谷氨酰胺二肽在水产动物营养中的应用研究

谷氨酰胺二肽在水产动物营养中的应用研究

摘要：谷氨酰胺二肽作为动物细胞的呼吸燃料和机体大分子物质的合成前体等具有独特而复杂的生理功能，越来越成为营养学、生理学等学科的研究热点。同时，作为一种外源饲料添加剂在动物营养中得到了广泛应用。本文针对谷氨酰胺二肽的理化性质、吸收代谢以及在水产动物营养中的作用效果及机理进行了综述，以期为谷氨酰胺二肽在水产动物营养中的应用奠定理论基础。

关键词：谷氨酰胺二肽；水产动物；营养

谷氨酰胺（Glutamine，Gln）是动物体内一种重要的游离氨基酸，不仅刺激细胞生长和抗体的产生，还是细胞中主要的能量物质（谭文军，2001）；同时，谷氨酰胺在维持机体内环境的酸碱平衡；在促进细胞分化成长和机体创伤修复中扮演重要的作用。传统的营养学将谷氨酰胺划分为非必需氨基酸范畴，认为它可在体内合成，但近年的研究表明，当动物处于应激、病理状态或快速生长时，内源合成的谷氨酰胺不能满足需要，甚至会发生耗竭，此时必需由外源物质补充，这时谷氨酰胺就变成了一种必需氨基酸（Lacey，1990）。NRC（1998）《猪的营养需要》中，谷氨酰胺已被定义为“条件性必需氨基酸”（Conditionallyessential amino acid）。谷氨酰胺由于溶解度低和热不稳定性，在加热的条件下会生成有毒的焦谷氨酸和氨，对动物产生毒害作用，但由谷氨酰胺生成的谷氨酰胺二肽既可避免谷氨酰胺单体的缺点，又具有谷氨酰胺的许多生理作用，因此，谷氨酰胺二肽越来越成为营养学、生理学等学科的研究热点。

1·谷氨酰胺二肽的理化性质

谷氨酰胺二肽是谷氨酰胺和其他氨基酸形成的二肽，目前用于动物试验研究的谷氨酰胺二肽主要有甘氨酰谷氨酰胺（L-glynyl-L-glutamine，Gly-Gln）和丙氨酰谷氨酰胺（L-alany-L-glutamine，Ala-Gln），而丙氨酰谷氨酰胺在水产动物营养实验中应用较为广泛，其产品主要由人工合成，产品纯度可达100％，在水溶液中溶解度高，如在20℃时，甘氨酰谷氨酰胺的溶解度154g/L，丙氨酰谷氨酰胺溶解度为586g/L，（而20℃时谷氨酰胺单体在水中溶解度为35g/L），能耐受高温，常温下2年仍保持稳定。

2·谷氨酰胺二肽在体内的吸收与代谢 2.1在水产动物体内的吸收

试验结果证明，肠道能以完整形式吸收小肽进入循环系统而被组织利用，肠道小肽的吸收是依靠肠黏膜上的肽类转运系统逆浓度梯度进行的（Yi等，2005）。肠黏膜肽类转运系统主要是具有pH值依赖性的非耗能性H＋/Na＋交换转运系统，转运过程依靠H＋向细胞内的电化学质子梯度供能，当缺少H＋时，依靠膜外的底物浓度进行，当存在细胞外H＋浓度高而细胞内H＋浓度低时，则以逆底物浓度的生电共转运进行（Daniel等，1996）。小肽转运蛋白（PepT1）参与二肽、三肽的跨膜转运，由酸性、碱性和亲水性氨基酸组成的小肽都能被PepT1转运。鲫鱼PepT1 mRNA主要在前肠和中肠中表达（熊钢，2009）。对mRNA分析表明，大多数鱼类肠道PepT1 mRNA丰度在前肠中最高，其次为中肠，而在后肠中只有很少量的表达。肠道黏膜吸收谷氨酰胺二肽可能有2种途径：①谷氨酰胺二肽在细胞外

经胞膜二肽酶水解释放出谷氨酰胺，再被肠黏膜吸收；②谷氨酰胺二肽被转运到上皮细胞内，经胞质内二肽酶水解释放出谷氨酰胺。Reeds等（2000）研究结果报道，肠道内H＋浓度梯度促进二肽的转运，而游离谷氨酰胺的转运则依靠Na＋浓度梯度。如果没有H＋浓度梯度，以二肽形式转运入肠上皮细胞胞质内是不可能的。此时，二肽在细胞外被二肽酶水解并释放出谷氨酰胺，Na＋浓度梯度介导游离谷氨酰胺吸收入肠上皮细胞内。谷氨酰胺细胞外水解是由膜二肽酶催化的。Minami等（1992）研究人类小肠如何从谷氨酰胺二肽获得谷氨酰胺时，结果发现，谷氨酰胺的吸收不被Na＋浓度降低而抑制，反而被H＋浓度降低所抑制，因此人小肠黏膜吸收谷氨酰胺主要是以二肽形式而不是以游离谷氨酰胺形式。另有研究结果证明，肠黏膜上皮细胞胞质和胞膜上均有二肽酶，但胞质中活性高于胞膜上。

2.2在水产动物体内的代谢

动物和人体试验结果证明，在体内甘氨酰谷氨酰胺和丙氨酰谷氨酰胺2种二肽很快被分解为氨基酸。大鼠体内甘氨酰谷氨酰胺和丙氨酰谷氨酰胺的半衰期分别约为3.1和0.70min，而人体内分别约为7.4和3.8min，血液中只能检测到少量的二肽，说明谷氨酰胺二肽可被有效利用，从而避免可能因二肽累积对机体产生药理性及生理性损害。

谷氨酰胺二肽在动物机体内能很快进行分解代谢。血浆、肝、肾、肠、脾以及骨骼肌等器官中均含有二肽酶，能分解谷氨酰胺二肽（Minami等，1992）。而水生动物的消化作用主要在肠道进行，同时，在水生动物中营养物质的消化主要是化学

消化，实质上是酶消化（吴垠，2002）。所以，谷氨酰胺二肽在水产动物中主要是被其肠道中二肽酶分解代谢。机体水解二肽的酶主要有氨肽酶和羧肽酶。有研究室发现草鱼氨肽酶mRNA主要表达于肠道中，再次为肝脏。机体大部分谷氨酰胺二肽最后都被肾分解为氨基酸，再被释放入血液中，被其他器官利用。尿中仅能检测到极微量的谷氨酰胺二肽（摄入量1％~2％）和谷氨酰胺（Adibi等，1993）。

血液中谷氨酰胺二肽的代谢可能有3种途径：①在血液循环中水解；②被血管壁膜上的二肽酶水解；③经主动转运或被动扩散，以完整形式进入细胞后再被酶水解。血液中存在水解二肽的酶，可以分解谷氨酰胺二肽，但不是清除谷氨酰胺二肽的主要形式。肝脏和骨骼肌内没有二肽转运系统，二肽的水解主要是通过血管壁膜上的二肽酶在细胞外水解，肝血窦内皮细胞以及骨骼肌血管内皮细胞上都发现存在水解二肽的酶，对谷氨酰胺二肽的清除能起一定的作用。在水产动物中，肾脏中还存在另一类二肽转运载体PepT2，能将二肽以完整形式转运到细胞内，再被水解利用。

3·谷氨酰胺二肽在水产动物营养中的应用 3.1对水产动物生长性能的影响

大量研究结果表明，谷氨酰胺二肽能促进肠道细胞的修复及维持正常的局部免疫功能，而且能不断为水产动物肠黏膜细胞更新提供能量来源和代谢前体，从而能减少外界不利因素造成水产动物生产性能下降，并且能促进水产动物的生长。徐奇友等（2009）在对哲罗鱼仔鱼日粮中分别添加0.125％～1.0％的丙氨酰谷氨酰胺，结果表明，0.5％～1.0％组显著（P<0.05）

或极显著（P<0.01）提高仔鱼增重率和特定生长率；当添加量大于0.125％时，成活率显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）提高。朱青等（2010）在德国镜鲤饲料中分别添加0.25％～1.5％的丙氨酰谷氨酰胺，结果表明，日粮添加0.75％的丙氨酰谷氨酰胺能够显著提高增重率、蛋白质效率、蛋白质沉积率、鱼体粗蛋白质含量及饲料效率（P<0.05），添加丙氨酰谷氨酰胺能促进鱼体蛋白质的沉积和生长。Yan Lin，Zhou Xiao Qiu等（2006）在幼建鲤饲料中分别添加0.4％～2.0％的L-谷氨酰胺，结果表明添加后能显著提高建鲤的生产性能和肠道发育。杨奇慧等（2008）在杂交罗非鱼日粮中添加饲料质量的0.2％～2.0％的L-谷氨酰胺，研究结果显示，饲料中谷氨酰胺添加量从0.2％上升到0.8％，杂交罗非鱼的增重率和特定生长率呈上升趋势，且均高于对照组，但没有显著性差异。这可能是由于罗非鱼吸收外源性的谷氨酰胺，提高了肠道的消化吸收能力而造成的；当添加量为2.0％时，增重率和特定生长率较添加量为0.8％组低，即随着谷氨酰胺添加量的进一步增加，增重率却呈现降低趋势，这表明适量添加外源性的谷氨酰胺可以提高罗非鱼的增重率，但高水平的添加量并不能进一步地促进其生长，这与在建鲤上的研究结果相一致。但一些试验表明，添加1.0％和2.0％晶体谷氨酰胺制粒后饲喂虹鳟显著降低绒毛高度和抗氧化能力，主要原因是晶体谷氨酰胺单体稳定性差，溶解度低，易形成对机体有害的焦谷氨酸和氨，从而降低其对生长性能的促进作用。谷氨酰胺对不同鱼类生长性能影响差异较大的原因还可能是鱼种类不同及不同生长阶段，其消化生理结构存在很大的差异，故对谷氨酰胺的利用能力不同。

3.2对水产动物免疫功能的影响

鱼类是低等的脊椎动物，其特异性免疫机制还很不完善，而且引起鱼病的主要是条件性致病菌而不是特异性致病菌。因此，非特异免疫功能在鱼类的防御中具有非常重要的作用，对鱼类的生长抗病有着很大的影响（钱云霞，2000）。朱青等（2010）在德国幼镜鲤日粮中添加0.25％～1.5％的丙氨酰谷氨酰胺，结果表明，饲料中添加0.75％的丙氨酰谷氨酰胺，可以显著提高镜鲤血清溶菌酶活性（P<0.05），并且当添加量继续增加时其活性不再显著提高；随着丙氨酰谷氨酰胺添加量的增加，血清补体C3、C4水平先显著上升又显著下降（P<0.05），在添加量为0.75％时达到最高（P<0.05），当丙氨酰谷氨酰胺添加量在0.75％～1.5％时，补体C3、C4水平又显著降低（P<0.05），表明，添加丙氨酰谷氨酰胺能提高鱼体非特异性免疫力，从而提高鱼体的抗病力。叶均安等（2009）在日本对虾饲料中添加0.25％～1.0％的丙氨酰谷氨酰胺，结果表明，添加0.5％和1.0％的丙氨酰谷氨酰胺可显著提高日本对虾血清中的溶菌酶活性。杨奇慧等（2008）的研究表明，在杂交罗非鱼日粮中添加0.2％～2.0％的谷氨酰胺，用嗜水气单胞菌分别攻毒48h、72h和96h，谷氨酰胺0.6％～0.8％饲料组罗非鱼的存活率影响显著高于0~0.4％组（P<0.05）；而对攻毒后1h及24h的存活率各添加组间无显著影响（P>0.05）。

3.3对水产动物抗氧化能力的影响

谷氨酰胺是合成体内GSH的重要的前体物质（Harward，1994）。动物机体内GSH和超氧化物歧化酶（SOD）在清除自由基和维持细胞的结构方面具有重要的作用。徐奇友等（2009）

的研究结果发现，添加丙氨酰谷氨酰胺对哲罗鱼仔鱼血清SOD活性显著提高（P<0.05），MDA含量显著（P<0.05），在1.0％水平达到最大值，但0.75％和1.0％组间差异不显著。叶均安等（2009）研究结果报道，添加0.5％和1.0％丙氨酰谷氨酰胺组的日本对虾SOD含量显著（P<0.05）高于对照组。朱青等（2010）在德国幼镜鲤日粮中添加0.5％和0.75％丙氨酰谷氨酰胺能显著提高肠道和肌肉谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）活性，提高血清、肠道及肌肉超氧化物歧化酶（SOD）活性、还原性谷胱甘肽（GSH）水平，显著降低丙二醛（MDA）含量（P<0.05），表明，添加丙氨酰谷氨酰胺能够提高鱼体的抗氧化能力。

3.4对水产动物血清生化指标的影响

朱青等（2010）研究结果表明，在日粮中添加谷氨酰胺及二肽可显著提高杂交鲟幼鱼血清总蛋白和球蛋白含量（P<0.05），在德国幼镜鲤日粮中添加0.25％～1.5％的丙氨酰谷氨酰胺，与对照组相比，各试验组血清总蛋白和球蛋白含量显著升高（P<0.05），添加高剂量丙氨酰谷氨酰胺（1.5％）试验组血清白蛋白显著提高（P<0.05），但血清谷丙转氨酶、谷草转氨酶及碱性磷酸酶活性差异不显著。叶均安等（2009）研究结果显示，，在日本对虾饲料中添加0.25％～1.0％的丙氨酰谷氨酰胺，饲喂谷氨酰胺二肽各组的酚氧化酶PO、酸性磷酸酶ACP含量均显著（P<0.05）高于对照组，添加0.5％和1.0％谷氨酰胺二肽组的碱性磷酸酶ALP含量也显著（P<0.05）高于对照组，添加1.0％谷氨酰胺二肽的总蛋白TP含量显著（P<0.05）高于其他各组。血清总蛋白TP、白蛋白PA、尿素氮UN、胆固醇CHO、酚氧化酶PO、碱性磷酸酶ALP、酸性磷酸酶ACP和乳

酸脱氢酶LDH等各项指标均随谷氨酰胺二肽添加量的提高呈现增加趋势。

4·前景展望

目前，关于谷氨酰胺及二肽的研究在陆生动物上有较为系统、全面的报道，而在水产动物上的应用报道较少。大量的动物试验证明，谷氨酰胺对动物机体生长和免疫机能具有增强作用，虽然谷氨酰胺二肽在水产动物生产中的应用目前还不是很多，但从理论上和在畜禽生产上应用的结果来看，应用谷氨酰胺二肽是安全有效的，与谷氨酰胺的生理作用没有明显的差别，所以无论甘氨酰谷氨酰胺还是丙氨酰谷氨酰胺都可用来代替谷氨酰胺。当前，国内外有关谷氨酰胺二肽在畜禽和水产动物上的研究报道多集中在其作用效果上，而其作用机理尚不清楚，有些报道的作用机理仍然是推测所得，需要进一步研究；尤其要深入到分子水平上研究日粮中添加不同水平的谷氨酰胺二肽对动物生长的影响，进一步研究其作用机理，为进一步推广应用提供理论基础；还可研究与其他氨基酸添加剂配伍使用，使其更有利于提高动物的生产性能；现在谷氨酰胺二肽在水产动物品种中的应用研究还比较少，今后还可加大其对各种水产动物的作用效果及机理的研究，并探索在不同水产动物中的最适添加量；目前还要面临的问题是化学合成法生产的谷氨酰胺二肽产量较低，成本较高，很难满足市场的需要。有人研究用生物工程菌来生产谷氨酰胺二肽，应该是一条很有潜力的途径。以后如果能生产出廉价的饲料级谷氨酰胺二肽，并在水产动物上广泛地应用，将会对水产业产生很好的经济效益。

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