四种饲料原料对刺参蛋白质代谢及免疫功能的影响
刺参(Apostichopusjaponicus)又称仿刺参,是沉积食性的海洋动物,其鲜味独特,具有很高的营养保健和医药作用,现已发展成为我国海水养殖业支柱产业之一,取得了巨大的经济和社会效益,其养殖规模日益扩大。在刺参养殖生产过程中,饲料质量的好坏直接影响刺参养殖业的经济效益,实践表明,鼠尾藻和马尾藻对刺参的饲喂效果较好,是公认的刺参用优质饵料。然而,刺参养殖业的过速发展造成了刺参的优质饵料鼠尾藻、马尾藻等大型海藻的需求量不断增加,加之人们对鼠尾藻和马尾藻自然资源的过度开发利用,现有的鼠尾藻、马尾藻资源的已供不应求,价格日益攀升,不能满足实际生产的需求。饲料原料不足的问题已开始成为阻碍刺参养殖业健康发展的潜在因素。因此,研究开发新型刺参用饲料资源和全价配合饲料迫在眉睫。
海带粉、脱胶海带粉、苜蓿粉和石莼粉四种原料来源广泛、资源丰富、价格低廉,且在畜禽及其他水产动物饲料研究中已有使用,是很好的饲料资源。笔者已对上述四种原料对刺参生长、体成分及消化生理的影响进行了研究报道(李旭等,2013),现通过研究比较其对刺参幼参蛋白质代谢及免疫功能的影响,进而更全面系统地分析四种原料对刺参的饲喂效果,为刺参饲料资源的开发利用及全价配合饲料的研制提供参考依据。
1材料与方法
1.1实验饲料
实验饲料分别用海带粉、脱胶海带粉、苜蓿草粉和石莼粉四种原料为主成分,以鼠尾藻粉、马尾藻粉和虾粉等原料为辅配制而成,详见表1。所有饲料原料经粉碎后粒度均达到150μm,然后按实验饲料配方并采用逐级混合法将各饲料原料混合均匀、装袋,并保存于-20℃冰箱中备用。
1.2实验刺参来源与规格
实验所用刺参由山东安源水产股份有限公司提供,随机选取大小均匀、体色相近、健康无病且活力强的刺参用于实验,刺参体质量约为6.50g/头。
1.3实验设计与饲养管理
实验共设4组,每组各3个重复,每重复40头刺参,分别饲养于12个80cm×60cm×50cm的白色塑料水槽中,水槽中垂直放入20片聚乙烯波纹板以供刺参栖息。养殖期间分别投喂4种不同实验饲料,养殖实验期为45d。
实验于山东安源水产股份有限公司内的养殖车间中进行。实验期间,采用避光养殖形式,水温保持在14.0~18.0℃、盐度控制在30.5~31.5,连续充气,溶氧保持在5mg/L以上,pH为7.5~8.0。每天上午将称好的各实验饲料和3倍量的海泥分别置于不同的白色小塑料桶中,加入适量海水,搅拌均匀后静置浸泡3~4h;下午14:00左右吸底换水一次,换水量为1/2~2/3,换水后将已发酵好的实验饲料和海泥混合均匀后进行投喂。每天注意观察刺参摄食与排便情况,及时调整饲喂量。
1.4样品采集与指标测定
1.4.1样品采集
实验结束时,随机选取各实验组刺参样品置于冰盘上,用手术剪沿刺参腹部剖开,取出消化道,剔除与之相连的呼吸树等其他组织,迅速保存于液氮中带回实验室,转移至-80℃超低温冰箱中保存,用于转氨酶和免疫酶活性的测定。
1.4.2指标测定
肠道转氨酶活性(谷草转氨酶GOT、谷丙转氨酶GPT)、免疫酶活性(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、酸性磷酸酶、溶菌酶)及蛋白质含量均采用南京建成生物工程研究所所产试剂盒测定,酶活以比活力表示。
1.5数据分析
试验数据以“平均值±标准差”表示。采用SPSS16.0统计软件进行单因素方差分析,如有显著差异,再进行Duncan’s多重比较法,以P<0.05作为显著性差异标准。
2实验结果
2.1四种主成分原料对刺参转氨酶活性的影响
由表2可知,试验刺参肠道组织中的谷草转氨酶(GOT)活性范围为4.74~5.43U/g,是谷丙转氨酶(GPT)活性(8.82~13.17U/g)的50%左右。其中,GOT活性以海带粉和脱胶海带粉组的较高,分别较最低试验组(苜蓿粉)GOT活性高14.56%和11.18%,GPT活性以海带粉和苜蓿粉组的较高,分别比最低试验组(石莼粉)GPT活性高42.74%和49.32%。而GOT与GPT活性的比值以脱胶海带粉组的最高,略高于石莼粉组(P>0.05),显著高于海带粉和苜蓿粉组(P<0.05),见图1。
2.2四种主成分原对刺参免疫性能的影响
由表3可知,试验刺参肠道组织几种免疫酶活性中,活性最高的为超氧化物歧化酶,达到24.44~41.79U/mg,过氧化氢酶活性远低于超氧化物歧化酶活性,且除脱胶海带粉组的较溶菌酶活性低之外,其余各组中的都高于溶菌酶的活性,在4.80~5.40U/mg范围内变化,而溶菌酶活性维持在2.10~7.17U/mg范围内,活性最低的是酸性磷酸酶,仅为71.29~100.55U/g。且四种主成分原料对各免疫酶活性均有显著影响(P<0.05),超氧化物歧化酶活性以海带粉组最高,分别比脱胶海带粉、苜蓿粉和石莼粉组的高出7.85%、29.54%和70.99%;过氧化氢酶活性则在脱胶海带粉和海带粉组中处于较高水平,显著高于苜蓿粉组和石莼粉组(P<0.05);溶菌酶活性以脱胶海带粉组最高,分别是石莼粉、海带粉和苜蓿粉组的1.64、2.57和3.41倍;酸性磷酸酶活性则以海带粉组最高,其余依次为苜蓿粉组、石莼粉组和脱胶海带粉组(P<0.05)。
3讨论
3.1四种主成分原料对刺参蛋白质代谢的影响
饲料中的蛋白质在动物体内降解成氨基酸后,是通过联合脱氨基(转氨基和脱氨基)作用进一步代谢与转换,在此代谢转化过程中,转氨酶起着至关重要的作用,其中谷草转氨酶和谷丙转氨酶是机体内最主要的两种转氨酶,主要参与机体内蛋白质的合成代谢和分解代谢。肝脏是大多数高等动物蛋白质代谢的重要部位,其内的谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性大小可反应动物体内蛋白质代谢情况。邓君明(2006)研究指出,牙鲆肝脏中谷草转氨酶活性升高,尤其是谷草转氨酶与谷丙转氨酶活性的比值升高,表明机体内氨基酸代谢旺盛,蛋白质合成代谢加强,而分解代谢下降,有利于饲料中氮在体内的沉积。而刺参属于低等的棘皮动物,没有特化的消化代谢器官,因此肠道组织中谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性的高低能一定程度地反应刺参体内蛋白质代谢的强弱。本试验与邓君明(2006)的研究结果相似,脱胶海带粉组刺参消化道中谷草转氨酶活性较高,且谷草转氨酶与谷丙转氨酶活性的比值最大,说明该试验组刺参体内氨基酸代谢旺盛,蛋白质合成代谢较强,有利于饲料中氮在体内沉积。这与笔者报道的脱胶海带粉饲喂刺参能表现出好的生长效果一致。
3.2四种主成分原料对刺参免疫功能的影响
棘皮动物是高等的无脊椎动物,其免疫系统包括吞噬细胞、补体系统和细菌诱导的转录因子等,一般认为其缺乏特异性免疫应答反应系统。刺参的免疫反应主要通过体腔液中吞噬细胞的吞噬作用、呼吸爆发及多种免疫因子等相互协同作用来实现的。同时刺参体壁及肠道等组织内也含有过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、溶菌酶等多种免疫酶,在刺参整个免疫体系中同样发挥着不可忽视的作用。因此,刺参能够在高浓度病原微生物环境中生存下来,且又以富含各种微生物的海泥和腐屑质等为饵料,其体壁及肠道等组织内的免疫酶在刺参整个免疫体系中发挥着必不可少的作用。本试验中,四种主成分原料对刺参肠道中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、溶菌酶及酸性磷酸酶都有显著影响。
超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)是生物体内两种重要的抗氧化酶,在抗氧化系统中是最初的也是最重要的防御机制。动物呼吸爆发所产生的活性氧和氧自由基,可攻击周围几乎所有的生物分子,如不能及时清除,可起机体蛋白质变性、脂类过氧化及DNA断裂,进而导致机体老化、抗病力降低,甚至出现死亡。SOD作为活性氧清除剂来清除体内自由基,能使O2-转变为H2O2和O2的反应加速,在防御机体衰老及生物分子损伤等方面具有极其重要作用。而CAT则主要通过与线粒体和过氧化氢体的结合,迅速将细胞代谢产生的毒性物质H2O2催化分解为H2O和O2,以达到有效清除过氧化氢,防止羟自由基生成的目的。因此,机体可通过SOD和CAT的协同作用来实现彻底清除体内活性氧和氧自由基的作用,起到很好的抗氧化作用。海带是传统的海洋中药,具有抗突变、抗氧化、抗病毒及增强免疫功能等多种药理作用。体外试验表明海带中的活性多糖具有清除自由基和抗脂质过氧化的作用。脱胶海带是经海带去除褐藻胶等成分后得到的,其体内还保留着海带中大部分的有效营养成分供动物使用。本试验中,海带粉组和脱胶海带粉组刺参肠道组织中的SOD和CAT活性均处于较高水平,比其他两种原料试验组都高,说明在这四种原料中,海带粉和脱胶海带粉能更好地增强刺参肠道清除O2-和H2O2等活性氧,终止氧自由基对刺参氧化的连锁反应,从而增强其抗氧化能力,保护自身免受活性氧的伤害。董学兴等(2011)在饲料中添加1%~7%的海带粉,并未引起异育银鲫抗氧化性指标超氧化物歧化酶及过氧化氢酶的显著变化。与本试验结果不同,这可能是由于饲料中海带粉的使用量或试验动物品种不同等因素引起的差异。
溶菌酶(LZM)是一种碱性蛋白,广泛存在于水产动物的各种组织、体液及分泌物中,是机体非特异性免疫系统中的重要成员。它能够破坏并溶解细菌细胞壁中的肽聚糖成分,从而损坏细菌的细胞壁,失去对细胞的保护作用,最终使细胞崩解死亡,进而破坏和清除侵入机体的外来异物,起到很好的机体防御功能。本试验中,四种主成分原料对刺参肠道组织内的溶菌酶活性有显著影响,以脱胶海带粉组的活性最大,说明脱胶海带粉除有利于刺参清除有害自由基外,还能有效清除入侵体内的外来异物,进一步增强刺参的非特异性免疫功能,而海带粉组的溶菌酶活性显著低于脱胶海带粉和石莼粉组。EI-Boshy等(2010)通过在日粮中添加海带提取物褐藻淀粉,能增强尼罗罗非鱼血清溶菌酶活性。本试验中海带粉组的刺参溶菌酶活性较低,可能是因为海带中的活性物质对不同物种体内免疫酶活性的影响存在差异,或是由于本试验是直接使用海带粉进行饲喂,其内的活性物质浓度较低及刺参对其消化利用率不高等原因所引起的,具体原因有待今后进一步研究探讨。
酸性磷酸(ACP)是动物体内巨噬细胞溶酶体的标志酶,也是巨噬细胞内典型的水解酶之一。在酸性条件下,ACP可通过水解作用来破坏掉表面带有磷酸酯的异物,并能修饰或改变细菌等外来异物的表面分子结构组成等,从而加快对异物的吞噬和清除速度。因此,ACP在刺参抵抗疾病、免疫应答及细胞损伤与修复过程中,具有一定的生物学意义。本试验中,四种不同饲料饲喂刺参可引起其肠道组织中ACP活性的显著变化,其中海带粉比其他三种饲料更能激活ACP,加快刺参对外来异物的吞噬和清除速度,加之其能有效清除体内有害自由基,可共同增强刺参非特异性免疫功能。
4小结
因此,从蛋白质代谢和免疫学角度考虑,脱胶海带粉和石莼粉更有利于刺参体内蛋白质合成代谢,而海带粉和脱胶海带粉则更能维持刺参较高的免疫功能。为分析各原料对刺参养殖效果提供了一定理论依据。
(1.中国水产科学研究院黄海水产研究所,陈四清,高菲,孙慧玲,刘长琳;2.扬州大学动物科学与技术学院,李旭,章世元;3.山东安源水产股份有限公司,烟台邹安革)
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