刘兴旺丨 广州飞禧特生物科技有限公司
1. 鱼类体色形成的生理机制
鱼类有4种色素细胞，分别为黑色素细胞、黄色素细胞、红色素细胞和鸟粪素细胞（又称为虹彩细胞或白色素细胞）。黑色素细胞内含有黑色颗粒；黄色素细胞与红色素细胞在原生质中含有红色及黄色内含物；虹彩细胞本身不含有色素，是一种由鸟嘌呤（即鸟粪素）不透明结构晶体所构成的细胞，形成特别的反射组织，对鱼类体色形成起作用。所有这些色素细胞均分布在鱼类真皮（鳞片）中。一方面，鱼类体色与相关色素细胞数目有关。其次，每个色素细胞都有薄而富有弹性的细胞膜，上面附有肌纤维和神经末梢。由于肌纤维的伸缩，可以使细胞缩小或扩大成盘状体，在不同的细胞形态及不同色素细胞的比例条件下，鱼类的体色也会呈现不同。对体色比较简单的鲤科鱼类来说，一般色素细胞分散使呈黑色，集结时体表颜色变浅。再次，色素细胞内的色素种类和数量决定鱼类的体色，在鱼类色素细胞中起作用的化合物归纳只有类胡萝卜素、吲哚类（黑色素）、黄色素、四吡咯类以及蝶呤（黄色）和嘌呤（白色）集团几种。此外，鱼类中可能还含有胆绿素（胆汁色素群），眼色素（α-萘醌系色素群）等。这些色素成为鱼类体色的原色，其他颜色是两种或几种原色配合而成的。最后，虹彩细胞的多寡、分布及形态也对鱼类体色形成也有重要作用。
2. 影响鱼类体色的主要因素
2.1 鱼类体色的生理调控
鱼类体色特别是黑色素细胞的发育和变化受内分泌与神经系统的调控。鱼类色素胞神经（又称黑色素胞神经或黑色素凝集神经）支配非常发达，其单独或与体液性支配共同的作用，可使体色发生迅速的变化。据观察，在色素胞膜形成有许多的突触，递质为去甲肾上腺素，突触后膜的受体为肾上腺素性α受体。黄色素细胞、红色素细胞和白色素细胞也接受神经支配。Fujii和Oshilma（1986）研究发现，释放儿茶酚胺的神经原控制脑垂体分泌促黑激素（MSH）。MSH亦称中叶激素，在哺乳动物中已经研究的比较清楚，分为α-MSH和β-MSH两种。若将变温动物脑垂体摘除，由于MSH的消失，将致使黑色素胞中的黑色素颗粒凝聚，结果身体的颜色变白。即MSH对黑色素合成起着刺激作用。黑色素在黑色素细胞内的合成分三步：酪氨酸先氧化成二羟苯丙氨酸（DOPA），后者生成多巴奎宁，多巴奎宁在酪氨酸酶的作用下聚合成黑色素。因此，酪氨酸酶是黑色素形成的关键酶。有证据显示肾上腺素、去肾上腺素和多巴胺等儿茶酚胺与儿茶酚胺-O-甲基转移酶和酪氨酸酶活性紧密相关。一般来说，体色较深的鱼类背面酪氨酸酶含量和活性较高，而腹部较低（王吉桥等，2002）。此外，交感神经末梢和肾上腺髓质分泌的去甲肾上腺素-肾上腺素使黑色素浓集，松果体分泌的褪黑激素也使黑色素浓集，而副交感神经末梢和后腺垂体分泌的促黑激素使黑色素散布。
因此，以黑色体色为主的养殖鱼类体色变浅发白的原因主要是黑色素细胞特征及黑色素体的相关变化，主要可能有以下几种情况：一是鱼在应激或浅色环境条件下出现应激反应，从而导致黑色素体聚集而不是在黑色细胞中分布；二是黑色素生物合成产生障碍，导致表皮色素细胞黑色素产生量不足；三是黑色素细胞的分化、增殖或生长出现问题，原有细胞凋亡，新生细胞增殖速度慢导致成熟黑色素细胞的减少。色素细胞与其他细胞重要的不同之处在于，新的色素细胞不是来源于细胞分裂增殖，而是由神精嵴细胞（neural crest，一种多能干细胞）迁移到皮肤、眼睛等处，分化成前色素细胞，再由前色素细胞分化形成黑色素细胞、黄色素细胞等色素细胞。因此，一个成熟的色素细胞的产生需要经历很多的生理环节，而在每一个生理环节出现不正常的情况就会影响新的色素的细胞分化、成熟，进而对鱼体体色产生较大的影响。此外，有研究发现鲆鲽鱼类体色异常与光照有关，通过紫外照射或增加光照强度能够减少牙鲆发育过程中的体色异常（Denson，1997）；网箱养殖的鱼类也可能因紫外线照射强烈导致黑色素过度沉积。这些现象可能都与光照的神经与内分泌调控有关。另外，苯二酚、苦参、龙眼等植物提取物被发现具有酪氨酸酶抑制剂的作用，谷胱甘肽被认为能够在体内与铜离子结合，从而抑制酪氨酸酶活性，汞等重金属被认为具有催化酪氨酸酶抑制剂的作用，这些均可能是鱼类黑色异常的诱导原因，值得进一步研究分析。
2.2 鱼类体色的营养因素
有关鲆鲽类育苗白化现象的研究发现摄食天然饵料的牙鲆白化率最低，从而揭示鱼类体色异常与营养摄入紧密相关。大量研究表明n-3高不饱和脂肪酸及其比例、维生素A、维生素E和磷脂等是促进黑色素细胞发育从而预防鲆鲽鱼类白化的重要营养因素。此外，有研究显示铜离子是提高酪氨酸酶活性的重要金属离子，铜离子摄入量的不足或过度流失可能导致鱼类体内黑色素合成受阻。而维生素C能够阻止黑色素合成过程中间产物多巴的进一步氧化，从而影响黑色素的合成。
除黑色素外，其他色素颗粒只能够在动物体内转化和代谢，但不能在体内合成，因此必须从饲料中摄取。这些色素以类胡萝卜素为主。鱼类摄入的类胡萝卜素除一部分转化为维生素A及正常分解代谢外，其余部分则沉积于鱼体性腺、肌肉及体表等处,改变鱼体肌质及体色,促进鱼体性腺发育。例如对真鲷表皮的研究发现其中类胡萝卜素虾青素占60%、金枪鱼黄质占20%、黄体素占15%、玉米黄质占4%、α-胡萝卜素和角红素分别占2-4%。饲料中类胡萝卜素一般以棕油酸二酯的形式存在，经动物消化后以自由态的形式吸收。不同的鱼虾种类体内起主要呈色作用的类胡萝卜素种类不同，如金鱼主要为黄体素、虾青素，太阳鱼主要为黄体素。不同水产动物对类胡萝卜素的代谢能力也不同，一般认为可分为三类：第1类为红鲤型，如金鱼、红鲤和锦鲤等，可将玉米黄素转化成虾青素（Hata，1972）；第2类为大虾型，包括几乎所有甲壳类，可将β-胡萝卜素、黄体素和玉米黄质转化为虾青素；第3类为鲷鱼型，包括鲑鳟鱼和鲷鱼等，它们不能将上述类胡萝卜素转化成虾青素，但可直接贮存于体内。到目前为止，我国允许使用的饲料着色剂包括辣椒红、β-阿朴-8'-胡萝卜素醛，β-阿朴-8'-胡萝卜素酸乙醋，β，β-胡萝卜素-4 ,4-二酮(斑鳌黄，又名角黄素)、万寿菊提取物(天然叶黄素)和虾青素等6种。；其中，虾青素、斑蝥黄和叶黄素可用于水产动物着色。
饲料企业及养殖场一般根据自身需要选择合理的着色剂品种进行适当添加。在饲用色素添加过程中，有些技术方面的问题需要关注：一是要注意钙和叶黄素在肠道吸收时存在竞争，过量的钙与脂肪和脂溶性色素会形成不溶性皂化物，从而降低色素的吸收；其次，在家禽的研究中发现日粮脂肪含量与色素沉着呈正相关，短链饱和脂肪酸及长链不饱和脂肪酸对色素吸收率要高于饱和长链脂肪酸，因此饲料中适当补充油脂对色素的吸收有利；但脂肪氧化酸败过程产生的游离脂肪酸对色素吸收有很大的破坏作用，这是由于游离脂肪酸的吸收部位也在十二指肠会与叶黄素形成吸收竞争。有研究显示饲料中添加抗氧化剂或维生素E等对鱼类的类胡萝卜素吸收是有促进作用的，因此要关注饲料中抗氧化剂成分的添加。部分饲料原料也可能对色素吸收产生不利影响，如大豆、苜蓿和棉籽粕中含有脂肪氧化酶，易破坏类胡萝卜素，从而降低动物着色；而棉粕中的棉酚可能因络合铁的作用而降低色素在蛋黄中的着色作用，但在水产动物上的作用还不清楚；某些原料中如果黄曲霉毒素超标也可能影响动物对色素的吸收。此外，在饲用着色剂添加过程中，还应关注不同着色剂的剂型、吸收效率，使用时间和代谢转化形式等因素对最终色素转化效果的影响。例如有研究显示三文鱼类对类胡萝卜素的消化率在40-60%之间，通过对细胞壁的破坏，虹鳟对法夫酵母中虾青素的肌肉保留率可提高5倍（从3.7%提高到17.4%）（Storebakken等，2004）。而玉米黄素在饲料中储存12个月的残留量仅有48%左右，36个月的残留量仅有35%左右。
除营养因素外，有人发现雄性激素也可能对鱼类的体色产生影响。这是由于在性腺发育过程中，通过雄性激素的补充，可使鱼类对类胡萝卜素的沉积发生改变，使类胡萝卜素主要沉积于其体表及肌肉中而不是生殖腺中，从而增加鱼体色。有人尝试红剑尾鱼饲料中添加10μg/g的甲基睾酮，可使红剑尾鱼全雄化，从而导致群体色调加深。
3. 几种重要类胡萝卜素
饲用着色物质主要是天然和化学合成的类胡萝卜素及其衍生物。类胡萝卜素（carotenoid）是一类广泛存在于动植物体内的色素，可分为两类：一类是碳氢型，称为胡萝卜素类(carotenes)；另一类是氧化型，称为叶黄素类(xanthophylls)。目前类胡萝卜素已鉴定出600多种，但只有极少数有着色作用。虽然β-胡萝卜素能被虾等甲壳类转变成为虾青素，但大部分β-胡萝卜素会转变成维生素A，因此其着色效果较差，而在其它的鱼类及禽类中β-胡萝卜素不能着色。常见的饲用着色剂虾青素、黄体素、玉米黄质和角黄素等均是叶黄素类的主要代表。这些类胡萝卜素因其颜色的深浅和动物对它们的利用不同而着色效果不同，因此加强不同动物对这些主要类胡萝卜素的代谢生理研究很有必要。
3.1 虾青素
早期水产动物着色剂的研究集中在虾青素上，主要是因为对三文鱼等鲷鱼类高价值海水鱼来说，通过虾青素或角黄素改善体表和肌肉颜色的效果较好。研究显示，饲料中添加虾青素或者富含虾青素的原料，均能够明显改善鱼类肌肉、体表的颜色。虾青素（Astaxanthin），又称虾红素，属一种脂溶性及水溶性的色素，在虾、蟹、鲑鱼、藻类等海洋生物均可发现。除了作为一种色素，虾青素还是一种天然抗氧化剂，清除自由基的能力为β-胡萝卜素的10倍、叶黄素的200倍、维生素E的550倍，具有重要的生理性功能。例如Niu等（2009）在白对虾上的研究发现，饲料中100mg/kg的虾青素能够促进白虾生长，而200mg/kg的虾青素还能够提高对虾的抗应激能力。
虾青素可根据立体异构体、几何异构体、酯化程度分为多种。如南极磷虾和红酵母中虾青素主要立体异构体为3R、3R′，且被酯化；而血球藻中虾青素立体异构体主要是酯化的3S、3S′形式存在。除了与脂肪酸成酯外, 天然虾青素往往与蛋白质形成复合物, 产生不同的颜色（如龙虾中的蓝色、绿色和黄色）。化学合成的虾青素均为游离虾青素。Choubert等（1996）研究表明养殖鱼类对虾青素的吸收利用明显优于其他色素。如虹鳟对虾青素的消化吸收情况明显优于角黄素，其最大表观吸收系数是角黄素的两倍多（Storebakken和No，1992）。Doolan等（2008）在澳大利亚笛鲷上的研究发现实验鱼体色水平随着虾青素添加而升高，但超过39mg/kg则不再增加，显示39mg/kg虾青素42天可满足笛鲷着色要求。此外，Bjerkeng等（2007）比较了红法夫酵母与合成虾青素在大西洋鲑饲料中的消化率和肌肉保留率，结果显示红法夫酵母虾青素在肌肉中的保留率为6.3%。比合成虾青素高86%，法夫酵母虾青素的消化率约为64-68%，也显著高于合成虾青素（38-42%）。
3.2 黄体素及玉米黄素
虾青素之外，黄体素（Lutcin）和玉米黄素（Zooxonthin）是最主要的类胡萝卜素。在淡水鱼类中，使用黄体素和玉米黄素均可明显改善鱼类体色沉积。玉米黄素一般与黄体素是伴生的。大多数植物中，黄体素含量大于玉米黄素（仅在玉米中玉米黄素含量高于黄体素）。万寿菊花中黄体素和玉米黄素含量极高，其他类胡萝卜素杂质少，易于分离纯化，因此万寿菊提取物成为最重要的饲用色素源之一。一般来说，万寿菊花粉中叶黄素总量平均2g/kg（范围1.2-4.0g/kg），其中黄体素占88%，玉米黄素占5%，生物效价仅有50%，生物利用率较低。因此必需经过后加工提高其生物利用率，具体手段就是通过强碱将其酯化，酯化的叶黄素具有更高的活性。有研究显示经过处理的万寿菊花色素比未经任何处理的万寿菊花粉的着色效果要高出3-4倍。通过处理万寿菊提取物叶黄素总含量可达到40g/kg，生物效价提升到接近100%。目前市场相关万寿菊提取物产品要求皂化程度大于98%，并尽量降低顺式叶黄素酯的含量，每g色素颗粒多于200万。
目前，以黄体素和玉米黄素为代表的叶黄素在水产饲料中的应用已非常普遍。如冷向军等（2002）的研究发现饲料添加金黄素（叶黄素含量15mg/kg）能够明显改善本地胡子鲶的体色。不同水平使胡子鲶皮肤或肌肉中叶黄素含量显著高于对照组。而也有显示饲料中添加100-200mg/kg的万寿菊提取物，本地胡子鲶可达到与野生个体基本一致的着色效果。
4、黄颡鱼体色异常分析
黄颡鱼是我国重要的淡水养殖经济鱼类，其背部深青、腹部嫩黄，深受消费市场欢迎。但是在养殖实践中也常常发生体色发白、全身发黄或黄色偏弱等异常现象，因此引起研究者的较多关注。多项研究显示黄颡鱼能够有效利用饲料中的天然叶黄素，并且饲料叶黄素水平在76mg/kg左右时表现出最高的蓄积系数，因此有人推荐黄颡鱼叶黄素日摄入量为0.72 mg/(kg/d)。在瓦市黄颡鱼上的研究发现投喂含60mg/kg叶黄素的饲料，瓦氏黄颡鱼皮肤叶黄素含量显著升高，体色由青灰色变成黄褐色，5周后皮肤叶黄素水平达到稳定，体色至少能保持7周。其他研究则认为饲料中适量的脂肪水平（7.02%）能够促进黄颡鱼对叶黄素的利用（袁立强等，2008）。适当补充维生素E也能增加瓦市黄颡鱼体表亮度（薛继鹏，2011）。但过高的脂肪水平或维生素E添加量反而会降低瓦氏黄颡鱼皮肤中黄体素含量（薛继鹏，2011）。
此外，饲料脂肪水平、外源色素添加对黄颡鱼皮肤中黑色素及酪氨酸酶活性没有显著影响（丁小峰，2006；袁立强等，2008）。但饲料中有毒有害物质则可能对黑色素代谢造成明显影响，对瓦氏黄颡鱼的研究结果显示三聚氰胺可导致瓦氏黄颡鱼背部黑色素含量显著降低，氧化鱼油则会导致黄颡鱼背部皮肤亮度值下降。因此，黄颡鱼体色出现香蕉黄，很大程度上可能与鱼粉等主要蛋白原料的掺假及氧化酸败有关。此外，饲料中不合理的油脂及矿物元素添加也可能对黄颡鱼体色造成影响。
除饲料因素外，环境因素也是影响鱼类体色的重要因素。在集约化养殖条件下，水体氨氮过高及溶氧较低的情况下，均会导致养殖鱼类颜色异常。如养殖鱼类出现体色异常问题，需多方研究分析原因，才能采取有效措施进行干预和调控。
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