BIOSYNTHESIS PATHWAY OF EXTRACELLULAR POLYMERIC SUBSTANCES AND COLONIAL FORMATION OF CYANOBACTERIA UNDERLYING WATER BLOOMS OF MICROCYSTIS
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摘要: 有毒微囊藻水华在太湖、巢湖和滇池等饮用水源地频繁暴发, 对居民健康和水产养殖等构成严重威胁, 亟需开发新技术加以有效控制和利用。在水华暴发时, 蓝藻大量分泌胞外多聚物而形成细胞群体, 是蓝藻水华发生的关键和前提。蓝藻群体中胶质状胞外多聚物由胞外多糖、蛋白质和其他生物大分子组成, 对其结构、功能和生物合成途径研究了解仍然有限。生物信息学和比较基因组学分析发现微囊藻和其他多种蓝藻中编码大量的具有称之为PEP-CTERM结构域的潜在胞外蛋白质, 这些潜在的蛋白质可能通过特殊的分选系统分泌到细胞表面, 与胞外多糖相互作用形成结构更复杂的胞外多聚物, 介导细胞群体的形成和水华发生。亟需建立微囊藻遗传操作技术, 深入揭示胞外多聚物生物合成和群体形成的分子机制, 寻找控制蓝藻胞外多聚物的组装和分泌及群体形成的关键靶点, 将有助于揭示蓝藻水华形成机理及开发新型控藻技术。Abstract: The harmful algal blooms (HABs) of Microcystis have frequently occurred in the drinking water sources such as Lake Taihu, Chaohu, and Dianchi, posing a severe risk to public health and aquaculture. A series of physical, chemical, and biological measures have been performed for controlling Microcystis blooms in recent years. The secretion of extracellular polymeric substances (EPS) are required for cyanobacterial colonial formation, survival and bloom-forming. Little is known about the biosynthesis pathways of EPS and colonial formation. Previously it has been revealed that multiple putative PEP-CTERM domain-containing proteins are encoded in the genome of Microsytis species and many other cyanobacteria. More recently, we have demonstrated that the PEP-CTERM proteins are required for the floc-formation of Zoogloea resiniphila, a proteobacterium isolated from activated sludge. More interestingly, Microcystis and many other cyanobacteria also encoded a subfamily of PEP-CTERM domain, termed cyano-PEP. It is strongly suggested that such the recently found PEP-CTERM/Cyanoexosortase systems might play a central role in the colonial formation of cyanobacteria. It remains elusive whether the quorum sensing (QS) systems are encoded in cyanobacterial genome and whether the QS is involved in the formation of Microcystis blooms. It is urgent to develop the genetic manipulation in Microcystis and other bloom-forming cyanobacteria for identification of relevant genes and mechanisms underlying colonial formation and for development of Microcystis bloom-controlling techniques.
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瘦身养殖就是选择无病、无伤、体质健壮、达到上市规格的池塘精养成鱼放入优质水源中进行一段时间的零饲料养殖, 通过饥饿和运动提高淡水鱼肌肉品质的养殖模式[1]。经过瘦身养殖的商品鱼称之为瘦身鱼, 也称“吊水鱼”“生态鱼”[2]。大量研究表明, 瘦身养殖模式能够提高商品鱼肌肉品质[3—5]。钟金香等[6]发现, 随着饥饿时间延长, 斑点叉尾鮰(Ictalurus punctatus)的肥满度、脏体指数、肝体指数及肌肉中粗脂肪含量呈显著下降趋势, 表明适当的饥饿时间有利于改善商品鱼体态。Zhou等[7]对黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)进行饥饿处理20d后发现其体重、肥满度和腹脂指数均显著下降, 且肌肉中与品质相关的氨基酸含量显著升高, 而与异味相关的醛类、酮类等含量减少。鲁强等[8]发现经过清水池塘吊水养殖后的大口黑鲈(Micropterus salmoides)肌肉硬度和咀嚼性显著提升, 不饱和脂肪酸种类增加, 鲜味氨基酸含量显著增加, 而具有苦味的组氨酸显著下降, 表明暂养处理能够提高鱼肉品质。
草鱼(Ctenopharyngodon idellus)属鲤形目(Cypriniformes)、鲤科(Cyprinidae), 雅罗鱼亚科(Leuciscinae), 草鱼属(Ctenopharyngodon), 是我国四大家鱼之一, 因其饲料来源广、产量高和肉质鲜等优点, 深受我国养殖户和消费者喜爱, 具有较高的经济价值[9]。但传统池塘精养草鱼肉质松散、腥味重, 已不符合当下的消费需求[10]。为解决这一矛盾, 人们开始不断探索提高草鱼肌肉品质的方法。研究发现, 不同养殖模式对草鱼的肌肉品质影响较大。例如, 循环水养殖和种植青草养殖的草鱼肌肉品质均高于传统池塘养殖[11, 12]。Xu等[13]研究发现, 相较于传统池塘养殖, 循环水养殖的草鱼肌肉中天冬氨酸、谷氨酸等鲜味氨基酸含量增加。此外, 有报道表明, 短期禁食能够降低草鱼粗脂肪含量, 增加肌肉弹性及咀嚼性[14, 15]。Lü等[16]将达到商品规格的草鱼运至天然湖泊中进行停食养殖, 研究结果显示, 养殖50d后草鱼肌肉硬度、弹性、黏着性和内聚性等物理特性显著增加, 肌肉中水溶性蛋白和游离氨基酸含量增加, 异味挥发性化合物(如壬醛和己醛)含量显著减少。因此, 短期瘦身养殖一定程度上能够提高草鱼的肌肉品质。
但长期瘦身养殖对草鱼肌肉品质的影响目前研究还较少, 仅曹英楠等[17]、曹涵锦等[18]等对瘦身养殖过程中草鱼肌肉的营养成分、气味特征和质构品质变化进行了研究, 实际生产还需要更多资料以供参考。本研究以草鱼为研究对象, 分析对照鱼和经8个月瘦身养殖后的瘦身鱼的形体数据、质构特性、一般营养成分、氨基酸和脂肪酸等指标, 探讨瘦身养殖对草鱼肌肉品质的影响, 以期为瘦身养殖模式在生产实践的应用提供基础资料。
1. 材料与方法
1.1 样品采集
实验用鱼采集于重庆市江津区瘦身鱼养殖示范场。养殖池塘1000 m2, 水深1.5 m, 池塘边坡使用水泥硬化, 底部为土壤。将购于江津本地, 已达上市规格的草鱼放入池塘中暂养2周。在暂养结束后, 于2022年12月采集对照鱼[体重(1262.67±173.88) g, 体长(40.90±2.05) cm] 12尾, 剩余草鱼在该池塘中进行8个月的瘦身养殖, 养殖期间不投饵, 于2023年8月采集瘦身鱼[体重(1197.33±150.00) g, 体长(42.33±2.05) cm] 12尾。将活鱼充氧带水运输到实验室后进行后续取样工作。
1.2 测定方法
测量体重、体长、内脏团重、肝胰脏重和腹腔脂肪重等形体数据, 计算出肥满度、脏体指数、肝体指数和腹脂指数。形体指标计算公式:
肥满度(Condition factor, CF, g/cm3)=体重/体长3×100
脏体指数(Viscerosomatic index, VSI)=内脏团重/体重×100
肝体指数(Hepatosomatic index, HSI)=肝胰脏重/体重×100
腹脂指数(Intraperitioneal fat index, IPF)=腹腔脂肪重/体重×100
肌肉质构特性使用质构仪(TMS-PRO)进行测定, 质构仪力量感应元最大量程为250 N。取每尾草鱼部两侧相同位置各1块1 cm3左右的正方体肌肉块, 使用TPA全质分析专用探头(直径75 mm圆盘)对草鱼肌肉度、黏附性、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性进行测定, 检测速率为100 mm/min, 触发压力为0.38 N, 形变百分比为30%。另取每尾草鱼背部两侧相同位置各1块1 cm3左右的正方体肌肉块, 使用单刀综合剪切刀头对草鱼肌肉剪切力进行测定, 回程距离30 mm。
将剩余草鱼肌肉去皮去骨后放入样品袋中, 于–20℃冰箱中保存备用。将草鱼肌肉放入组织粉碎机中粉碎并混合均匀后用于后续肌肉异味物质、一般营养成分、氨基酸、脂肪酸等指标的测定。
肌肉土臭素和2-甲基异茨醇参照《生活饮用水臭味物质 土臭素和2-甲基异茨醇检验方法》(GB/T 32470-2016)进行测定。
肌肉一般营养成分、氨基酸、脂肪酸参照《食品安全国家标准》(GB 5009-2016)进行测定, 具体为:
水分参照《食品安全国家标准 食品中水分的测定》(GB 5009.3-2016)的第一法(直接干燥法)进行测定; 粗灰分参照《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》(GB 5009.4-2016)的第一法(食品中总灰分的测定)进行测定; 粗蛋白参照《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》(GB 5009.5-2016)的第一法(凯氏定氮法)进行测定; 粗脂肪参照《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》(GB 5009.6-2016)的第一法(索氏抽提法)进行测定。
氨基酸参照《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》(GB 5009.124-2016)的方法进行测定。
脂肪酸参照《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的含量测定》(GB 5009.168-2016)的第三法(归一化法)进行测定。
1.3 营养价值评价方法
营养价值评价依据联合国粮农组织/世界卫生组织(FAO/WHO)建议的每g氨基酸评分模式[19]和中国疾病预防控制中心提出的鸡蛋蛋白模式[20]进行比较评价。氨基酸评分(Amino acid score, AAS)、化学评分(Chemical score, CS)及必需氨基酸指数(Essential amino acid index, EAAI)计算方式:
$$ \mathrm{AAS=aa/AA}_{ \mathrm{FAO/WHO}}\qquad\qquad\qquad\;\;\; $$ $$ \mathrm{CS=aa/AA}_{ \mathrm{Egg}}\qquad\qquad\qquad\qquad\;\;\;\;\;\;\; $$ $$ \begin{split} & \mathrm{EAAI}=[(100\times \mathrm{a}/\mathrm{ae})\times (100\times \mathrm{b}/\mathrm{be})\times \\ &(100\times \mathrm{c}/\mathrm{ce})\times \dots\dots\times (100\times \mathrm{j}/\mathrm{je})]^{1/n} \end{split} $$ 样品氨基酸含量(mg/g)=[样品中某种氨基酸含量(g/100 g) /样品中粗蛋白含量(g/100 g)]×6.25。
式中, aa表示样品中某种氨基酸含量; AAFAO/WHO表示FAO/WHO标准模式中同种氨基酸含量; AAEgg表示全鸡蛋蛋白质中同种氨基酸含量; a、b、c、……、j为待评价蛋白质中某种必需氨基酸(Essential amino acid, EAA) 含量; ae、be、ce、……、je为全鸡蛋蛋白质中同种必需氨基酸含量; n为必需氨基酸个数。
1.4 统计分析
通过Excel 2019和SPSS 26软件对实验结果进行数据分析, 采用独立样本t-检验(t-Test)对两组进行比较, 统计值以“平均值±标准差”(mean±SD, n=12)表示, P<0.05表示显著差异, P>0.05表示差异不显著。
2. 结果
2.1 瘦身养殖模式对草鱼形体指标的影响
瘦身养殖模式下的草鱼体态更加优美, 腹部线条更加流畅, 肌肉更加紧实。从数据来看(表 1), 瘦身鱼的肥满度、脏体指数、肝体指数及腹脂指数均显著低于对照鱼(P<0.05)。
表 1 瘦身鱼与对照鱼形体指标比较Table 1. Comparison of morphological indices between lean and control fish项目Item 瘦身鱼Lean fish 对照鱼Control fish 肥满度CF (g/cm3) 1.57±0.05b 1.84±0.05a 脏体指数VSI 4.49±0.99b 8.78±0.64a 肝体指数HSI 0.84±0.06b 2.88±0.43a 腹脂指数IPF 0.65±0.19b 2.38±0.71a 注: 同行肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05), 无字母表示差异不显著(P>0.05); 下表同Note: Different lowercase letters in the same row indicate significant differences (P<0.05), and no letter indicates nosignificant differences (P>0.05); The same applies below 2.2 瘦身养殖模式对草鱼肌肉质构特性的影响
由表 2可知, 瘦身鱼肌肉硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性和剪切力均显著高于对照鱼(P<0.05); 瘦身鱼和对照鱼肌肉黏附性和内聚性无显著差异(P>0.05)。
表 2 瘦身鱼与对照鱼肌肉质构特性比较Table 2. Comparison of muscle textural properties between lean and control fish项目Item 瘦身鱼Lean fish 对照鱼Control fish 硬度Hardness (N) 23.81±1.22a 17.60±0.84b 黏附性Adhesiveness (MJ) 0.03±0.00 0.03±0.01 内聚性Cohesiveness (%) 0.59±0.03 0.51±0.04 弹性Springiness (mm) 2.23±0.03a 1.96±0.10b 胶黏性Gumminess (N) 13.96±0.50a 8.98±0.99b 咀嚼性Chewiness (MJ) 31.18±1.40a 17.67±2.76b 剪切力Shearing force (N) 20.01±1.92a 14.18±0.71b 2.3 瘦身养殖模式对草鱼肌肉一般营养成分及异味物质的影响
由表 3可知, 瘦身鱼肌肉中粗脂肪和粗蛋白显著低于对照鱼(P<0.05), 瘦身鱼肌肉灰分与对照鱼无显著差异(P>0.05), 但瘦身鱼肌肉水分显著高于对照鱼(P<0.05)。瘦身鱼和对照鱼肌肉中均未检出土臭素和2-甲基异茨醇。
表 3 瘦身鱼与对照鱼肌肉一般营养成分比较Table 3. Comparison of muscle common nutrient contents between lean and control fish项目
Item瘦身鱼
Lean fish对照鱼
Control fish水分Moisture (g/100 g) 83.46±0.33a 79.01±0.97b 粗脂肪Crude fat (g/100 g) 0.44±0.00b 1.21±0.01a 粗蛋白Crude protein (g/100 g) 15.47±0.25b 18.57±0.23a 粗灰分Ash (g/100 g) 1.23±0.00 1.28±0.03 2.4 瘦身养殖模式对草鱼肌肉氨基酸组成及含量的影响
由表 4可知, 瘦身鱼肌肉中共检测到16种氨基酸, 其中必需氨基酸7种, 对照鱼肌肉中共检测到14种氨基酸, 其中必需氨基酸6种。除苯丙氨酸、甘氨酸和脯氨酸外, 瘦身养殖模式下草鱼肌肉其他氨基酸含量均显著高于对照鱼 (P<0.05)。瘦身鱼肌肉氨基酸总量(TAA)、必需氨基酸总量(TEAA)及鲜味氨基酸总量(TDAA)均显著高于对照鱼(P<0.05)。瘦身鱼肌肉中必需氨基酸总量占非必需氨基酸总量的百分比(TEAA/TNEAA)为87.82%, 必需氨基酸总量占总氨基酸量的百分比(TEAA/TAA)为42.44%; 对照鱼肌肉中必需氨基酸总量占非必需氨基酸总量的百分比(TEAA/TNEAA)为56.91%, 必需氨基酸总量占氨基酸总量的百分比(TEAA/TAA)为34.98%。营养价值评价结果如表 5所示, 瘦身鱼肌肉氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)及必需氨基酸指数(EAAI)均高于对照鱼, 其中瘦身鱼EAAI是对照鱼的2.4倍。
表 4 瘦身鱼与对照鱼肌肉氨基酸组成比较Table 4. Comparison of muscle amino acid composition between lean and control fish氨基酸Amino acid 氨基酸含量
Amino acid content (g/100 g)瘦身鱼
Lean fish对照鱼
Control fish苏氨酸Thr△ 0.79±0.07a 0.50±0.00b 亮氨酸Leu△ 1.57±0.13a 0.47±0.01b 蛋氨酸Met△ 0.46±0.03a 0.00b 缬氨酸Val△ 0.92±0.08a 0.50±0.02b 异亮氨酸Ile△ 1.14±0.10a 0.32±0.00b 苯丙氨酸Phe△ 0.74±0.06 0.50±0.02 赖氨酸Lys△ 1.86±0.16a 0.74±0.01b 组氨酸His◇ 0.54±0.05a 0.31±0.01b 精氨酸Arg◇ 1.10±0.12a 0.00b 天门冬氨酸Asp*■ 1.88±0.14a 1.10±0.05b 丝氨酸Ser* 0.67±0.07a 0.52±0.01b 谷氨酸Glu*■ 3.00±0.34a 1.50±0.08b 甘氨酸Gly*■ 0.89±0.14 0.69±0.01 丙氨酸Ala*■ 0.98±0.10a 0.75±0.01b 酪氨酸Tyr* 0.62±0.05a 0.44±0.01b 脯氨酸Pro* 0.50±0.08 0.38±0.01 鲜味氨基酸总量TDAA 6.75±0.71a 4.04±0.14b 必需氨基酸总量TEAA 7.49±0.64a 3.06±0.05b 半必需氨基酸总量THEAA 1.64±0.18a 0.31±0.01b 非必需氨基酸总量TNEAA 8.55±0.91a 5.38±0.14b 氨基酸总量TAA 17.67±1.721a 8.76±0.17b 必需氨基酸总量占非必需氨基酸
总量的百分比TEAA/TNEAA87.82±1.79a 56.91±1.16b 必需氨基酸总量占氨基酸总量的
百分比TEAA/TAA42.44±0.50a 34.98±0.39b 非必需氨基酸总量占氨基酸总量的
百分比TNEAA/TAA48.34±0.45b 61.47±0.58a 鲜味氨基酸总量占氨基酸总量的
百分比TDAA/TAA38.18±0.34b 46.14±0.73a 注: △必需氨基酸; ◇半必需氨基酸; *非必需氨基酸; ■鲜味氨基酸Note: △essential amino acid; ◇semi-essential amino acid; *non-essential amino acid; ■delicious amino acid 表 5 瘦身鱼与对照鱼肌肉AAS、CS及EAAI比较Table 5. Comparison of muscle AAS, CS, and EAAI between lean and control fish必需氨基酸
Essential amino acidFAO/WHO模式
(mg/g pro)全鸡蛋蛋白质模式
(mg/g pro)瘦身鱼
(mg/g pro)对照鱼
(mg/g pro)氨基酸评分AAS 化学评分CS 瘦身鱼 对照鱼 瘦身鱼 对照鱼 苏氨酸Thr 40.00 54.00 32.04 17.83 0.80 0.45 0.59 0.33 亮氨酸Leu 70.00 86.00 63.44 15.82 0.91 0.23 0.74 0.18 蛋氨酸+半胱氨酸Met+Cys 35.00 57.00 18.59 — 0.53 — 0.33 — 缬氨酸Val 50.00 50.00 37.06 16.86 0.74 0.34 0.74 0.34 异亮氨酸Ile 40.00 54.00 46.19 10.77 1.15 0.27 0.86 0.20 苯丙氨酸+酪氨酸Phe+Tyr 60.00 93.00 55.20 31.67 0.92 0.53 0.59 0.34 赖氨酸Lys 55.00 70.00 75.28 24.90 1.37 0.45 1.08 0.36 必需氨基酸总量ΣEAA 350.00 464.00 327.80 117.78 必需氨基酸指数EAAI 66.54 28.11 2.5 瘦身养殖模式对草鱼肌肉脂肪酸含量的影响
瘦身鱼和对照鱼肌肉脂肪酸组成结果如表 6所示, 在瘦身鱼肌肉中共检测到21种脂肪酸, 其中饱和脂肪酸(SFA) 7种, 单不饱和脂肪酸(MUFA) 5种, 多不饱和脂肪酸(PUFA) 9种; 在对照鱼肌肉中共检测到26种脂肪酸, 其中饱和脂肪酸(SFA) 8种, 单不饱和脂肪酸(MUFA) 8种, 多不饱和脂肪酸(PUFA) 10种。瘦身鱼肌肉中饱和脂肪酸占比和多不饱和脂肪酸占比均显著高于对照鱼(P<0.05), 其中瘦身鱼n-3系多不饱和脂肪酸(n-3 PUFA)占比为13.05%, 是对照鱼的2.5倍。
表 6 瘦身鱼和对照鱼肌肉脂肪酸组成比较Table 6. Comparison of muscle fatty acid composition between lean and control fish脂肪酸Fatty acid 脂肪酸含量 Fatty acid content (%) 瘦身鱼Lean fish 对照鱼Control fish 己酸C6﹕0 0.05±0.01a 0.01±0.00b 十二碳酸C12﹕0 0.00b 0.01±0.00a 肉蔻酸C14﹕0 0.23±0.01b 0.791±0.12a 豆蔻烯酸C14﹕1 0.00b 0.02±0.01a 十五碳酸C15﹕0 0.07±0.00b 0.16±0.00a 棕榈酸C16﹕0 17.89±0.04 17.87±0.37 棕榈一烯酸C16﹕1 0.77±0.09b 3.98±0.59a 十七碳酸C17﹕0 0.18±0.01 0.20±0.04 十七烯酸C17﹕1 0.18±0.02 0.20±0.00 硬脂酸C18﹕0 10.51±0.01a 4.46±0.44b 反油酸 C18﹕1t 0.00b 0.19±0.00a 油酸C18﹕1c 13.72±0.02b 29.73±1.95a 亚油酸C18﹕2n-6c 17.73±0.02b 26.93±0.54a α-亚麻酸C18﹕3n-3 0.94±0.02b 1.97±0.05a γ-亚麻酸C18﹕3n-6 0.14±0.01b 0.41±0.01a 花生酸C20﹕0 0.20±0.01 0.20±0.00 花生一烯酸C20﹕1n-9 0.80±0.03b 1.17±0.06a 花生二烯酸C20﹕2 1.34±0.01 1.22±0.09 花生三烯酸C20﹕3 2.56±0.02a 1.61±0.22b 二十碳三烯酸C20﹕3n-3 0.22±0.00a 0.17±0.01b 花生四烯酸C20﹕4n-6 20.43±0.04a 5.39±1.30b 二十碳五烯酸 C20﹕5n-3 0.95±0.02a 0.33±0.06b 芥酸C22﹕1 0.16±0.02 0.20±0.01 二十二碳二烯酸C22﹕2 0.00b 0.06±0.00a 二十二碳六烯酸 C22﹕6n-3 10.95±0.04a 2.69±0.74b 神经酸C24﹕1 0.00b 0.02±0.00a 饱和脂肪酸SFA 29.12±0.04a 23.69±0.28b 单不饱和脂肪酸MUFA 15.63±0.07b 35.52±2.58a 多不饱和脂肪酸PUFA 55.24±0.05a 40.79±2.50b n-3 PUFA 13.05±0.06a 5.17±0.77b n-6 PUFA 38.29±0.07a 32.74±1.47b 3. 讨论
3.1 瘦身养殖模式对草鱼形体指标的影响
形体指标能够直观反映鱼类的自身营养储备消耗情况及鱼体的肥瘦程度[21—24]。本研究结果显示, 瘦身养殖模式对草鱼的形体指标产生了较大影响, 瘦身鱼肥满度、脏体指数、肝体指数和腹脂指数均显著低于对照鱼, 表明在瘦身养殖模式下, 草鱼内脏储备脂肪被消耗, 外观由肥变瘦, 体态更加优美。
3.2 瘦身养殖模式对草鱼肌肉质构特性的影响
质构分析是通过力学测试方法对食品质地进行量化的一种方式, 能够减少因主观判断差异造成的误差, 具便捷、客观和重复性好的优点[25]。鱼肉的质构特性是评价鱼类肌肉品质的指标之一, 包括硬度、黏附性、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性等[26]。有报道表明, 硬度和弹性是反映肌肉质构特性的主要因素[25]。硬度越大, 表明肌肉纤维直径小且排列更紧密; 弹性越大, 表明肌肉中肌动蛋白、肌球蛋白及弹性蛋白的含量越高[27]。胶黏性和咀嚼性都是与硬度及弹性有关的特性[28]。本研究中瘦身鱼肌肉硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性均显著高于对照鱼, 表明瘦身鱼肌肉的肉质更硬, 弹性更好, 口感更佳, 这与曹锦涵等[18]的研究结果一致。剪切力是指在特定条件下, 剪断肌肉所需的力量, 与肌肉组织结构、脂肪含量等有关[29]。剪切力与肌肉中脂肪含量存在一定的负相关关系, 这与本研究结果相符[30]。一般来说, 剪切力越大, 肌肉就越紧实[31]。本研究中瘦身鱼肌肉剪切力显著高于对照鱼, 进一步表明瘦身养殖模式下的草鱼肌肉更加紧实。
3.3 瘦身养殖模式对草鱼肌肉一般营养成分及异味物质的影响
肌肉中的一般营养成分含量在一定程度上能够体现鱼类的营养价值[32]。本研究发现, 瘦身鱼肌肉中粗脂肪和粗蛋白含量均显著低于对照鱼, 推测在瘦身养殖模式下, 草鱼能量消耗大, 体内脂肪被逐渐分解消耗, 在长时间饥饿状态下一部分蛋白质被用于能量供应[1, 33]。灰分是肌肉经高温灼烧后的无机物总含量, 本研究中瘦身鱼和对照鱼肌肉粗灰分无显著差异, 表明瘦身养殖模式对草鱼肌肉中矿物质和微量元素的含量影响较小。瘦身鱼肌肉中水分显著高于对照鱼, 这与柳敏海等[33]、朱占英等[34]的研究结果相似, 推测与饥饿效应有关[35]。鱼肉的土腥味主要来自其中的土臭素(Compounds geosmin, GSM)和2-甲基异茨醇(2-methylisoborneol, 2-MIB), 这两个物质在鱼体中的积累与养殖水体中一些藻类及放线菌的次级代谢产物的释放有关[36]。本研究中瘦身鱼和对照鱼肌肉中均未检测到二甲基异茨醇和土臭素, 表明在瘦身养殖过程中这两种异味物质均未在草鱼肌肉中积累, 间接说明该养殖场水质较优。
3.4 瘦身养殖模式对草鱼肌肉氨基酸组成及含量的影响
鱼肉中氨基酸的含量及组成是评价其营养价值和风味的重要指标之一[37, 38]。由于必需氨基酸无法在人体内合成, 只能从食物中获取, 因此食物中必需氨基酸含量的高低可作为判断其营养价值高低的依据之一[39]。本研究发现, 瘦身鱼肌肉中必需氨基酸种类及含量比对照鱼更丰富, 必需氨基酸总量(TEAA)是对照鱼的2.4倍, 表明瘦身养殖模式下的草鱼营养更丰富。本研究中瘦身鱼肌肉TEAA/TAA为42.44%, TEAA/TNEAA为87.82%, 而对照鱼肌肉TEAA/TAA为34.98%, TEAA/TNEAA为56.91%, 结果显示瘦身养殖模式下的草鱼更符合FAO/WHO建议的优质蛋白质模式(TEAA/TAA应为40%左右, TEAA/TNEAA比值应该大于0.6)。必需氨基酸指数(EAAI)越高代表氨基酸组成更平衡, 蛋白质质量更高, 本研究中瘦身鱼肌肉EAAI为对照鱼的2.4倍, 表明瘦身养殖模式下的草鱼肌肉品质更好。本研究发现, 瘦身鱼肌肉中的氨基酸种类比对照鱼多2种, 分别为蛋氨酸和精氨酸, 表明瘦身养殖模式下的草鱼氨基酸组成更丰富。鲜味氨基酸包括天冬门氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸, 是鱼肉鲜味的主要来源, 本研究发现瘦身鱼肌肉中鲜味氨基酸总量显著高于对照鱼, 表明瘦身养殖模式下的草鱼味道更加鲜美[40]。此外, 本研究发现谷氨酸是检测到的所有氨基酸中含量最高的。谷氨酸不仅是4种鲜味氨基酸中鲜味最强的氨基酸, 还参与多种生命活动[41, 42]。因此, 瘦身养殖模式下草鱼肌肉的氨基酸组成更平衡, 品质更好, 风味更佳。
3.5 瘦身养殖模式对草鱼肌肉脂肪酸含量的影响
脂肪酸含量及组成是影响鱼类营养价值和风味的重要因素[43]。本研究结果显示, 瘦身鱼肌肉中饱和脂肪酸(SFA)所占总脂肪酸含量的百分比要显著高于对照鱼, 主要原因是瘦身鱼肌肉中硬脂酸含量较高, 这与对斑点叉尾鮰(Ictalurus punctatus)[6]、大口黑鲈(Micropterus salmoides)[8]和淡水石首鱼(Aplodinotus grunniens)[44]等的研究结果相似, 推测原因是硬脂酸在草鱼饥饿过程中因鱼体代谢速率下降而得到积累。油酸是硬脂酸代谢产物, 瘦身鱼肌肉中油酸含量低于对照鱼从侧面印证了这一猜想。另外, 油酸与花生四烯酸之间存在负反馈调节, 降低油酸供应有利于增加肌肉中花生四烯酸含量, 这与本研究结果相符[45]。多不饱和脂肪酸(PUFA)具有调节免疫, 促进生长发育等功能, 对维持人体健康具有重要意义[46]。PUFA不仅是机体生长发育必需的营养物质, 还可以显著提高肉质香味[47]。根据双键位置和功能不同, 可将PUFA分为 n-3系和n-6系[48]。鱼肉是n-3 PUFA重要食物来源, 研究表明, n-3 PUFA具有抗氧化作用, 能够减少内皮细胞和心肌细胞的损伤和死亡, 在膳食中补充n-3 PUFA有利于保护心血管系统, 降低血液中甘油三酯水平[49]。二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)是n-3 PUFA中重要的两种脂肪酸。研究表明, 膳食补充EPA和DHA能够降低血清脂多糖、促进大脑神经发育、减少机体炎症因子等[50, 51]。 因此, DHA和EPA也可作为衡量肌肉脂肪酸品质的指标。本研究结果显示, 瘦身鱼肌肉中PUFA、n-3 PUFA、EPA和DHA占总脂肪酸的百分比均显著高于对照鱼, 表明瘦身鱼具有更高的食用价值, 瘦身养殖模式能够有效提高草鱼的营养价值。
综上所述, 瘦身养殖能够改善池塘精养草鱼体态, 提升肌肉口感, 降低鱼体内脂肪含量, 提高肌肉中必需氨基酸含量和不饱和脂肪酸比例, 从而使草鱼肌肉营养更均衡, 风味更佳, 品质更好。
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表 1 水华蓝藻铜绿微囊藻和菌胶团形成菌喜树脂动胶菌胞外多聚生物合成与蓝藻群体/细菌菌胶团形成相关基因比较
Table 1 Comparison of between bloom-forming cyanobacterium Microcystis aeruginosa NIES-842 and floc-forming proteobacterium Zoogloea resiniphila MMB strain
胞外多聚生物合成与蓝藻群体/细菌菌胶团形成相关基因Extracellular polymeric substance biosynthesis and colony/floc-formation genes 喜树脂动胶菌(菌胶团形成细菌)Zoogloea resiniphila MMB 铜绿微囊藻(水华蓝藻)Microcystis aeruginosa NIES-842 胞外多糖合成与分泌相关基因 以大型基因簇形式集中分布于染色体上 以多个小型基因簇形式散布于染色体上 编码含有PEP-CTERM结构域的蛋白质基因 约20个 33个 调节PEP-CTERM基因转录的PrsK-PrsR二组分系统 有 无 介导PEP-CTERM基因转录的Sigma54因子(RpoN) 有 无 群体感应 未知 未知 
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