畢小娟 陳代文 余 冰 何 軍 毛湘冰 鄭 萍 黃志清 羅鈞秋 羅玉衡 虞 潔
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所,動(dòng)物抗病營(yíng)養(yǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 611130)
黃曲霉毒素B1(AFB1)是一類(lèi)毒性極強(qiáng)的霉菌毒素[1]。AFB1污染造成的飼料原料浪費(fèi)和動(dòng)物生產(chǎn)性能下降給畜牧業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。動(dòng)物采食被AFB1污染的飼糧后,80%黃曲霉毒素在胃腸道前端快速通過(guò)被動(dòng)運(yùn)輸被機(jī)體吸收,后轉(zhuǎn)入肝臟進(jìn)行代謝,從而出現(xiàn)肝臟損傷、食欲降低以及生長(zhǎng)性能下降等中毒現(xiàn)象[2]。腸道作為AFB1吸收的主要部位,毒素濃度遠(yuǎn)高于其他部位,但是關(guān)于AFB1對(duì)胃腸道的影響研究知之甚少。腸道健康是人和動(dòng)物健康的關(guān)鍵因素,AFB1降低動(dòng)物生產(chǎn)力是否是通過(guò)損傷腸道健康來(lái)實(shí)現(xiàn)還有待研究。而目前關(guān)于AFB1研究所用材料多數(shù)采用自然霉變玉米,其中含有多種毒素可相互作用,不利于深入認(rèn)識(shí)AFB1的毒性效應(yīng)和機(jī)理。而對(duì)單一AFB1研究還較少,且所得結(jié)果差異較大。因此,本試驗(yàn)將培養(yǎng)黃曲霉菌制備的AFB1添加到斷奶仔豬飼糧中,旨在考察飼糧添加0.3 mg/kg AFB1對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能、肝臟組織及腸道健康的影響,以期為深入認(rèn)識(shí)AFB1毒性機(jī)理研究提供參考資料。
黃曲霉毒素的培養(yǎng)包括菌種活化、接種、發(fā)酵和收毒4個(gè)過(guò)程。1)活化:采用購(gòu)自中國(guó)工業(yè)微生物菌種保存中心的黃曲霉產(chǎn)毒菌株ATCC28539經(jīng)過(guò)馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)培養(yǎng)基于28 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5~8 d活化長(zhǎng)出綠色孢子;2)接種:用10 mL 0.05%滅菌的吐溫20溶液沖洗PDA培養(yǎng)基中的黃曲霉孢子成孢子懸液,吸取4 mL孢子懸液接種于滅菌的大米培養(yǎng)基中;3)發(fā)酵:攪拌均勻后,25~28 ℃靜置培養(yǎng)8~12 d至綠色孢子長(zhǎng)出,培養(yǎng)前3 d需隔8~12 h攪拌1次。4)收毒:所得黃曲霉毒素培養(yǎng)完畢后,向錐形瓶?jī)?nèi)加入三氯甲烷淹沒(méi)和打濕長(zhǎng)滿黃曲霉的培養(yǎng)基,4 ℃避光保存24 h或過(guò)夜后,于通風(fēng)櫥65 ℃揮干氯仿,最后將培養(yǎng)基烘干、粉碎、裝袋,避光保存(此過(guò)程需要佩戴口罩或防毒面具)。
參照國(guó)標(biāo)法將培養(yǎng)的黃曲霉毒素進(jìn)行檢測(cè),具體操作方法依照酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)試劑盒(購(gòu)自江蘇省蘇微微生物研究有限公司)說(shuō)明書(shū)進(jìn)行,發(fā)酵所得AFB1的含量為400 mg/kg。
然后按比例將培養(yǎng)的AFB1添加至基礎(chǔ)飼糧中,按照0.3 mg/kg AFB1計(jì)算,每噸飼糧中需加入0.75 kg發(fā)酵黃曲霉毒素替代部分玉米與之逐級(jí)混勻。飼糧中毒素含量則用高效液相色譜法測(cè)得,其中黃曲霉毒素含量用GB/T 30955—2014免疫親和柱凈化-高效液相色譜法測(cè)定;嘔吐毒素(脫氧雪腐鐮刀菌烯醇)含量用GB/T 30956—2014免疫親和層析凈化-高效液相色譜法測(cè)定;玉米赤霉烯酮含量用GB/T 28716—2012免疫親和層析凈化-高效液相色譜法測(cè)定;赭曲霉素A含量用GB/T 30957—2014免疫親和層析凈化-高效液相色譜法測(cè)定;伏馬毒素含量用GB/T 25228—2010免疫親和層析凈化-高效液相色譜法測(cè)定;T-2毒素含量用GB/T 23501—2009免疫親和層析凈化-高效液相色譜法測(cè)定。經(jīng)測(cè)定,飼糧中AFB1含量為363.3 μg/kg,黃曲霉毒素B2(AFB2)含量為34.6 μg/kg,黃曲霉毒素G1(AFG1)和黃曲霉毒素G2(AFG2)未檢測(cè)到,而常見(jiàn)霉菌毒素都未超標(biāo),檢測(cè)具體結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 飼糧中常見(jiàn)霉菌毒素的含量(實(shí)測(cè)值)Table 1 Common mycotoxin contents in diets (measured values) μg/kg
試驗(yàn)選用32頭胎次相近、21日齡的“杜長(zhǎng)大”斷奶仔豬,根據(jù)體重相近原則隨機(jī)分為2組(每組16個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)1頭豬),分別飼喂基礎(chǔ)飼糧(對(duì)照組)和含有0.3mg/kgAFB1的飼糧(AFB1組)。預(yù)試期3 d,正試期21 d。
基礎(chǔ)飼糧參照NRC(2012)仔豬營(yíng)養(yǎng)需要標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實(shí)際配制,其組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表2。
表2 基礎(chǔ)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 2 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis) %
1)維生素預(yù)混料為每千克飼糧提供 Vitamin premix provided the following per kg of the diet:VA 8 000 IU,VD32 000 IU,VE 20 IU,VK32 mg ,VB11.5 mg,VB25.6 mg,VB120.02 mg,VB61.5 mg,D-泛酸D-pantothenic acid 10 mg,煙酸 nicotinic acid 15 mg,生物素biotin 0.1 mg,葉酸 folic acid 0.6 mg。
2)礦物質(zhì)預(yù)混料為每千克飼糧提供 Mineral premix provided the following per kg of the diet:Fe (FeSO4·H2O) 100 mg,Cu (CuSO4·5H2O) 150 mg,Mn (MnSO4·H2O) 20 mg,Zn (ZnSO4·H2O) 100 mg,I (KI) 0.3 mg,Se (Na2SeO3) 0.3 mg。
3)營(yíng)養(yǎng)水平為計(jì)算值。Nutrient levels were calculated values.
試驗(yàn)在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所科研基地仔豬舍進(jìn)行。動(dòng)物飼養(yǎng)管理按斷奶仔豬飼養(yǎng)管理方式進(jìn)行。預(yù)試期3 d,正式試驗(yàn)每天飼喂4次(08:00、12:00、16:00和20:00),每次喂料量以吃飽后飼槽內(nèi)略有余料為宜,采用自由飲水、自由采食和少喂勤添的原則。于正式試驗(yàn)當(dāng)天早晨空腹稱(chēng)重分組,正式試驗(yàn)后在第22天早上進(jìn)行稱(chēng)重。每組選取6頭和全組平均體重相近的豬只進(jìn)行采血屠宰取樣。
飼糧樣品:通過(guò)四分法采集飼糧樣品,每組取300 g左右,裝入樣品袋并標(biāo)記,送給北京中檢維康公司檢測(cè)黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮和嘔吐毒素等6種常見(jiàn)霉菌毒素的含量。
肝臟樣品:全部試驗(yàn)仔豬屠宰后迅速將肝臟完整取出稱(chēng)重,同時(shí)對(duì)肝臟同一部位取基因樣迅速置于液氮中,后轉(zhuǎn)移至-80 ℃保存待測(cè)。對(duì)肝臟另一部位取切片樣置于4%多聚甲醛中保存待測(cè)。
腸道樣品:將全部試驗(yàn)仔豬小腸的腸系膜解剖干凈,并立即放在冰塊上,從幽門(mén)到Treitz韌帶的部分認(rèn)為是十二指腸,小腸末端接近回盲連接部的10 cm為回腸,而小腸剩下的部分為空腸。取十二指腸、空腸、回腸和盲腸食糜,裝于滅菌凍存管迅速置于液氮中,后轉(zhuǎn)移至-80 ℃保存待測(cè)。取十二指腸、空腸、回腸中部部分(各4 cm),放置在4%多聚甲醛中保存檢測(cè)。
1.7.1 生長(zhǎng)性能
于試驗(yàn)的第1天和第22天08:00空腹稱(chēng)量全部試驗(yàn)豬只體重,準(zhǔn)確記錄好每天的給料量、剩余料和浪費(fèi)料量,計(jì)算仔豬的平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。
1.7.2 肝臟指數(shù)
肝臟指數(shù)(g/kg)=肝臟重量(g)/活體重(kg)。
1.7.3 組織形態(tài)學(xué)觀察
將置于4%多聚甲醛固定液中的肝臟、十二指腸、空腸和回腸組織經(jīng)干燥脫水、浸蠟包埋及切片等處理,再經(jīng)蘇木精-伊紅(HE)染色,采用Leica DM1000顯微成像系統(tǒng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行拍照,觀察組織病理學(xué)變化,用ImageProPlus 6.0選取10個(gè)最典型的視野測(cè)定腸道絨毛高度和隱窩深度進(jìn)行測(cè)量在顯微鏡下進(jìn)行觀察,并計(jì)算絨毛高度/隱窩深度(V/C)值。樣品在成都里來(lái)生物公司測(cè)定。
1.7.4 肝臟代謝相關(guān)基因mRNA表達(dá)量測(cè)定
提取肝臟總RNA,具體參照TaKaRa RNAiso Plus說(shuō)明書(shū)進(jìn)行,然后進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄,具體參照TaKaRaPrimeScriptTMRT reagent Kit說(shuō)明書(shū)進(jìn)行,實(shí)時(shí)熒光定量PCR則參照SYBR Premix Ex Taq Ⅱ說(shuō)明書(shū)、采用10 μL體系進(jìn)行,包括SYBR Premix Ex Taq Ⅱ(TliRNaseH Plus)(2×) 5.0 μL,ROX Reference Dye Ⅱ(50×) 0.2 μL,DNA模板1.0 μL,上、下游引物各0.4 μL和3.0 μL ddH2O。實(shí)時(shí)熒光定量PCR的反應(yīng)條件:95 ℃,30 s;95 ℃,5 s;60 ℃,30 s;40個(gè)循環(huán)。熔解曲線反應(yīng)程序?yàn)椋?5 ℃,15 s;60 ℃,1 min;95 ℃,15 s。β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)作內(nèi)參基因,采用2-△△Ct方法計(jì)算各基因的相對(duì)表達(dá)量。
引物序列設(shè)計(jì)利用NCBI搜索目的基因片段,運(yùn)用Primer 3進(jìn)行引物設(shè)計(jì),于生工生物工程(上海)股份有限公司合成。各基因具體引物序列見(jiàn)表3。
表3 基因引物序列Table 3 Primer sequences of genes
1.7.5 腸道食糜微生物菌群的數(shù)量
測(cè)定回腸、盲腸食糜微生物菌群數(shù)量采用反轉(zhuǎn)錄-PCR(RT-PCR)技術(shù),以每克內(nèi)容物為檢測(cè)單位,通過(guò)Ct值與標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得出每份樣品所含拷貝數(shù),結(jié)果用每克內(nèi)容物中細(xì)菌拷貝數(shù)的常用對(duì)數(shù)[lg(CFU/g)]表示。食糜DNA提取采用E.Z.N.A Stool DNA Kit試劑盒(Omega,美國(guó))進(jìn)行。PCR條件:95 ℃,10 s;95 ℃,5 s;最佳退火溫度,25 s;40個(gè)循環(huán);95 ℃,10 s。熔解曲線:65~95 ℃,溫度以0.5 ℃/s提升。檢測(cè)乳酸桿菌、大腸桿菌和芽孢桿菌采用20 μL反應(yīng)體系,包括Probe Ehance Solution 1 μL,Real Mater Mix 8 μL,上、下游引物各1 μL,DNA模板1 μL,探針0.3 μL和ddH2O 7.7 μL;檢測(cè)雙歧桿菌采用20 μL反應(yīng)體系,包括Probe Ehance Solution 1 μL,Real Mater Mix 8 μL,DNA模板1 μL,上、下游引物各1 μL、探針0.8 μL和7.2 μL ddH2O;檢測(cè)總菌采用25 μL反應(yīng)體系:SYBR Premix Ex Taq(2×) 12.5 μL,上、下游引物各1 μL,DNA模板1 μL和9.5 μL ddH2O。以上Probe Ehance Solution和Real Mater Mix是北京天根生化科技有限公司的探針Mix試劑盒里的2種試劑。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行整理,采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn),結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示,P<0.05表示差異顯著。
由表5可知,與對(duì)照組相比,AFB1組試驗(yàn)豬ADG降低了23.81%,差異顯著(P<0.05),ADFI降低了15.66%(P=0.09),F(xiàn)/G顯著提高(P<0.05)
表4 RT-PCR引物序列及退火溫度Table 4 Primer sequences and annealed temperature for RT-PCR[3]
表5 AFB1對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能的影響Table 5 Effects of AFB1 on growth performance of weaned piglets
2.2.1 AFB1對(duì)斷奶仔豬肝臟指數(shù)的影響
由圖1可知,與對(duì)照組相比,AFB1組斷奶仔豬肝臟指數(shù)顯著提高(P<0.05)。
*表示差異顯著(P<0.05)。* mean significantly different (P<0.05).
圖1AFB1對(duì)斷奶仔豬肝臟指數(shù)的影響
Fig.1 Effect of AFB1 on hepatic index of weaned piglets
2.2.2 AFB1對(duì)斷奶仔豬肝臟形態(tài)的影響
由圖2可知,與對(duì)照組相比,AFB1組仔豬肝小葉結(jié)構(gòu)不清晰,肝細(xì)胞中度水腫變性,部分出現(xiàn)中、重局灶狀壞死,肝纖維組織增生明顯。
2.2.3 AFB1對(duì)斷奶仔豬肝臟脂肪代謝相關(guān)基因mRNA表達(dá)量的影響
由表6可知,與對(duì)照組相比,AFB1組乙酰輔酶A羧化酶-1(ACC-1)、脂肪酸合成酶(FAS)、肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(CPT-1)、脂蛋白脂肪酶(LPL)和過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)的mRNA表達(dá)量無(wú)顯著差異(P>0.05)。
2.3.1 AFB1對(duì)斷奶仔豬腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響
由表7可知,與對(duì)照組相比,AFB1組十二指腸絨毛高度和隱窩深度顯著增加(P<0.05),空腸隱窩深度顯著降低(P<0.05),回腸的絨毛高度、隱窩深度和V/C值都無(wú)顯著差異(P>0.05)。
AFB1組上方箭頭表示肝小葉,下方箭頭表示肝細(xì)胞。
Upper arrow of AFB1 group mean hepatic lobule, and lower arrow mean hepatocyte.
圖2AFB1對(duì)斷奶仔豬肝臟組織結(jié)構(gòu)的影響
Fig.2 Effect of AFB1 on organizational structure of liver of weaned piglets
表6 AFB1對(duì)斷奶仔豬肝臟脂肪代謝相關(guān)基因mRNA表達(dá)量的影響Table 6 Effects of AFB1 on lipometabolism-related gene mRNA expression in liver of weaned piglets
表7 AFB1對(duì)斷奶仔豬小腸形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響Table 7 Effects of AFB1 on intestinal morphology of weaned pigs
2.3.2 AFB1對(duì)斷奶仔豬腸道微生物數(shù)量的影響
由表8可知,與對(duì)照組相比,AFB1組盲腸雙歧桿菌數(shù)量顯著降低(P<0.05),但盲腸總菌、大腸桿菌、乳酸桿菌和芽孢桿菌數(shù)量均無(wú)顯著差異(P>0.05),且回腸微生物數(shù)量均無(wú)顯著差異(P>0.05)。
Grenier等[4]用Meta分析得出現(xiàn)在研究AFB1時(shí)常用劑量為0.3~2.0 mg/kg,其中0.3 mg/kg是介于正常情況和天氣不佳時(shí)容易發(fā)生AFB1的臨界值,故本試驗(yàn)選用的AFB1劑量為臨界值0.3 mg/kg。此外,本試驗(yàn)在Shotwell等[5]的發(fā)酵方法上進(jìn)行條件改造所得AFB1,其含量用目前國(guó)際上普遍采用的定量檢測(cè)黃曲霉毒素方法(免疫親和柱凈化-高效液相色譜法)測(cè)定[6]。結(jié)果表明試驗(yàn)所用毒素91%黃曲霉毒素為AFB1,飼糧中其他霉菌毒素都未見(jiàn)超標(biāo),說(shuō)明此發(fā)酵培養(yǎng)方法獲得的AFB1純度很高且不適宜其他霉菌毒素生長(zhǎng),適合單一AFB1研究。
表8 AFB1對(duì)斷奶仔豬腸道微生物數(shù)量的影響Table 8 Effects of AFB1 on intestinal microflora amounts of weaned piglets lg(CFU/g)
AFB1作為一級(jí)致癌物質(zhì),其中毒主要癥狀是阻礙豬的生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收,造成動(dòng)物亞健康導(dǎo)致飼料的浪費(fèi)和上市時(shí)間的延長(zhǎng),從而造成經(jīng)濟(jì)損失[7]。研究表明,AFB1能不同程度降低豬ADFI和ADG,提高飼料轉(zhuǎn)化率,且年齡越小、劑量越高、時(shí)間越長(zhǎng),AFB1對(duì)動(dòng)物損傷就越大[2]。本試驗(yàn)結(jié)果表明AFB1顯著降低仔豬ADG,有降低ADFI的趨勢(shì),且顯著提高F/G,說(shuō)明0.3 mg/kg AFB1會(huì)抑制仔豬的生長(zhǎng)。但本試驗(yàn)結(jié)果與Rustemeyer等[8]用劑量0.25 mg/kg飼喂生長(zhǎng)閹公豬的結(jié)果不一致,其在第5周開(kāi)始出現(xiàn)ADFI顯著下降,對(duì)ADG無(wú)顯著影響,而本試驗(yàn)中,0.3 mg/kg AFB1的毒性效應(yīng)在前2周就體現(xiàn),可能原因是動(dòng)物日齡越大,對(duì)AFB1的耐受力越強(qiáng)。
肝臟是代謝的主要場(chǎng)所,也是AFB1的主要靶器官。有研究表明,AFB1會(huì)通過(guò)增加肝臟的重量,影響肉雞的生長(zhǎng)性能[9]。本試驗(yàn)AFB1顯著增加了肝臟指數(shù),且病理切片結(jié)果發(fā)現(xiàn),AFB1造成肝小葉結(jié)構(gòu)不清晰,肝細(xì)胞中度水腫變性,部分出現(xiàn)中、重局灶狀壞死,肝纖維組織增生明顯,說(shuō)明AFB1對(duì)肝臟造成了病理?yè)p傷。此外,有研究表明,AFB1降低脂肪代謝基因PPARα的表達(dá),可能導(dǎo)致脂肪代謝紊亂而增加肝臟脂肪的堆積[10]。所以本試驗(yàn)測(cè)定了肝臟代謝相關(guān)基因,但結(jié)果無(wú)顯著差異。結(jié)合HE染色結(jié)果(圖2)分析,AFB1造成肝臟相對(duì)重量增加可能是線粒體氧化酶系統(tǒng)受損的組織學(xué)變化結(jié)果。當(dāng)肝臟受損時(shí),肝細(xì)胞的線粒體氧化酶系統(tǒng)被破壞,ATP生成減少,細(xì)胞膜的鈉泵障礙,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈉離子增多,水分進(jìn)入細(xì)胞增多,細(xì)胞腫大或形成水泡變性[11-12]。
小腸絨毛高度、隱窩深度、V/C值是衡量小腸消化吸收能力的重要指標(biāo)。隱窩深度可以反映隱窩細(xì)胞的增殖率和成熟度,而腸道絨毛高度則可以間接反映腸黏膜吸收細(xì)胞和分泌細(xì)胞比例及腸黏膜對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力[13]。本試驗(yàn)中,AFB1能顯著增加十二指腸絨毛高度和隱窩深度,對(duì)V/C值也有增加的趨勢(shì),顯著降低空腸的隱窩深度,表明AFB1能改變腸道形態(tài),影響腸道正常發(fā)育和功能,這與馮光德[13]結(jié)果一致。這可能是由于80% AFB1在胃腸道前端通過(guò)被動(dòng)運(yùn)輸被機(jī)體吸收,其中50%在十二指腸被吸收[4]。為降低細(xì)胞內(nèi)外AFB1濃度差,十二指腸絨毛高度增加。但是AFB1會(huì)降低細(xì)胞的合成[13],所以隱窩細(xì)胞生成率和分泌率下降,增加十二指腸隱窩深度。而本試驗(yàn)中AFB1能降低空腸隱窩深度,可能是AFB1造成機(jī)體代謝紊亂的一種補(bǔ)償效應(yīng)。
腸道微生物對(duì)動(dòng)物健康有重要影響,破壞其生態(tài)平衡可能會(huì)損害宿主的健康。有研究表明,250 μg/kg BW的AFB1能顯著降低雄性昆明小鼠盲腸食糜乳酸菌、雙歧桿菌和總厭氧菌等腸道有益菌的數(shù)目,從而造成腸道菌群失調(diào)[12]。本試驗(yàn)結(jié)果與Ezz El-Arab等[14]研究結(jié)果一致,其發(fā)現(xiàn)AFB1能顯著降低后腸雙歧桿菌的數(shù)目,說(shuō)明AFB1對(duì)腸道微生物穩(wěn)態(tài)的影響可能主要是降低有益菌的數(shù)目。此外,肝臟的功能狀態(tài)與腸道微生態(tài)平衡息息相關(guān)[13],它能夠代謝轉(zhuǎn)化來(lái)自腸道的有害物質(zhì)以及分泌游離型膽汁酸調(diào)節(jié)后腸pH,維持腸道菌群平衡[15-16],所以腸道微生物的變化也可能與AFB1損傷肝臟有關(guān)。
飼喂含有0.3 mg/kg AFB1的飼糧會(huì)導(dǎo)致斷奶仔豬生長(zhǎng)性能下降,肝臟組織和腸道健康輕微受損。
動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)2018年8期