楊 虹,謝明寶,于 輝,農(nóng)興新,楊文豪,楊 映
(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院,廣東 佛山 528231)
益生菌(Probiotics)是一類對(duì)宿主有益的活性微生物,它能產(chǎn)生有益于宿主健康的功效,改善宿主的微生態(tài)平衡。國內(nèi)外水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)應(yīng)用的益生菌種類主要有乳酸桿菌(Lactobacillusacidophilus)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、雙歧桿菌(Bifidobacteriuminopinatum)、酵母菌(Yeast)和腸球菌(Enterococci)等[1]。益生菌在動(dòng)物腸道酸性環(huán)境中具有較高的穩(wěn)定性,能有效抑制有害菌生長,提高動(dòng)物機(jī)體免疫力,同時(shí)也參與機(jī)體的新陳代謝,為機(jī)體提供營養(yǎng)物質(zhì),促進(jìn)動(dòng)物的生長發(fā)育,在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中已被廣泛使用[2]。中草藥多糖與益生菌在生理功能上具有高度一致性。同時(shí),中草藥多糖扮演益生元的角色被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域,它不僅具有免疫調(diào)節(jié)、抗感染、抗氧化等生物學(xué)功能,還具有無毒副作用、對(duì)動(dòng)物刺激小等優(yōu)點(diǎn)。玉屏風(fēng)多糖是由黃芪、白術(shù)和防風(fēng)三味中草藥經(jīng)傳統(tǒng)水提醇沉技術(shù)得到的復(fù)合中草藥多糖,研究表明,玉屏風(fēng)多糖作為水產(chǎn)飼料的添加劑和免疫增強(qiáng)劑,具有改善水生動(dòng)物腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)、提高機(jī)體免疫力、促進(jìn)生長發(fā)育和保障健康的作用[3-4]。
烏鱧(Channaargus)俗稱黑魚,屬鱸形目(Perciformes)、鱧科(Channaidae)、鱧屬(Channa),是一種兇猛的肉食性魚類,但因其肉味鮮美,且具有祛瘀活血、怯寒調(diào)養(yǎng)、生肌補(bǔ)血等多種藥理功效,使其具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與營養(yǎng)價(jià)值。在抗生素濫用導(dǎo)致水環(huán)境惡化、水產(chǎn)動(dòng)物疾病頻發(fā)的今天,尋求新型綠色環(huán)保的抗生素替代品成為水產(chǎn)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。已有研究證實(shí),2種或2種以上不具有拮抗作用的益生菌復(fù)合制劑的作用效果明顯優(yōu)于單一益生菌[5-6]。而且中草藥多糖與益生菌聯(lián)合使用對(duì)于動(dòng)物生長[7]、免疫[8]等的影響也顯著優(yōu)于單獨(dú)的復(fù)合益生菌。將玉屏風(fēng)多糖與復(fù)合益生菌聯(lián)合使用,是微生態(tài)制劑的一種新思路。目前關(guān)于中藥多糖復(fù)合益生菌制劑對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物影響的研究報(bào)道相對(duì)較少。因此,本研究以烏鱧為試驗(yàn)對(duì)象,在飼料中分別添加復(fù)合益生菌(乳酸菌、雙歧桿菌和枯草芽孢桿菌)和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌(玉屏風(fēng)多糖、乳酸菌、雙歧桿菌和桔草芽孢桿菌),分析2種微生態(tài)制劑對(duì)烏鱧的生長、腸道結(jié)構(gòu)和免疫能力的影響,旨在探究復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌在水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖中的增益作用與效果,為其在生產(chǎn)中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
基礎(chǔ)飼料參照《實(shí)用飼料配方集錦》[9]進(jìn)行配方設(shè)計(jì)與配制,其組成成分及營養(yǎng)成分見表1。以基礎(chǔ)飼料為對(duì)照組,試驗(yàn)組為在基礎(chǔ)配方中分別添加0.8%復(fù)合益生菌、1.6%復(fù)合益生菌、 0.8%玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌。復(fù)合益生菌由乳酸菌、雙歧桿菌、枯草芽孢桿菌按1∶1∶1比例混合而得,有效活菌量為1.0×109cfu/mL。玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌由復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖按1∶1比例混合而得。玉屏風(fēng)多糖由佛山德眾藥業(yè)有限公司提供,其總還原糖、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、水分和粗纖維的含量分別為34.20%、18.52%、0.71%、8.86%、8.21%和0.67%。
表1 基礎(chǔ)飼料組成及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ)) Tab.1 Composition and nutrient levels of the basal diet(air-dry basis)
注:每千克預(yù)混料含8 000 IU 維生素A,7.5 mg 維生素B1,15 mg 維生素B2,100 mg煙酸,12.5 mg 維生素B6,5 mg 維生素B12,50 mg D-泛酸,1 mg生物素,200 mg肌醇,5 mg葉酸,2 500 mg氯化膽堿,240 mg 維生素C, 200 IU 維生素D4,300 mg 維生素E,0 mg維生素K3,400 mg 抗氧化劑,5 mg 氯化鈷,1 000 mg左旋肉堿。
Note: 1 kg of premix contained 8 000 IU VA,7.5 mg VB1,15 mg VB2,100 mg niacin,12.5 mg VB6,5 mg VB12,50 mg D-pantothenic acid,1 mg biotin,200 mg inositol,5 mg folic acid,2 500 mg choline chloride,240 mg VC,200 IU VD4,300 mg VE,0 mg VK3,400 mg BHT,5 mg CoCl2,1 000 mg L-carnitine.
選取平均體質(zhì)量為(23±0.15)g的健康烏鱧240尾隨機(jī)分成4組,即對(duì)照組和試驗(yàn)組(Ⅰ~Ⅲ組),每組3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)20尾。預(yù)試期7 d,正式期56 d,試驗(yàn)期間保持24 h充氧,水溫為(28±0.5)℃,1 d 2次定時(shí)(8:00和16:00)投喂,日投喂量為總體質(zhì)量的2%~4%,每次根據(jù)攝食情況適當(dāng)調(diào)整投喂量。
1.3.1 生長性能測定 分別于試驗(yàn)正式開始和第56天試驗(yàn)結(jié)束時(shí),對(duì)禁食24 h后的烏鱧進(jìn)行活體計(jì)數(shù)和體質(zhì)量稱量,并準(zhǔn)確記錄采食量、初均體質(zhì)量(IBW)、末均體質(zhì)量(ABW)等指標(biāo),計(jì)算體質(zhì)量增加率(WGR)、特定生長率(SGR)、飼料系數(shù)(FCR)和成活率。
1.3.2 腸道形態(tài)測定 第56天試驗(yàn)結(jié)束后,于無菌環(huán)境下解剖烏鱧,選取長度約1 cm的中腸,采用Carnoy’s固定液固定12~24 h后,進(jìn)行石蠟包埋與切片,利用常規(guī)蘇木精-伊紅(HE)染色,并用Image-Pro 6.0圖像處理軟件測定絨毛高度、隱窩深度和肌層厚度,計(jì)算絨腺比(V/C)。
1.3.3 血清生化指標(biāo)測定 第56天試驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)禁食24 h后的烏鱧進(jìn)行尾靜脈采血,室溫靜置一段時(shí)間后,于4 ℃、3 000 r/min離心5 min,移取并分裝上層血清,測定總超氧化物歧化酶活性(T-SOD)和溶菌酶活性(LZM)。測定均采用南京建成生物工程研究所的試劑盒進(jìn)行。
1.3.4MHCⅠ相對(duì)表達(dá)量測定 第56天試驗(yàn)結(jié)束后,解剖分離魚體肝臟、腎臟、鰓絲和肌肉,參照Trizol Reagent(Invitrogen公司)和PrimeScriptTMRT Reagent Kit(TaKaRa公司)的說明書進(jìn)行總RNA的提取與cDNA反轉(zhuǎn)錄。
根據(jù)NCBI上烏鱧β-actin(GenBank:AQU42895.1)和MHCⅠ(GenBank:ACF74832.1)基因序列設(shè)計(jì)引物,引物均由上海生工生物工程有限公司合成。PCR引物序列和產(chǎn)物長度見表2。
采用TaKaRa SYBR?Premix ExTaqTMⅡ(Perfect Real Time)進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR試驗(yàn),反應(yīng)體系20 μL:SYBR?Premix ExTaqTMⅡ 10 μL,ROX Reference DyeⅡ 0.4 μL,cDNA模板2 μL,上、下游引物各0.8 μL,dH2O 6 μL。反應(yīng)程序?yàn)?94 ℃預(yù)變性2 min;94 ℃變性30 s,57 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s,40個(gè)循環(huán)。目的基因的相對(duì)表達(dá)量采用2-△△Ct法計(jì)算。
表2 目的基因引物序列 Tab.2 Primer sequences in PCR
所得數(shù)據(jù)均以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析和Duncan’s法進(jìn)行多重比較,分析試驗(yàn)結(jié)果的差異顯著性。
由表3可知,利用復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌處理烏鱧后,直至試驗(yàn)結(jié)束,沒有試驗(yàn)魚死亡。試驗(yàn)組的烏鱧體質(zhì)量增加率和特定生長率顯著高于對(duì)照組,飼料系數(shù)則顯著低于對(duì)照組;以對(duì)照組作為參考,試驗(yàn)Ⅱ組的烏鱧體質(zhì)量增加率和特定生長率分別提高31.15%和31.01%,飼料系數(shù)降低20.77%。此外,試驗(yàn)Ⅲ組的烏鱧生長性能優(yōu)于試驗(yàn)Ⅰ組。
表3 復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌對(duì)烏鱧生長性能的影響Tab.3 Effect of compound probiotics and Yupingfeng polysaccharide on growth performance of Channa argus
注:同行肩標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同。
Note: Values with Different lowercase superscripts within the same line indicate significant difference (P<0.05).The same as below.
由表4可知,復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌對(duì)烏鱧腸絨毛高度、隱窩深度和肌層厚度有一定的作用。各試驗(yàn)組的腸絨毛高度較對(duì)照組分別提高17.42%、21.42%和16.98%。隱窩深度表現(xiàn)為:試驗(yàn)Ⅲ組>對(duì)照組>試驗(yàn)Ⅱ>試驗(yàn)Ⅰ組。絨腺比表現(xiàn)為:試驗(yàn)Ⅱ組>試驗(yàn)Ⅰ組>試驗(yàn)Ⅲ組>對(duì)照組,試驗(yàn)組與對(duì)照組比較均有顯著性差異。與對(duì)照組相比,試驗(yàn)組的肌層厚度分別提高10.51%、14.97%和13.08%,其中試驗(yàn)Ⅱ組和試驗(yàn)Ⅲ組與對(duì)照組有顯著性差異。
表4 復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌對(duì)烏鱧腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響Tab.4 Effect of compound probiotics and Yupingfeng polysaccharide on intestinal morphology of Channa argus
由表5可知,利用復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌處理烏鱧后,經(jīng)過56 d的飼養(yǎng),試驗(yàn)組烏鱧的血清溶菌酶活性顯著高于對(duì)照組,分別提高34.52%、37.64%、34.02%,其中以試驗(yàn)Ⅱ組最明顯,而試驗(yàn)組之間無顯著性差異。試驗(yàn)組血清總超氧化物歧化酶活性分別較對(duì)照組顯著提高了23.61%、36.11%、40.27%,其中,試驗(yàn)Ⅱ和Ⅲ組高于試驗(yàn)Ⅰ組,但試驗(yàn)組之間無顯著性差異。
表5 復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌對(duì)烏鱧LZM、T-SOD活性的影響Tab.5 Effect of compound probiotics and Yupingfeng polysaccharide on LZM and T-SOD activity of Channa argus
由表6可知,復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌對(duì)烏鱧MHCⅠ相對(duì)表達(dá)量影響的檢測結(jié)果顯示,MHCⅠ在烏鱧腎臟、肝臟、鰓絲和肌肉中均有不同程度的表達(dá)。其中,以腎臟MHCⅠ的表達(dá)量最高,肝臟、鰓絲次之。試驗(yàn)Ⅱ組烏鱧腎臟、肝臟和鰓絲中的MHCⅠ表達(dá)量最高,但與其他2個(gè)試驗(yàn)組無顯著性差異。試驗(yàn)Ⅰ組烏鱧肌肉中的MHCⅠ表達(dá)量顯著高于其他3組。
表6 MHCⅠ在烏鱧不同組織中的相對(duì)表達(dá)量Tab.6 The relative expression levels of MHC Ⅰ in the different parts of Channa argus
本研究表明,復(fù)合益生菌和玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌均可以促進(jìn)烏鱧生長發(fā)育。這2種微生態(tài)制劑主要是通過提高烏鱧的腸絨毛高度、降低隱窩深度以及增加肌層厚度來保證腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性,從而增強(qiáng)魚體免疫力。因此,建議在烏鱧養(yǎng)殖中,適當(dāng)添加益生菌或玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌等綠色飼料添加劑,以促進(jìn)烏鱧的健康成長,減少病害的發(fā)生。
益生菌在動(dòng)物腸道內(nèi)的繁殖過程中能合成多種營養(yǎng)物質(zhì),如揮發(fā)性短鏈脂肪酸、B族維生素等,還能產(chǎn)生多種消化酶,增強(qiáng)機(jī)體對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化與吸收,從而促進(jìn)動(dòng)物的生長發(fā)育。劉淑蘭等[10]等研究發(fā)現(xiàn),投喂復(fù)合益生菌后大西洋鮭的增長率顯著升高,飼料系數(shù)和死亡率顯著降低,使其生長性能得到明顯改善。王純等[11]對(duì)虹鱒、江永明等[12]對(duì)奧尼羅非魚以及丁麗等[13]對(duì)異育銀鯽的研究也得到了類似結(jié)果,即益生菌可以提高動(dòng)物的生長性能和存活率。本研究結(jié)果表明,在烏鱧基礎(chǔ)飼料中添加復(fù)合益生菌能夠不同程度提高烏鱧的特定生長率和體質(zhì)量增加率,并降低飼料系數(shù),與上述研究結(jié)果一致。值得注意的是,0.8%玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌組烏鱧的生長效果優(yōu)于0.8%復(fù)合益生菌組,這可能與復(fù)合益生菌的代謝作用有關(guān)。益生菌能夠分泌多種消化酶來補(bǔ)充宿主自身內(nèi)源性酶的不足,并與宿主自身產(chǎn)生的消化酶發(fā)揮疊加作用,將玉屏風(fēng)多糖分解成小分子物質(zhì),促進(jìn)機(jī)體吸收利用,從而發(fā)揮益生作用。也有研究證明,多糖是難以被宿主腸道直接消化吸收的,一般是通過腸道內(nèi)微生物發(fā)酵降解才能供宿主和腸道微生物消化吸收,并且有利于宿主的健康生長[14]。然而這與肖拉[15]的研究結(jié)果不同,即在基礎(chǔ)飼糧中單獨(dú)添加枯草芽孢桿菌或黃芪多糖可提高建鯉生長性能,在基礎(chǔ)飼糧中同時(shí)添加枯草芽孢桿菌和黃芪多糖也可以提高建鯉生長及免疫功能,但不如單獨(dú)添加的效果好。這種差異可能是受益生菌和多糖的種類、數(shù)量及比例等因素影響。
腸道既是機(jī)體營養(yǎng)物質(zhì)充分消化吸收的重要器官,也是免疫屏障和維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[16]。在對(duì)腸道形態(tài)的研究中,一般認(rèn)為腸絨毛高度、數(shù)量和形態(tài)結(jié)構(gòu)決定了腸道消化的吸收能力,肌層厚度影響著營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)速度[17-18]。而且腸絨毛強(qiáng)有力且有規(guī)律的擺動(dòng)可以有效阻止外界病原微生物入侵宿主腸道,也可促進(jìn)腸道對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。益生菌代謝中藥多糖所產(chǎn)生的活性小分子物質(zhì),可以作為腸上皮細(xì)胞和腸道微生物的能量來源,從而促進(jìn)機(jī)體免疫系統(tǒng)的發(fā)育成熟[19]。黃燦等[20]研究表明,益生菌能夠減輕致病菌對(duì)腸黏膜結(jié)構(gòu)帶來的損傷,進(jìn)一步保證了腸道結(jié)構(gòu)的完整性。本研究結(jié)果表明,在烏鱧基礎(chǔ)飼料中添加不同濃度的復(fù)合益生菌或玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌均能促進(jìn)烏鱧腸道絨毛生長、提高肌層厚度以及降低隱窩深度,與其在草魚[21-22]、長吻鮠[23]、鯉魚[24]、南亞野鯪[25]等水產(chǎn)動(dòng)物上的研究結(jié)果基本一致。因此,進(jìn)一步說明益生菌和多糖能夠促進(jìn)腸道的生長發(fā)育,提高腸絨毛的高度與密度、肌層厚度以及微絨毛的長度與密度。DANIELS等[26]、MERRIFIELD等[27]、KRISTIANSEN等[28]、LAZADO等[29]的研究結(jié)果也支持了以上觀點(diǎn)。本研究結(jié)果還顯示,0.8%玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌組的烏鱧隱窩的生長發(fā)育明顯優(yōu)于0.8%復(fù)合益生菌組。但是,有關(guān)玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌的添加濃度是否影響烏鱧腸黏膜生長發(fā)育還有待進(jìn)一步深入研究。
溶菌酶是一種重要的非特異性生物防御因子,也是一種消化酶,具有殺滅和消化致病菌的功能,在水產(chǎn)動(dòng)物免疫防御中起到重要的作用[30]。總超氧化物歧化酶是一種抗氧化酶,能清除自由基,也能催化過氧化物自由基發(fā)生歧化,同時(shí)還能防御活性氧對(duì)機(jī)體的傷害和機(jī)體衰老[31]。LZM和T-SOD大小在很大程度上能夠直接反映機(jī)體的非特異性免疫防御能力和抗氧化能力。潘雷等[5]、趙晶晶等[31]、李桂英等[32]、夏磊等[33]的研究結(jié)果也都表明,益生菌能顯著提高血清LZM和T-SOD,且與添加單一益生菌比,復(fù)合益生菌對(duì)機(jī)體免疫力具有更好的促進(jìn)作用。本研究結(jié)果表明,復(fù)合益生菌能夠顯著提高LZM和T-SOD,與上述的研究結(jié)果一致。而比較添加0.8%復(fù)合益生菌組和添加0.8%玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌組發(fā)現(xiàn),添加0.8%玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌組中T-SOD大于添加0.8%復(fù)合益生菌組。有研究表明,益生菌與宿主多個(gè)功能器官協(xié)同作用在宿主的代謝、免疫調(diào)控等方面起到重要作用[34],而中藥多糖代謝產(chǎn)物可以作為信號(hào)分子在宿主細(xì)胞與腸道微生物之間傳遞信息[35]。因此,推測玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌對(duì)動(dòng)物機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)作用可能與益生菌發(fā)酵多糖所產(chǎn)生的發(fā)酵物有關(guān)。
MHC是由一系列位于染色體上緊密相連的基因位點(diǎn)組成的具有高度多態(tài)性的一類基因家族,是編碼免疫球蛋白樣受體的高度多態(tài)性基因群,也是跟免疫密切相關(guān)的基因家族[36]。MHCⅠ主要位于細(xì)胞表面,參與機(jī)體免疫反應(yīng),將抗原呈遞到T細(xì)胞中去攻擊侵入的病原體,從而在動(dòng)物機(jī)體免疫應(yīng)答的誘導(dǎo)與調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[37]。MHCⅠ基因在哺乳動(dòng)物上的研究較廣泛,但魚類MHCⅠ基因的研究起步較晚。MUOZ-ATIENZA等[38]研究發(fā)現(xiàn),益生菌可以提高大菱鲆組織器官中免疫相關(guān)因子MHCⅠ的相對(duì)表達(dá)量。本研究結(jié)果顯示,MHCⅠ在烏鱧腎臟、肝臟、鰓絲和肌肉中均有不同程度的表達(dá),而且所有試驗(yàn)組均高于對(duì)照組。MHCⅠ在腎臟中的相對(duì)表達(dá)量最高,在肝臟、鰓絲中中等程度表達(dá),在肌肉中表達(dá)量較低,與黎建平[39]、王娟等[40]的研究結(jié)果基本一致。原因可能是腎臟、肝臟是機(jī)體的主要免疫組織器官,含有較多的骨髓細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。
綜上所述,在一定范圍內(nèi),復(fù)合益生菌的益生作用與其添加量具有高度相關(guān)性,而相同添加水平,玉屏風(fēng)多糖與復(fù)合益生菌疊加作用效果優(yōu)于單獨(dú)使用復(fù)合益生菌?;诖?,后續(xù)將對(duì)復(fù)合益生菌與玉屏風(fēng)多糖之間的配比進(jìn)行優(yōu)化,尋求最適的混配比例以及在烏鱧飼料中的最適添加量,并且探討玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌的益生機(jī)制,以期為玉屏風(fēng)多糖復(fù)合益生菌制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用提供一些理論依據(jù)。