■李若銘 孔祎頔 王桂芹

（吉林農業(yè)大學生命科學學院，動物生產及產品質量安全教育部重點實驗室，現代農業(yè)技術教育部國際合作聯合實驗室，吉林省動物營養(yǎng)與飼料科學重點實驗室，吉林長春130118）

硒作為一種重要的微量元素，開始是作為有毒物質被關注，然而陸續(xù)的研究發(fā)現哺乳動物缺硒引起了多種疾病的發(fā)生，人們才逐漸開始意識到硒是一種重要的營養(yǎng)元素[1-5]。適量的補充硒能夠促進動物生長、提高抗氧化以及免疫功能，對降低疾病和癌癥的發(fā)病率和死亡率發(fā)揮著至關重要的作用[6]。但是攝入量過多會造成中毒的癥狀，所以硒是一種具有雙重作用的礦物質[7-8]。本文綜述了硒的生物學功能，介紹硒對水產動物的生長、免疫以及抗氧化等方面的影響，展望了硒的應用潛力，為硒在水產養(yǎng)殖業(yè)的合理應用提供科學的理論依據。

1 硒的種類

在目前的養(yǎng)殖模式下，硒以無機硒、有機硒和納米硒三種不同形式作為飼料添加劑。無機硒的毒性大、易中毒。無機硒需要先經過肝臟將其轉化為生物硒后才能被吸收利用；通過腸壁吸收的方式是被動擴散，因此吸收率低，易造成環(huán)境污染。與無機硒相比，有機硒毒性更小且吸收利用率較更高[9]。李雷等[10]研究了不同硒源對鯽（Carassius auratus）的影響，結果表明，不同形式的硒源均可以提高GSH-Px 的活性、肌肉的硒濃度以及生長性能，但是有機硒比無機硒的效果更好。納米硒具有吸收效率高、安全濃度高、毒性小以及污染小等優(yōu)點，逐漸成為研究熱點之一[11-13]。鄧岳松等[14]研究表明不同的硒源對尼羅羅非魚（Oreo?chromis niloticus）生長性能均有促進作用，但是納米硒作用效果最佳，有更強的營養(yǎng)生物學作用和更高的安全性。總之，不同形式的硒都可以通過提高GSH-Px的活性進而補充硒的含量，但是機體對不同硒源的吸收利用率不相同，即納米硒的效果最佳，有機硒的效果高于無機硒。

2 硒的生物學功能

2.1 促進生長

硒在動植物體內均存在，是生長發(fā)育必需的微量物質之一。研究表明，硒的補充顯著提高了動物的生長性能，如肉雞（Gallus gallus）[15]、團頭魴（Megalobra?ma amblycephala）[16]、黑 鯛 幼 魚（Acanthopagrus schlegelii）[17]等。Sonia 等[18]研究表明在飼料中添加0.57 mg/kg 的硒時，尼羅羅非魚幼魚的增重率最高。硒對動物的生長發(fā)揮重要作用。一方面，硒提高消化酶的活性和消化吸收率，直接發(fā)揮其促進生長的作用；另一方面，硒以含硒酶的形式間接影響機體的生長性能，含硒酶通過調節(jié)生長激素，進而促進水產動物的生長性能。硒將四碘甲狀腺原氨酸（T4）轉變?yōu)槿饧谞钕僭彼幔═3），進而對甲狀腺激素（Thyroid，TH）合成和降解的過程發(fā)揮了至關重要的調控作用，T3 可以提高胰島素水平，促進肌肉中蛋白質的合成和轉運，進而促進動物的生長發(fā)育[19]。

2.2 增強抗氧化性

科學研究表明，自由基（FR）的產生是生物衰老的關鍵因素之一[20]。硒通過促使過氧化物還原成無毒的醇或者水，清除了FR，從而引起脂褐素的形成延遲或減少，保護細胞膜與細胞內部的結構和功能完整性，避免其受到損傷，最終能夠實現抵抗細胞衰老和死亡的作用。Yu 等[21]在飼料中添加不同濃度的硒投喂草魚（Ctenopharyngodon idella），結果表明，飼料中硒的濃度增加，可以促進核因子E2 相關因子2（Nrf2）的mRNA 表達，進而使GSH-Px 和過氧化氫酶（CAT）的活力顯著增強；而FR 濃度顯著降低。此研究證明了在安全濃度范圍內增加硒的濃度，可以有效的消除FR，增強抗氧化能力。李彥紅等[22]研究了硒的添加對齊口裂腹魚（Schizothorax prenanti）抗氧化能力的影響，結果指出，硒的添加量為0.51 mg/kg 時，抗氧化效果最好。

2.3 提高免疫力

硒對非特異性免疫和特異性免疫發(fā)揮重要的作用。硒能夠以硒蛋白和含硒氨基酸的形式參與三羧酸循環(huán)的代謝過程、維持生理機能，并且提高機體的非特異性免疫功能[23]。此外，硒能夠增強吞噬細胞的吞噬功能并提高殺菌能力。硒不僅可以提高過氧化物的分解轉化能力，防止過氧化物的積累；而且能夠增強生物膜的完整性和流動性、使細胞膜的通透性降低，進而防止過氧化物的滲出對其他細胞造成損傷的情況發(fā)生。硒促進合成IgG 和IgA 等抗體、增強機體產生抗體的能力，從而實現機體提高特異性免疫能力的目的[24]。胡秋輝等[25]和肖顏顏等[26]分別對鼠的非特異性免疫和免疫功能進行了研究，結果表明，硒不僅能夠增強吞噬細胞的吞噬能力、加強非特異性免疫功能以及促進機體免疫功能，而且可以提高細胞免疫和體液免疫的能力。

2.4 抗癌作用

硒具有抗癌的功效。研究表明，硒具有明顯抑制癌細胞生長、增殖的作用，而且能夠殺傷和抑制形成癌細胞[27-28]。硒可以保護細胞和細胞膜免受FR 的損傷，進而有效地防止了細胞突變的發(fā)生。硒抑制了癌細胞的合成、阻斷了信息傳遞的過程、破壞了代謝過程、調節(jié)了免疫系統、增強了抗癌能力，進而防止了癌癥的發(fā)生[29-30]。

2.5 防治心腦血管疾病

硒可以有效的防治心腦血管疾病。缺乏硒時，GSH-Px 活性降低，使機體組織細胞膜結構的完整性受到損害，從而引發(fā)冠心病的發(fā)生[31]。研究表明，硒可以保護冠狀動脈內皮細胞避免其受到損傷，同時能夠發(fā)揮維護血管壁膠原組織和彈性組織結構完整性的生理功能[32]。

2.6 提高繁殖能力

硒可以提高動物的繁殖能力。研究表明，硒在生殖細胞中是以硒蛋白的形式存在，對生殖細胞的發(fā)育和受精的過程起著重要的影響。對雄性動物而言，硒主要存在于線粒體膜中，可以保護生殖細胞防止其受損傷，可以顯著提高精細胞的活力和存活率，使受精率提高。硒對雌性動物的繁殖功能也發(fā)揮著同樣重要的功能。若雌性動物體內缺乏微量元素硒，將會降低卵子的活性、增加畸形率、造成流產、胚胎死亡以及不孕的現象，影響后代的生長發(fā)育。

2.7 降低毒性

硒能夠降低重金屬的毒性。硒的親和力很強，能夠與重金屬進行螯合形成絡合物，頡頏和降低毒性，最終達到降低或解除毒性的目的。在血漿和紅細胞中，硒和汞會形成蛋白復合物，該復合物被蛋白酶消化分解形成小片段，隨后他們的還原代謝物進行相互作用，可以將汞從肝臟中轉移，進而降低毒性。王興華等[33]研究表明，硒的添加降低了鉛中毒引起的染色體變異，并且緩解鉛中毒造成的DNA損傷，從而減弱小鼠體內鉛的毒性作用、提高抗氧化能力。Moham?mad 等[34]研究添加硒對氨暴露下虹鱒（Oncorhynchus mykiss）的保護作用，結果表明，對氨脅迫致氧化性損傷具有明顯的保護作用。此結果證明了硒對降低毒性具有重要的作用。硒對機體保護作用的使用量受到嚴格限制。攝入高水平的硒時，硒對硫化物親和力增強，形成的復合物在體內發(fā)揮毒性作用，因此在飼料中適量增加硫可緩解硒的毒性。

3 硒對水產動物的影響

3.1 硒對水產動物的營養(yǎng)作用

在水產動物的健康生長過程中，硒是一種至關重要的微量營養(yǎng)元素[35-37]。硒的吸收是先經過腸道進入血液中，然后運輸到紅細胞內，經血液流動到器官和組織中。硒的代謝途徑因存在形式不同而不同。無機硒先由腸道被動吸收，在還原態(tài)輔酶的作用下生成硒化氫，隨后進入肝臟中合成硒代氨基酸，最終以硒代氨基酸的形式進入機體。而有機硒以非共價鍵的形式與球蛋白、細胞色素等結合或者以共價鍵的形式與氨基酸在肽鏈中結合，最終以硒蛋白的形式分布機體中。尿液、糞便和呼吸是硒的三種排泄方式。硒蛋白以三甲基硒化合物的形式存在于尿液中，隨著尿液排出體外；有些硒蛋白會經膽汁系統進入腸道中轉化為不溶性的化合物，通過糞便的方式排出體外；機體內硒的攝入量過高時，產生大量的二甲基硒化合物，其具有揮發(fā)性，因此通過呼吸的方式排出體外。硒的來源、水產動物的種類等因素導致硒的最適濃度不同（見表1）。由表1 可知，分別以無機硒和納米硒作為飼料添加劑，鯉對不同形式硒的最適濃度是不同的，分別為0.396～0.529 mg/kg 和1 mg/kg；同樣以無機硒作為補充硒的來源，鱸和鯉的最適濃度也不相同。硒的耐受力隨著水產動物種類的不同而不同，因此在飼料中硒的最適添加量也有所不同。

表1 不同水產動物的最適硒濃度

產生會損害酶、蛋白質分子以及細胞的FR 是使機體損傷和衰老的重要因素之一。硒能夠提高清除FR酶的活性，從而增強機體抗氧化的能力[46-47]。制作飼料時的高溫條件使脂質氧化形成過氧化物進入體內，經血液運輸送至全身各處并且會形成有強氧化性的游離基化合物。而這些化合物會攻擊體內的細胞膜磷脂雙分子層中的不飽和酸，使其發(fā)生過氧化現象，進而引起過氧化的損傷。硒能夠保護細胞膜的功能及結構，同時具有促進有毒的氧化物還原成無毒的化合物和水的作用，進而避免受到氧化損傷。郝甜甜等[48]研究表明銅脅迫大菱鲆（Scophthalmus maximus）幼魚時，在飼料中添加適量的硒會通過對肝臟金屬硫蛋白(MT)、溶菌酶(LZM)、谷胱甘肽轉移酶(GST)和熱休克蛋白70(HSP70)等相關基因表達量的調控，影響機體的生理代謝和抗氧化能力。這一結果證實了硒對內環(huán)境穩(wěn)態(tài)恢復具有一定的促進作用。添加0.66 mg/kg 的硒時，卵形鯧鲹（Trachinotus ovatus）的增重率最高；添加0.82 mg/kg 時，血清中GSH-Px 的活性最強[49]。胡俊茹等[50]研究發(fā)現硒的添加不僅可以顯著提高黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）幼魚的抗氧化能力，而且能夠提高應激后的血糖水平，此結果證實了硒對低溫應激具有保護作用。

3.2 硒對水產動物的毒性作用

水產動物缺乏硒時，魚肝臟中的血漿硒含量和細胞體積均顯著減少；同時由于受到FR 的攻擊，線粒體、胰腺結構以及內質網具有不完整性，同時導致肌纖維的變性和壞死[51]。水產動物缺硒會導致厭食、生長發(fā)育緩慢、免疫力下降、死亡率升高等現象的出現。水產動物厭食使背部肌肉萎縮，出現“瘦背癥”的癥狀；硒缺乏也會致使酶活性降低，FR累積而破壞細胞膜的通透性，使其失去保護能力，進而會出現不同內臟器官的受損和病變。Bell等[52]通過研究證實了硒和維生素E 具有協同作用，結果表明，投喂硒缺乏飼料會影響GSH-Px 的活性并且使魚體增重率降低而且伴有萎縮癥狀的出現；但是缺硒對魚的死亡率沒有顯著影響。此外，Bell 等[53]分別用缺硒組和補硒組的飼料對大西洋鮭（Salmo salar）幼魚進行連續(xù)投喂，研究硒對其過氧化作用，結果表明，與補硒組相比，缺硒組魚體的增長率明顯降低，而且缺乏營養(yǎng)元素硒魚出現了厭食癥、胰腺病以及肌肉病變等癥狀。此外，通過電鏡觀察可以發(fā)現硒缺乏使肝胰臟出現大量的空泡區(qū)，這說明了硒對維持組織結構的完整性有著至關重要的作用。硒的攝入在免疫調節(jié)和炎癥反應中發(fā)揮重要的作用[54]，如硒通過鯉的HSP60-TLR2-MAPKs信號通路調節(jié)炎癥反應，Gao 等[55]分別以硒水平為0.015 mg/kg(缺硒組)、0.80 mg/kg(正常組)和1.49 mg/kg（補硒組）對鯉影響進行研究，結果表明，硒缺乏引起TLR2 和HSP60 的表達以及促炎因子TNF-α、IL-6 和IL-1β含量的增加，使抗炎的TGF-β的分泌減少，進一步研究表明，隨著硒劑量依賴性降低，HSP60 表達增加，MAPKs 通路被肝臟組織和細胞中JNK、ERK 和p38 的磷酸化顯著激活，此研究證實了缺硒通過HSP60 和TLR2-MAPKs 信號通路誘導肝臟炎癥損傷的加重。此外，Gao 等[56]將硒作為炎癥反應的一部分對ROS 和micRNA-146a 的影響及其調控分子機制進行研究，結果表明，micRNA-146a在Se缺乏的情況下也出現了下降，而micRNA-146a 本應升高以恢復炎癥反應。因此，缺硒會引起頭腎發(fā)炎。這些結果表明，硒缺乏通過調節(jié)鯉魚頭腎中的MAPK 通路，抑制micRNA-146a 促進ROS 誘導。此研究再次證實了添加硒對鯉的生長和疾病的預防有積極作用。

硒的安全范圍十分狹窄，因此在補充硒的時候，需要格外的注意硒的使用劑量，避免中毒現象的發(fā)生[49]。高水平的硒會出現慢性中毒的癥狀，體內的鈣鎂含量明顯增高，發(fā)生鈣質沉積并損傷腎臟，進而引起飼料效率降低、生長緩慢、死亡率升高等一系列癥狀。David 等[57]對金頭鯛（Sparus aurata）投喂硒濃度為1.70 mg/kg 的飼料，研究發(fā)現魚體會出現生長緩慢、體重降低、死亡率增高的慢性中毒癥狀。此外，魚體內硒含量過高引起了肝臟的損傷。Tashjian 等[58]在白鱘（Psephurus gladius）飼料中添加硒，發(fā)現高水平的硒會導致肝臟和腎臟發(fā)生病理變化。Li 等[59]對日本青鳉（Oryzias latipes）在硒暴露的狀態(tài)下進行研究，結果表明，高水平硒降低了魚體肝臟中的SOD 的活性。Li等[60]將烏鱧（Channa argus）暴露于高水平硒中56 d，結果表明，隨硒含量的增加，GSH-Px的活性減弱并且肝臟中丙二醛（MDA）的含量升高；血清中的LA、IgM和C3的水平升高；肝臟中的TNF-α、IL-1β和IL-8 基因表達升高，而基因IκB-α和GR 的表達降低。硒過量不僅危害水產動物，而且破壞水生生態(tài)系統。由于富硒土壤流到水體中，美國的Kesterson水庫的硒質量濃度升高，不僅對水體中的水生生物造成不同程度的損傷，而且通過“水體-浮游動植物-魚-水鳥”食物鏈使該地區(qū)水鳥的筑巢率和繁殖率降低[61]。這證實了硒可以通過食物鏈危害上層營養(yǎng)級生物[62]。因此，硒對水產動物的毒性研究不容忽視[63-65]。

4 展望

硒能夠增強免疫能力、降低疾病的發(fā)生，在畜牧、醫(yī)學等方面均有廣泛的研究，而在水產動物方面的研究較少。近年來，隨著集約化養(yǎng)殖的發(fā)展，水產動物面臨著多種病害，硒作為必需的營養(yǎng)元素能夠增強機體抵御疾病的能力，進而減少水產養(yǎng)殖產業(yè)的經濟損失，在水產養(yǎng)殖中具有廣闊的應用前景。尤其，硒作為水生動物的必需微量元素，外源補充硒的方式以及相對應的劑量尚未被研究透徹，今后的研究將集中于不同種類水產動物對硒的最適需求量以及疾病防治與免疫功能的作用機理等方面。同樣，在養(yǎng)殖業(yè)全面禁抗的大背景下，硒可以作為一種抗生素的替代品，對綠色健康水產養(yǎng)殖的發(fā)展具有重要意義。隨著分子研究的逐步深入，硒的代謝機制以及作用靶點會被進一步揭示，對于開發(fā)新型免疫增強劑以及替抗物質提供新的研究思路。