凡纳对虾(Penaeus vannamei)又称南美白对虾，原产于南太平洋，特别是厄瓜多尔沿岸，是世界养殖产量与经济价值最高的虾类之一，具有生长快、适应和抗病能力强、对食物营养要求低等特点。自1988年被引进后，凡纳对虾逐步成为我国对虾养殖产业中的主导品种，2021年我国海、淡水养殖产量接近200万t (农业农村部渔业渔政管理局等, 2022)。

在凡纳对虾养殖中，饲料成本要占到养殖总成本的40%~60% (Sookying et al, 2011)。饲料中的蛋白质是对虾生长最重要的营养元素之一，蛋白质水平过高或过低均会影响对虾的生长(Samantaray et al, 1997; Burford et al, 2004; Xie et al, 2020)。对虾饲料通常以鱼粉作为主要蛋白源，一般凡纳对虾商业饲料中的鱼粉含量可高达25% (Han et al, 2018)。随着世界水产养殖业的快速发展，鱼粉资源供不应求，不断上涨的鱼粉价格使饲料价格及养殖成本增加，因此，低鱼粉甚至零鱼粉饲料养殖将成为对虾产业可持续发展的必经之路。用充足、便宜的植物蛋白源代替鱼粉，借助选择育种的方法，选育出零鱼粉需求或植物蛋白高效利用的对虾新品种，可能是解决目前鱼粉短缺、饲料成本居高不下的一条有效途径。

改良对虾在零鱼粉饲料饲喂下的饲料利用效率性状是培育零鱼粉需求对虾新品种的关键所在。但目前还没有关于对虾在零鱼粉饲料饲喂下的饲料利用效率性状的评估报道，不清楚对虾饲料利用效率在零鱼粉饲料饲喂下是否存在选育潜力，也不清楚在零鱼粉饲料和高鱼粉饲料间是否存在基因型与饲料互作效应。因此，本研究选择在零鱼粉饲料(鱼粉含量为0，蛋白含量占38%)和高鱼粉饲料(鱼粉含量占25%，蛋白含量占42%)饲喂条件下，开展饲料利用效率相关性状的研究，评估饲料利用效率相关性状(饲料效率比、摄食量和增重率)的遗传参数，以及基因型与饲料互作效应，为零鱼粉需求的对虾选育工作提供参考与依据。

1 材料与方法 1.1 实验材料

本研究选取了30个2022年构建的以生长速度为目标性状的凡纳对虾全同胞家系，来自30个父本和28个母本，其中包括4个母系半同胞家系。由于交配时间上的差异，30个家系间存在16 d的日龄差。所有包括家系构建在内的选育工作均在位于山东省潍坊市昌邑市的邦普种业科技有限公司凡纳对虾遗传育种中心完成。

1.2 实验设计

本研究分别以不含鱼粉的配合饲料(饲料蛋白含量占38%)和鱼粉含量占25%的配合饲料(饲料蛋白含量占42%)对30个家系进行饲养实验。实验所用配合饲料的制作程序参见Xu等(2017)的研究。2种饲料的原料与配方组成见表 1。

当30个家系个体平均体长达到5 cm左右时，从每个家系随机选取30尾个体，平均分成2组(每组15尾)，分别饲喂2种饲料，共计900尾虾参与饲养实验，每种饲料饲喂来自于30个家系的450尾虾。饲养实验在经改造的斑马鱼式循环水养殖系统进行，该系统包含许多独立的养殖盒(尺寸：200 mm×150 mm × 100 mm)。每个养殖盒的底部配有特制滤网，允许粪便漏掉的同时会留住饲料。每组虾按随机区组设计放置到3套养殖系统，每个养殖盒放置1尾虾。

1.3 饲养实验

饲养实验在邦普种业科技有限公司凡纳对虾遗传育种中心进行。实验开始前1周，先将虾放入循环水养殖系统暂养。期间每天投喂3餐高鱼粉饲料。在饲养实验期间，为零鱼粉饲料组和高鱼粉饲料组的每尾虾单独准备一个塑料管用来盛放饲料。每天10:00、13:00和16:00各投喂一餐饲料，投喂量依据虾体大小和摄食情况调整，以30 min内可以全部吃完为准。为零鱼粉饲料组和高鱼粉饲料组的每尾虾单独准备一个塑料管收集未摄食的饲料，并统计整个饲养实验期间收集的每尾虾的总残余饲料。每天07:30检查所有对虾养殖盒，将残余的饲料收集到对应的塑料管，然后放入烘箱烘干至恒重。每天早晚各换水1次，换水量在80%以上，水温维持在(27.0±0.8) ℃，盐度在30左右。每天及时捞出蜕皮。

饲养实验于2022年10月21日开始，到2022年11月29日结束，共持续40 d。在实验开始时称量每尾对虾的体重(W₀)及初始饲料重量(F₀)。实验结束后，共收集859尾个体，称量每尾虾的体重(W_t)、剩余饲料重量(F_t)及总残余饲料重量(F_r)。由于此时只有一小部分成虾能够确定性别，因此未统计性别信息。

1.4 数据统计与分析 1.4.1 表型性状统计

本研究统计了个体摄食量(feed intake, FI)、增重率(weight gain rate, WGR)和饲料效率比(feed efficiency ratio, FER) 3个性状，各性状计算公式如下：

$ 摄食量(\text{FI}) = F_{0}–F_{t}–F_{r} $

(1)

$ 增重率(\text{WGR}) = (W_{t}–W_{0})/W_{0}×100\% $

(2)

$ 饲料效率比(\text{FER}) = (W_{t}–W_{0})/ \text{FI}×100\% $

(3)

式中，F_r为整个饲养实验期间收集的每尾虾的总残余饲料重量(以干重计)，F₀和F_t分别为每尾虾的初始饲料重量和剩余饲料重量，W₀和W_t分别为每尾虾的初始体重和终末体重。

借助Kolmogorov-Smirnov检验分析对虾的摄食量、增重率和饲料效率比表型是否符合正态分布。借助T检验(双尾)判断对虾摄食量、增重率和饲料效率比在2种饲料间是否存在显著差异，P < 0.05表示差异显著。上述分析均利用SPSS 19.0软件完成。

1.4.2 遗传力估计

建立混合线性模型，利用ASReml 4.1软件中的平均信息极大似然法(average information restricted maximum likelihood, AIREML)估计凡纳对虾摄食量、增重率和饲料效率比这3个性状在2种饲料饲喂下的方差组分。育种分析模型为单性状动物模型：

$ {Y_{ij}} = \mu + {\text{Tan}}{{\text{k}}_i} + b \times {\text{IB}}{{\text{W}}_j} + {a_j} + {e_{ij}} (模型1) $

式中，Y_ij是第j尾虾的表型观测值，μ是表型平均值，Tank_i是第i个养殖系统的固定效应，IBW_j是第j尾虾的初始体重(协变量)，b是回归系数，a_j是第j尾虾表型的加性遗传效应，e_ij是第j尾虾表型的随机残差。当模型中包含共同环境效应(家系效应)时，程序运行结果无法收敛，因此，所有后续用到的模型中都不包含共同环境效应。

表型方差($\sigma _p^2)$是加性遗传方差($\sigma _a^2$)与残差($\sigma _e^2$)之和。各性状的遗传力计算公式：${h^2} = \sigma _a^2/\sigma _p^2$。利用两性状动物模型估计同一饲料饲喂下不同性状间的遗传相关，以及各性状在2种饲料间的遗传相关，所用模型中的效应与模型1完全一致。参照Ponzoni等(2008)的研究，根据各性状在饲料间的遗传相关大小来判断基因型与饲料互作程度，分别以0.5、0.7和0.9三个值表示互作效应严重、中等和不显著。利用Z-score来检验不同性状的遗传力、遗传相关间差异是否显著。

2 结果 2.1 2种饲料饲喂下的性状表现

凡纳对虾在2种饲料饲喂下的摄食量、增重率和饲料效率比的描述性统计见表 2。零鱼粉饲料饲喂下对虾平均摄食量为7.28 g，显著高于高鱼粉饲料(7.09 g) (P < 0.01)，而其平均饲料效率比(23.50%)和平均增重率(49.40%)都显著低于高鱼粉饲料(62.00%和124.00%) (P < 0.001)。零鱼粉饲料和高鱼粉饲料饲喂下对虾的摄食量变异系数接近，而零鱼粉饲料饲喂下的饲料效率比和增重率的变异系数均明显高于高鱼粉饲料，表明在零鱼粉饲料饲喂下对虾饲料利用效率和增重率具有更大的表型变异。

如图 1所示，30个家系在高鱼粉饲料饲喂下的平均饲料效率比在35.31%~77.30%之间，在零鱼粉饲料饲喂下的平均饲料效率比在12.64%~32.35%之间，表明不同家系的平均饲料效率比在高鱼粉饲料饲喂下的变异更大，且所有家系在高鱼粉饲料饲喂下的平均饲料效率比显著高于零鱼粉饲料(P < 0.05)。如图 2所示，30个家系在高鱼粉饲料饲喂下的平均增重率在34.51%~217.64%之间，在零鱼粉饲料饲喂下的平均增重率在19.19%~97.85%之间，表明家系平均增重率在高鱼粉饲料饲喂下的变异也更大，而且较饲料效率比更加突出。有27个家系在高鱼粉饲料饲喂下的平均增重率显著高于零鱼粉饲料(P < 0.05)。

2.2 2种饲料饲喂下的性状遗传力

摄食量、饲料效率比和增重率这3个性状在2种饲料饲喂下的方差组分和遗传力见表 3。对虾摄食量在零鱼粉饲料饲喂下的遗传力为0.699±0.155，在高鱼粉饲料饲喂下的遗传力为0.556±0.139；增重率在零鱼粉饲料饲喂下的遗传力为0.458±0.140，在高鱼粉饲料饲喂下的遗传力为0.667±0.146，都属于高等遗传力。但不同饲料间和不同性状间的遗传力差异都不显著(P > 0.05)。饲料效率比在零鱼粉饲料和高鱼粉饲料饲喂下的遗传力分别为0.186±0.098和0.341±0.110，二者间的差异也不显著(P > 0.05)，皆属于中等遗传力。

2.3 性状间相关分析

2种饲料饲喂下各性状间的表型相关和遗传相关见表 4。无论哪种饲料，摄食量、增重率和饲料效率比之间的遗传相关都达到中高等水平[(0.580±0.188)~ (0.945±0.040)]，尤其是零鱼粉饲料饲喂下增重率与饲料效率比之间的遗传相关高达0.9以上，性状间的遗传相关在2种饲料饲喂下并无显著性差异(P > 0.05)。

2.4 基因型与饲料互作效应分析

同一性状在2种饲料间的遗传相关和表型相关见表 5。其中，摄食量和增重率在2种饲料间的遗传相关分别为0.580±0.171和0.676±0.155，表明这2个性状存在中等的基因型与饲料互作效应。饲料效率比在2种饲料间的遗传相关仅为0.299±0.304，表明饲料效率比存在严重的基因型与饲料互作效应。

3 讨论 3.1 不同鱼粉含量饲料饲喂下的性状表现

经过40 d的饲养实验，饲喂高鱼粉饲料的对虾相比饲喂零鱼粉饲料，平均增重率提高了151.01%，平均饲料效率比提高了163.83%，而平均摄食量降低了2.61%。由于2个饲料组的对虾个体都是按随机区组设计放置到3套养殖系统，所以养殖环境对结果的影响可以忽略不计，造成此差异的原因主要是饲料中的蛋白种类或蛋白含量。有研究表明，海水养殖条件下的凡纳对虾饲料蛋白含量在36%左右就可以满足对虾正常生长需求，随着饲料蛋白含量的提高不会带来明显的生长促进效果(刘立鹤等, 2003; 苟妮娜等, 2019)。结合本研究结果，造成饲料效率比和增重率在2种饲料饲喂下出现显著差异的原因主要应该归结为植物蛋白替代鱼粉。这与前期一些研究报道的结果一致(何树青, 2022; Yao et al, 2020; Ray et al, 2021)，过量或完全替代鱼粉则容易导致对虾生长性能和饲料利用效率降低。Dai等(2022)前期比较了凡纳对虾在饲喂低鱼粉、低蛋白饲料(蛋白质含量占35%、鱼粉含量占9%)和高鱼粉、高蛋白饲料(蛋白质含量占42%、鱼粉含量占25%)间的生长表现，发现高鱼粉、高蛋白饲料饲喂下的对虾生长速度更快，但差异并不大，关于摄食量的结果却相反，大多数家系在高鱼粉、高蛋白饲料饲喂下的日摄食量更高，这可能与不同的养殖、投喂方式以及鱼粉含量有关。

3.2 饲料效率比的遗传力

本研究中，零鱼粉饲料和高鱼粉饲料饲喂条件下凡纳对虾饲料效率比的遗传力估计值分别为0.186± 0.098和0.341±0.110，二者皆低于基于3种矩阵(A、G和H矩阵)估计的高鱼粉、高蛋白饲料饲喂下凡纳对虾饲料效率比的遗传力(0.476~0.501) (Dai et al, 2020)。但根据Dai等(2020)的研究，当模型中包含共同环境效应时，饲料效率比遗传力估计值为0.361~0.388。由于本实验设计中缺乏半同胞家系，家系间亲缘关系较薄弱，实验前家系独立养殖产生的共同环境效应难以被剖分出来，会导致本研究中的遗传力估计结果偏高。在无法剖分共同环境效应的情况下，Dai等(2017a)利用A矩阵和H矩阵估计中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)饲料效率比的遗传力为0.253~0.259，仅属于中等水平。鱼类中多采用饲料转化率(饲料效率比的倒数)作为饲料利用效率指标，报道的饲料转化率遗传力都较低，如尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)饲料转化率遗传力为0.10 (De Verdal et al, 2022)，虹鳟(Oncorhynchus mykiss)饲料转化率遗传力为0.07 (Kause et al, 2016)。综合这些研究结果来看，包括鱼虾在内的水产动物的饲料效率比的遗传力大多属于中低水平。再考虑到本研究中的饲料效率比的遗传力中包含未剖分出来的共同环境效应，实际遗传力要更低一些，因此，判断该性状的遗传变异相对有限。

3.3 日摄食量和增重率的遗传力

凡纳对虾摄食量在零鱼粉饲料和高鱼粉饲料饲喂下的遗传力分别为0.699±0.155和0.556±0.139，与Dai等(2017b)报道的凡纳对虾在高鱼粉、高蛋白饲料饲喂下的日摄食量遗传力(0.664~0.696)一致，都属于高遗传力，且高于大多数有报道的鱼类摄食量的遗传力估计值(0.112~0.45)(Quinton et al, 2007; De Verdal et al, 2018, 2022; Scholtens et al, 2023)。本研究中的生长性状(增重率)在零鱼粉饲料和高鱼粉饲料饲喂下的遗传力分别为0.458±0.140和0.667±0.146，这与Dai等(2022)报道的低鱼粉、低蛋白和高鱼粉、高蛋白饲料饲喂下体重的遗传力(0.585~0.671)水平相当。尽管本研究的遗传力估计值因包含了未剖分出来的共同环境效应会偏高一些，但仍表明生长性状在零鱼粉饲料和和高鱼粉饲料饲喂下都有一定的选育潜力。

3.4 性状间的遗传相关

摄食量、增重率和饲料效率比间的遗传相关，无论在零鱼粉饲料饲喂下[(0.731±0.130)~(0.945± 0.040)]，还是在高鱼粉饲料饲喂下[(0.580±0.188)~ (0.728±0.123)]，都达到中高等水平。Dai等(2017b)的研究显示，高鱼粉、高蛋白饲料饲喂下凡纳对虾的平均日增重和饲料效率比间的遗传相关也达到了中高等水平(0.624~0.851)，而日摄食量和饲料效率比间却呈高度负相关(–0.709~ –0.765)。Dai等(2017a)报道的中国对虾饲料效率比和平均日增重间的遗传相关也很高(0.895)。对于其他水产动物，尼罗罗非鱼的饲料转化率与摄食量的遗传相关(0.67)也相对较高，而饲料转化率与增重间仅存在弱遗传相关(–0.07) (De Verdal et al, 2018)。上述结果提示，可以通过选择生长性状来间接提高饲料效率比。

3.5 基因型与饲料互作效应

根据Eknath等(2007)的研究，若一个性状在不同环境间的遗传相关越小，则表明基因型与环境互作效应越大。在本研究中，将饲料视为一种环境因素，增重率和摄食量在2种饲料间的遗传相关分别为0.676±0.155和0.580±0.171，表明这2个性状存在中等程度的基因型与饲料互作效应。Dai等(2022)估计了凡纳对虾体重在低鱼粉、低蛋白饲料与高鱼粉、高蛋白饲料间的遗传相关高达0.928，表明没有明显的基因型与饲料互作效应。在鱼类中，Quinton等(2007)发现白鲑(Coregonus)在全鱼粉饲料和低鱼粉高豆粕饲料饲养条件下的日增重和日摄食量也不存在明显基因型与饲料互作效应(遗传相关 > 0.9)。由此可见，饲料中是否含有鱼粉对动物生长和摄食性状造成的基因型与饲料互作效应要比饲料中鱼粉含量高低导致的互作效应更加严重。本研究还发现，相比生长和摄食性状，饲料效率比存在严重的基因型与饲料互作效应，这表明饲料中是否含有鱼粉会严重影响凡纳对虾对饲料的利用效率，不同基因型的对虾在鱼粉需求上差异很大。了解了饲料利用效率性状的基因型与饲料互作效应，可有效地指导不同鱼粉需求对虾良种选育目标与方案的制定。

4 结论

本研究通过比较零鱼粉饲料与高鱼粉饲料饲养下凡纳对虾的饲料利用效率相关性状的表现，发现零鱼粉饲料饲喂下的对虾饲料效率比和平均增重率显著低于高鱼粉饲料，表明使用零鱼粉饲料并不利于凡纳对虾的养殖。考虑到本研究中的饲料效率比的遗传力存在一定程度高估，因此，零鱼粉饲料饲喂下的饲料效率比的遗传变异并不高，理论上选育潜力有限。后续有必要适当提高饲料中的鱼粉含量，尝试评估低鱼粉低蛋白条件下饲料利用效率性状的遗传参数及选育潜力。