有机铜通过调控微生物群促进凡纳滨对虾健康养殖的机制研究

本研究针对凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)养殖中微量元素铜的利用效率问题，通过比较无机铜(CuSO4·5H2O)与有机铜(Cu-proteinate)对虾体生理健康及微生物群的影响，发现有机铜显著提高铜锌表观消化率(ADC)，增强碳氮同化能力，并塑造更稳定的微生物共现网络。研究为水产饲料开发提供了微生物群视角的新策略。

　　

在全球水产养殖业中，凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)作为最重要的甲壳类养殖品种，其产量占全球甲壳类总产量的50%以上。然而，饲料成本占养殖总成本的过半比例，其中微量元素铜的利用效率直接影响对虾的生长性能、免疫功能和健康状况。传统无机铜添加剂存在易被植物蛋白中抗营养因子螯合、与锌等微量元素产生拮抗等问题，而有机微量元素(OTMs)因其更高的生物利用度和免疫调节功能逐渐受到关注。但有机铜如何通过调控宿主微生物群促进对虾健康，仍是亟待解决的科学问题。

中国海洋大学的研究团队在《Animal Microbiome》发表的研究中，通过8周饲养实验比较了不添加铜(C0)、添加30 mg/kg无机铜(S30)和有机铜(O30)三组饲料对凡纳滨对虾的影响。研究采用16S rRNA基因V3-V4区测序分析肠道、鳃和周围水体的微生物群，结合生理指标测定和共现网络分析，系统阐明了有机铜的微生态调控机制。关键技术包括：表观消化系数(ADC)测定、元素分析仪检测碳氮含量、Illumina NovaSeq平台测序、QIIME2数据分析流程、FAPROTAX功能预测以及基于ggClusterNet包的共现网络构建。

生理指标

有机铜组(O30)表现出全面的生理优势：铜锌ADC分别提高23.7%和15.6%，全虾铜锌积累量增加29.5%和18.3%，碳氮保留率提升22.4%和19.8%。低温(10°C)胁迫存活率显著高于其他组，印证了前期发现的有机铜增强低温耐受性结果。

微生物群结构

肠道核心菌群呈现显著差异：O30组Vibrio(29.5%)、Candidatus_Bacilloplasma和Photobacterium占主导，而C0/S30组则以Thiotrichaceae(43.1%)等水体常见菌为主。有机铜塑造了更复杂的微生物网络，总连接数(8100)比无机铜组高10.7%，平均路径长度(1.27)降低5.9%，自然连接性降幅(67.6%)小于其他组，表明网络稳定性增强。

功能特征

FAPROTAX分析显示O30组碳循环功能丰度提升39.2%，其中发酵功能相对丰度达27.7%；氮循环中硝酸盐还原功能占26.9%。KEGG预测发现O30组肠道ABC转运体、胆汁分泌等通路显著富集，鳃组织cGMP-PKG信号通路活性增强，与营养吸收和应激响应改善一致。

宿主选择效应

微生物α多样性呈现"水源(598 ASVs)>养殖水(530)>鳃(337)>肠道(203)"的梯度规律，共享ASV分析证实鳃作为"生态桥梁"连接水体与肠道菌群。有机铜强化了宿主选择压力，使肠道菌群在网络中占据更核心地位。

方法学创新

研究首次在对虾实验中引入饲料微生物测序，发现Acinetobacter等7个属可能源于饲料污染；通过qPCR定量和decontam包去污染，有效消除试剂和环境DNA干扰，为水产微生物研究建立质量控制新标准。

该研究证实有机铜通过三重机制促进对虾健康：(1)直接提升铜锌生物利用度，缓解微量元素拮抗；(2)塑造以Vibrio-Candidatus_Bacilloplasma-Photobacterium为核心的稳定肠道菌群；(3)增强微生物群的碳氮循环功能。特别值得注意的是，有机铜富集的Butyricoccus、Lactobacillus等产短链脂肪酸菌，以及Ruminococcaceae等胆汁酸代谢菌，可能通过"肠-肝轴"调控能量代谢和免疫稳态。研究为开发基于微生物群调控的水产饲料提供了理论依据，对推动对虾养殖业可持续发展具有重要意义。