浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 尹 娜 邵慶均
當(dāng)今水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)追求優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),但在大規(guī)模高密度的養(yǎng)殖生產(chǎn)中往往會(huì)引起魚(yú)體的抗應(yīng)激能力下降,病害增多,成活率下降等問(wèn)題。維生素是魚(yú)體維持正常生命活動(dòng)和生長(zhǎng)所必須的微量營(yíng)養(yǎng)素。大量研究表明,維生素C(VC)和維生素E(VE)是對(duì)魚(yú)類(lèi)免疫系統(tǒng)影響最大的兩種維生素。
1.1 VC的生理作用及機(jī)制 VC是魚(yú)和蝦類(lèi)所必需的營(yíng)養(yǎng)成分之一,與激素合成、礦物質(zhì)吸收、新陳代謝有密切關(guān)系,并且能夠增強(qiáng)機(jī)體免疫力、預(yù)防壞血病、保護(hù)微血管、促進(jìn)傷口愈合。VC在甲殼生長(zhǎng)及蛋白質(zhì)代謝中也起重要的作用。
1.1.1 參與體內(nèi)的氧化還原反應(yīng) VC可脫氫成為脫氫抗壞血酸,在魚(yú)體內(nèi)脫氫抗壞血酸很容易被-SH基還原成還原型L-抗壞血酸自成一個(gè)氧化還原體系。Kanagu(2010)等試驗(yàn)表明,VC缺乏將導(dǎo)致新陳代謝紊亂。
1.1.2 免疫增強(qiáng)作用 VC能增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的免疫機(jī)能提高抗病力。其機(jī)制是VC對(duì)白細(xì)胞吞噬活性、抗體合成等都有激活作用。艾慶輝(2005)等研究表明,VC在一定范圍內(nèi)對(duì)體液免疫具有促進(jìn)作用,但是過(guò)量或不足都將引起抑制作用。VC還能提高水產(chǎn)動(dòng)物的抗應(yīng)激能力。
1.1.3 參與細(xì)胞間質(zhì)的形成 VC是脯氨酸羥基化酶的輔酶,有利于脯氨酸羥基化酶形成羥脯氨酸。由于羥脯氮酸是膠原蛋白中含量較多的成分,因此VC可促進(jìn)膠原蛋白的合成,有助于促進(jìn)膠原組織如骨、結(jié)締組織、軟骨、殼等細(xì)胞間質(zhì)的形成。Soliman等(1994)的研究證明,當(dāng)魚(yú)蝦攝人VC不足時(shí),膠原蛋白的合成減少,引起毛細(xì)血管脆性增加,通透性增大,皮下、肌肉、胃腸黏膜出血,表現(xiàn)出壞血病癥狀。
1.1.4 對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的繁育性能的作用 目前VC影響?hù)~(yú)蝦繁殖力的作用機(jī)制尚不是很清楚??赡苁窃诼焉蛇^(guò)程中或胚胎形成過(guò)程中由親體傳遞給后代然后隨著膠原的形成而消耗掉。
1.1.5 解毒作用 大劑量的VC可緩解鉛、砷、銅、苯及某些細(xì)菌毒素進(jìn)人體內(nèi)造成毒害。其原理是VC是強(qiáng)還原劑。能將體內(nèi)的氧化型谷胱甘肽轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原型谷胱甘肽,還原型谷胱甘肽與重金屬離子結(jié)合而排出體外,保護(hù)了體內(nèi)活性琉基而解毒。
1.1.6 參加體內(nèi)其他代謝反應(yīng) VC參與葉酸轉(zhuǎn)變?yōu)樗臍淙~酸、酪氨酸代謝過(guò)程及腎上腺皮質(zhì)激素合成過(guò)程。VC是維持體內(nèi)許多羥化酶活性所必需的,并且參與脯氨酸、苯丙氨酸和賴(lài)氨酸等的羥基化反應(yīng)。此外,VC還能促進(jìn)腸道內(nèi)鐵的吸收。VC在消化道內(nèi)能還原高價(jià)鐵 (Fe3+)為低價(jià)鐵(Fe2+),維持其還原狀態(tài),促進(jìn)腸道對(duì)鐵的吸收和鐵在魚(yú)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和利用。VC還能與VE、Se等營(yíng)養(yǎng)成分協(xié)同作用,減輕水產(chǎn)動(dòng)物體脂的過(guò)氧化作用。
1.2 VE的生理作用及機(jī)制 VE是水產(chǎn)動(dòng)物重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),其主要功能是消除體內(nèi)多余的自由基,保護(hù)脂溶性細(xì)胞膜以及不飽和脂肪酸不被氧化,通過(guò)促進(jìn)和調(diào)理免疫細(xì)胞的功能來(lái)提高動(dòng)物體的免疫力。
1.2.1 抗氧化作用 VE的主要功能是非特異性的斷鏈抗氧化。VE作為斷鏈抗氧化劑可阻止自由基的反應(yīng),從而避免氧自由基對(duì)細(xì)胞膜磷脂和血漿脂蛋白的攻擊。因此VE能夠保證細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性,同時(shí)也可以緩解氧自由基造成的應(yīng)激。王建梅等(2003)報(bào)道,VE是機(jī)體重要的抗氧化物質(zhì)。南美白對(duì)蝦餌料中VE的添加量為100 mg/kg時(shí),能使蝦肝胰腺內(nèi)的VC和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)的含量顯著增加,發(fā)揮正常的抗氧化作用,增強(qiáng)南美白對(duì)蝦對(duì)鹽度突變的耐受力。
1.2.2 維持生育功能 VE具有調(diào)節(jié)動(dòng)物機(jī)體新陳代謝以及性腺中類(lèi)固醇類(lèi)激素生物合成的作用,有利于促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的性腺發(fā)育。VE可以通過(guò)垂體前葉分泌促性腺激素調(diào)節(jié)性機(jī)能,增加卵巢機(jī)能,使卵泡黃體細(xì)胞增加,并且通過(guò)預(yù)防精子被氧化而直接對(duì)精子起保護(hù)作用。VE與動(dòng)物生殖腺發(fā)育關(guān)系最密切,對(duì)魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)卵生理及卵質(zhì)等起著重要的作用。Lee和Shiau(2004)用添加不同劑量VC和VE的飼料投喂黃河鱸的研究表明,VE能夠改善黃河鱸雄魚(yú)精子的質(zhì)量。張國(guó)輝等(2006)研究表明,當(dāng)飼料中VE添加量達(dá)到200 mg/kg時(shí),雌鱔的卵巢發(fā)育較好,性腺系數(shù)、產(chǎn)卵力和孵化率較高。雌鱔的繁殖性能明顯改善。
1.2.3 調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng) VE對(duì)魚(yú)類(lèi)免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。VE對(duì)不同抗原介導(dǎo)的體液免疫有選擇性影響,研究表明這種影響具有劑量依賴(lài)性。Trushenski和Kohler(2007)的試驗(yàn)證明,VE可以影響免疫系統(tǒng)功能。一方面,VE可阻止過(guò)氧化反應(yīng)和自由基對(duì)淋巴網(wǎng)狀細(xì)胞的破壞作用,通過(guò)阻止花生四烯酸的氧化反應(yīng)影響氧化磷酸化關(guān)鍵酶以及通過(guò)改變淋巴細(xì)胞膜受體功能來(lái)抑制前列腺素合成,增強(qiáng)體液免疫功能;另一方面,VE能夠加強(qiáng)細(xì)胞免疫,提高細(xì)胞免疫能力增加嗜中性白細(xì)胞的數(shù)量。VE能有效地提高蝦蟹的抗應(yīng)激能力和免疫力。艾春香等(2008)報(bào)道,投喂添加了VE的飼料能顯著提高中華絨螯蟹血清中環(huán)氧丙烷(PO)的活性(P<0.05或P<0.01),且隨著VE添加量的增加,PO活性隨之升高,其免疫功能增強(qiáng)。
1.2.4 抑制血小板增殖、凝集和血細(xì)胞黏附 VE除了直接的抗氧化功能外,還有特異性的分子功能。它能抑制蛋白激酶C的活性。蛋白激酶C在血小板增殖和分化中起著重要的作用。 VE還可以上調(diào)胞漿磷脂酶A2和環(huán)氧合酶的表達(dá),這兩種酶是花生四烯酸級(jí)聯(lián)反應(yīng)的限速酶,而花生四烯酸的過(guò)氧化反應(yīng)是形成前列環(huán)素所必需的。所以VE與前列環(huán)素的釋放有劑量依賴(lài)效應(yīng)。前列環(huán)素是強(qiáng)有力的血小板凝集抑制劑和血管舒張劑。血管內(nèi)皮細(xì)胞富含VE還可降低細(xì)胞間黏附因子和血管細(xì)胞黏附分子的表達(dá)從而抑制血細(xì)胞與內(nèi)皮的黏附。
2.1 水產(chǎn)動(dòng)物缺乏VC的癥狀 很多研究表明,VC能夠促進(jìn)魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)發(fā)育,提高飼料效率,增加魚(yú)類(lèi)的免疫能力。如果魚(yú)飼料中VC不足,魚(yú)類(lèi)得不到充足的VC供給,引起VC的缺乏,表現(xiàn)為食欲不振,游泳緩慢,生長(zhǎng)緩慢,體型畸形等,嚴(yán)重時(shí)引起壞血病癥狀,導(dǎo)致生長(zhǎng)不良,免疫力低下,但不同種類(lèi)的魚(yú)之間有一定差異。Soliman等(1994)報(bào)道,羅非魚(yú)VC缺乏會(huì)出現(xiàn)驚厥、皮膚出血、突眼、尾鰭腐蝕、傷口愈合慢。網(wǎng)箱養(yǎng)殖的鯉魚(yú),小部分鯉魚(yú)出現(xiàn)鰓蓋凹凸不平,呈拱狀形,嚴(yán)重者脊椎彎曲變軟,大部分鯉魚(yú)生長(zhǎng)緩慢、爛鰓、皮膚腐爛、體表出血、不易愈合、易感染水霉等疾病而死亡,成活率低。Chavzde等(1990)試驗(yàn)表明,鱺魚(yú)魚(yú)苗生長(zhǎng)減慢,鰓蓋變短,體色變黑,突眼,眼、頭、鰭出血,腹部腫脹,皮膚和鰭腐爛,鱗片脫落,脊柱側(cè)凸。鮭鱒魚(yú)類(lèi)飼喂含VC缺乏的飼料后,頭和鰭的支持軟骨異常,脊椎畸形,并在前期出現(xiàn)非特異癥狀如厭食、嗜睡、腹水以及出血性突眼癥。曾永亮(1998)報(bào)道對(duì)蝦在攝食缺VC的飼料后,出現(xiàn)生長(zhǎng)減慢、軟殼、蛻皮周期延長(zhǎng)等癥狀。Magarell和 Hunter(1999)報(bào)道,對(duì)蝦VC 缺乏可發(fā)生黑斑病,并在24~72 h內(nèi)死亡。癥狀表現(xiàn)為外殼下層、腹部、鰓甚至腸的結(jié)締組織發(fā)生黑色素化病變。李?lèi)?ài)杰(1998)試驗(yàn)表明,VC缺乏時(shí)對(duì)蝦蛻殼頻率降低,周期延長(zhǎng),鰓渾濁,死亡率高。這是由于蝦殼硬化是經(jīng)一種外殼蛋白與苯醌的交聯(lián)作用形成的。苯醌是由酪氨酸酶催化,氧化苯酚產(chǎn)生,此過(guò)程必有VC參與。
2.2 水產(chǎn)動(dòng)物缺乏VE的癥狀 VE作為一種重要的營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)維持動(dòng)物機(jī)體正常代謝過(guò)程和生理功能具有重要的作用,主要表現(xiàn)在抗氧化、抗不育、抗病力、抗應(yīng)激能力以及提高繁殖力和機(jī)體的免疫力等方面。研究表明,大西洋鮭(Poston等,1976)、斑點(diǎn)叉尾 (Wilson,1984)、虹鱒(Moccia,1984)、草魚(yú)(Takeuchi,1992)、羅非魚(yú)攝食 VE 缺乏的日糧后出現(xiàn)貧血、肌營(yíng)養(yǎng)不良、滲出性素質(zhì)、胰腺萎縮和肝臟臘樣質(zhì)沉著等病理變化。Watanabe和 Takashima(1970)報(bào)道,鯉在 VE 缺乏時(shí)會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)不良和肌肉萎縮,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致死亡。
VE缺乏時(shí),魚(yú)體對(duì)外界的免疫力下降,淋巴細(xì)胞對(duì)促細(xì)胞分裂素的反應(yīng)降低。VE能有效地提高蝦蟹的抗應(yīng)激能力及其免疫力。對(duì)已患病的蝦蟹群體,補(bǔ)充適量VE不僅可以降低蝦蟹死亡率,并且能促使其早日恢復(fù)健康 (Lee和Shiau,2004)。艾春香等(2008)報(bào)道,投喂添加了VE的飼料能顯著提高中華絨螯蟹血清中環(huán)氧丙烷(PO)活性(P < 0.05 或 P < 0.O1),且隨著 VE 添加量的增加,PO活性隨之升高增強(qiáng)其免疫功能。
已經(jīng)有大量的研究來(lái)評(píng)價(jià)飼料中VE和VC或者它們的混合物對(duì)魚(yú)類(lèi)免疫功能和魚(yú)類(lèi)抗病力方面的作用。 Ortuno(2001)和 Lim 等(2006)試驗(yàn)證明,飼料中如果缺乏VE和VC能夠降低魚(yú)類(lèi)的免疫反應(yīng)并且能夠增加魚(yú)類(lèi)被細(xì)菌感染的可能性。
3.1 VC的免疫機(jī)制 VC能增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的免疫。其機(jī)制是VC可能對(duì)白細(xì)胞吞噬活性、網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的功能、抗體合成等有激活作用。
VC之所以能夠提高魚(yú)類(lèi)的免疫力主要有以下幾個(gè)原因:(1)VC是細(xì)胞液中清除自由基的第一道屏障 (Chie 和 Hwang,2001);(2)VC 能夠防治脂肪酸的過(guò)氧化,從而使細(xì)胞膜免受損害,有利于免疫功能的發(fā)揮(Ortuno 等,1999);(3)VC 能夠保護(hù)VE使其正常發(fā)揮生理功能 (Munlero等,1998);(4)VC 可以抑制組氨酸脫羧酶的誘導(dǎo),從而減少組胺合成,提高魚(yú)類(lèi)免疫力。Li和Lovell(1985)發(fā)現(xiàn),用不含VC的飼料投喂斑點(diǎn)叉尾鮰.其血清溶解紅細(xì)胞(SRBC)的溶血活性明顯低于投喂含VC的飼料。在飼料高水平VC組(3000 mg/kg),魚(yú)體血清補(bǔ)體的溶血活性是低水平組(30 mg/kg或 300 mg/kg)的 2 倍。 Hardie等(1991)等對(duì)大西洋鮭的研究也有類(lèi)似結(jié)果。大西洋鮭血清補(bǔ)體的溶血活性隨飼料VC水平的增加而增加。宋學(xué)宏等(2002)發(fā)現(xiàn),異育銀鯽的血清補(bǔ)體活性隨飼料VC含量的增加而明顯提高。當(dāng)每千克飼料中VC含量600 mg時(shí)血清補(bǔ)體活性最高。Verlhac等(1996)發(fā)現(xiàn),高水平VC的飼料能顯著提高虹鱒的溶菌酶活性和巨噬細(xì)胞的吞噬活力。
VC能夠影響?hù)~(yú)類(lèi)的免疫系統(tǒng)。但是針對(duì)不同魚(yú)類(lèi),VC的最適添加量,亦即能夠刺激魚(yú)體產(chǎn)生最佳免疫反應(yīng)的VC量、處理時(shí)間、處理溫度和其他環(huán)境因子之間的關(guān)系等一系列問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。
3.2 VE的免疫機(jī)制和抗病機(jī)制 許多研究證明VE能提高水產(chǎn)動(dòng)物的免疫能力。一方面,VE能夠阻止過(guò)氧化反應(yīng)和自由基對(duì)淋巴網(wǎng)狀細(xì)胞的破壞作用,通過(guò)阻止花生四烯酸的氧化反應(yīng)影響氧化磷酸化關(guān)鍵酶和改變淋巴細(xì)胞膜受體功能來(lái)抑制前列腺素合成,增強(qiáng)體液免疫;另一方面,VE能加強(qiáng)細(xì)胞免疫,提高細(xì)胞免疫能力和增加嗜中性白細(xì)胞的數(shù)量。
陳璦和周玫(1985)研究證明,VE是脂溶性自由基鏈鎖反應(yīng)的阻斷抗氧化劑,其酚基上的氫原子在自由基反應(yīng)中作為供氫體阻斷自由基鏈鎖反應(yīng),從而阻止脂質(zhì)過(guò)氧化。VE缺乏必然會(huì)導(dǎo)致魚(yú)體內(nèi)自由基鏈鎖反應(yīng)加劇,發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng),其氧化產(chǎn)物如丙二醛能夠與肌肉蛋白質(zhì)結(jié)合引起蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間交聯(lián),導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,結(jié)構(gòu)破壞,從而造成骨骼肌損傷。另一方面,VE缺乏可導(dǎo)致鯉魚(yú)胰腺變性、壞死和萎縮,而胰島分泌的胰島素能刺激靶細(xì)胞的葡萄糖氧化作用、糖原生成、ATP形成和脂肪生成,抑制蛋白質(zhì)的分解,促進(jìn)肌蛋白的合成,對(duì)骨骼肌營(yíng)養(yǎng)代謝具有重要的調(diào)節(jié)作用(張?jiān)雒鳎?984)。因此,胰腺的嚴(yán)重?fù)p傷必然會(huì)導(dǎo)致胰島素的分泌量減少,蛋白質(zhì)的合成受阻,而分解作用加強(qiáng),表現(xiàn)為肌纖維萎縮、變細(xì)。由于以上這兩方面的原因所致,形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為特征性的“瘦背癥”。
VE和VC是水產(chǎn)養(yǎng)殖生物中必要的營(yíng)養(yǎng)元素,并且是很重要的抗氧化劑。大量研究已經(jīng)證明這兩種維生素是營(yíng)養(yǎng)元素中參與免疫反應(yīng)的最主要的元素。它們單獨(dú)使用時(shí)都可以增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的免疫力,有很多研究已經(jīng)表明在免疫方面VC和VE之間具有節(jié)約作用。Sealey和Shiau等(2002)試驗(yàn)證明,它們?cè)谠鰪?qiáng)動(dòng)物免疫力方面具有協(xié)同作用。Shian和Hsu(2002)以羅非魚(yú)為試驗(yàn)對(duì)象,在最適VC水平和3倍的最適水平下,分別添加和不添加VE,結(jié)果表明在高水平的VC的條件下,即使不添加VE,試驗(yàn)魚(yú)的生長(zhǎng)和飼料轉(zhuǎn)化率與添加組之間也沒(méi)有顯著差異,這說(shuō)明VC對(duì)VE的節(jié)約效應(yīng),二者的適宜含量可顯著提高魚(yú)類(lèi)的免疫力和抗病力。
Mediha(2008)研究表明,在鯰魚(yú)的生長(zhǎng)和飼料利用效率上VC和VE之間沒(méi)有顯著的關(guān)系。但是在缺乏VC造成的骨骼畸形方面,試驗(yàn)結(jié)果表明VE對(duì)VC具有節(jié)約作用。在基礎(chǔ)日糧中添加50 mg/kg或者500 mg/kg的VE能夠緩解VC的缺乏癥。
VC和VE對(duì)提高水產(chǎn)動(dòng)物免疫功能,主要作用機(jī)理是通過(guò)提高水產(chǎn)動(dòng)物的非特異性免疫功能來(lái)增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物的抗應(yīng)激、感染能力,從而提高其生產(chǎn)性能。這種免疫增強(qiáng)劑具有作用廣泛、特性穩(wěn)定、安全高效等的特點(diǎn),適宜作為飼料添加劑來(lái)替代抗生素對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)。
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