36 |
1.04 ± 0.0 | 7.96 | 5.48 | ||
丙氨酸Ala | 60 | 1.09 ± 0.02 | 18.10 | 6.09 | 1.10 ± 0.04 | 18.38 | 5.84 | ||
苦味氨基酸Bitter amino acid | 缬氨酸Val | 40 | 0.82 ± 0.05 | 20.56 | 4.59 | 0.86 ± 0.02 | 21.44 | 4.54 | |
异亮氨酸Ile | 90 | 0.87 ± 0.04 | 9.64 | 4.84 | 0.89 ± 0.04 | 9.86 | 4.70 | ||
亮氨酸Leu | 190 | 1.44 ± 0.07 | 7.56 | 8.03 | 1.50 ± 0.04 | 7.87 | 7.92 | ||
苯丙氨酸Phe | 90 | 0.74 ± 0.04 | 8.25 | 4.15 | 0.78 ± 0.02 | 8.67 | 4.13 | ||
甲硫氨酸Met | 30 | 0.43 ± 0.03 | 14.52 | 2.39 | 0.46 ± 0.01 | 15.42 | 2.45 | ||
组氨酸His | 20 | 0.45 ± 0.02 | 22.25 | 2.48 | 0.47 ± 0.01 | 23.38 | 2.48 | ||
酪氨酸Tyr | — | 0.62 ± 0.05 | — | 3.45 | 0.69 ± 0.02 | — | 3.63 | ||
精氨酸Arg | 50 | 1.82 ± 0.05 | 36.40 | 10.16 |
1.95 ± 0.0 | 39.05 | 10.34 | ||
其他氨基酸 Other amino acid | 脯氨酸Pro | — | 0.66 ± 0.04 | — | 3.69 |
0.73±0.0 | — | 3.86 | |
赖氨酸Lys | — | 1.78±0.1 | — | 9.94 | 1.82±0.09 | — | 9.63 | ||
色氨酸Trp | — | 0.16±0.02 | — | 0.89 |
0.21±0.0 | — | 1.11 | ||
胱氨酸Cys | — | 0.44±0.04 | — | 2.46 | 0.47±0.01 | — | 2.49 | ||
合计 Total | 鲜味氨基酸总量TUAA | 4.84 ± 0.24 | 27.02 | 5.11 ± 0.15 | 27.05 | ||||
甜味氨基酸总量TSAA | 3.46 ± 0.11 | 19.30 | 3.64 ± 0.11 | 19.29 | |||||
苦味氨基酸总量TBAA | 7.18 ± 0.35 | 40.11 | 7.59 ± 0.15 | 40.19 | |||||
其他氨基酸 TOAA | 3.04 ± 0.16 | 13.57 | 3.23 ± 0.06 | 13.47 | |||||
游离氨基酸总量TFAA | 17.91 ± 0.81 | 100.00 | 18.90 ± 0.48 | 100.00 |
注: *代表差异显著(P<0.05),**表示差异极显著(P<0.01)。
Notes: * means the difference is significant (P<0.05) and ** means the difference is highly significant (P<0.01).
两种养殖模式下罗氏沼虾肌肉中五种微量元素(铁、铜、锌、锰、硒)的含量见
名称Name | 组别Group | |
---|---|---|
种草 ZC/(mg/kg) | 稻田 DT/(mg/kg) | |
铁Fe | 6.15 ± 1.75 |
18.15 ± 16.6 |
铜Cu |
8.57 ± 1.5 | 5.72 ± 1.59 |
锌Zn |
17.80 ± 1.7 | 15.28 ± 0.80 |
锰Mn | 1.46 ± 0.62 | 1.63 ± 1.09 |
硒Se | 0.22 ± 0.02 | 0.15 ± 0.06 |
注: 值为5种元素含量的平均值±SD。*代表差异显著(P<0.05)。
Notes: Values are Means±SD of the content of the five elements. * represents significant differences (P<0.05).
基于不同地点下罗氏沼虾肌肉中5种微量元素含量(铁、铜、锌、锰、硒)见
名称Name | 组别Group | |||
---|---|---|---|---|
肇庆1(ZQ1) | 肇庆2(ZQ2) | 南沙(NS) | 梅州(MZ) | |
铁Fe |
4.65±0.2 |
7.65±0.3 |
3.75±0.0 |
32.55±1.0 |
铜Cu |
7.21±0.2 |
9.94±0.0 |
4.35±0.1 |
7.10±0.0 |
锌Zn |
16.35±0.4 |
19.25±0.0 |
15.9±0.5 |
14.65±0.2 |
锰Mn |
0.92±0.0 |
2.00±0.0 |
0.69±0.0 |
2.58±0.1 |
硒Se | 0.21±0.01 | 0.24±0.01 | 0.21±0.00 | 0.10±0.00 |
注: 值为5种元素含量的平均值±SD。同一列不同字母表示差异有统计学意义(P<0.05)。
Notes: Values are Means±SD of the content of the five elements. Different letters in the same column indicate statistically significant differences (P<0.05).
肠道菌群作为一种处于动态变化且成分多样的微生物群落,对宿主的营养代谢、肠道健康以及免疫调节均起到十分关键的调控作
对于传统养殖模式和立体种养养殖的暗纹东方鲀(Takifugu obscurus)而言,养殖模式不仅会影响肠道菌群中优势菌门和优势菌属的表现,还会影响两者的相对丰
游离氨基酸中的呈味氨基酸是影响水产品肌肉风味的重要指标,不同呈味氨基酸对产品口感的贡献大小常用滋味活性(Taste activity value, TAV)来表示。当TAV大于1时,则说明所对应氨基酸对测试产品的口味有显著影
众所周知,矿物质微量元素无法在人体内合成,但在参与维持人体正常的生命活动中发挥了关键作
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