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      德式乳酸桿菌對黃河鯉抗脅迫能力的影響

      2019-08-13 08:55:35關素華曾慶輝張曉飛
      江蘇農業(yè)科學 2019年1期
      關鍵詞:應激免疫抗氧化

      關素華 曾慶輝 張曉飛

      摘要:為研究德式乳酸桿菌對黃河鯉應激前后抗應激指標、血液免疫指標、抗氧化指標和HSP70、HSP90基因表達的影響,選取黃河鯉450尾,隨機分為5組(每組3個平行,每個平行30尾魚),分別投喂在基礎飼料中添加不同濃度乳酸菌(0、1×105、1×106、1×107、1×108 CFU/g)的日糧,養(yǎng)殖8周后,進行擁擠脅迫。試驗結果表明:應激前,皮質醇濃度在1×106、1×107 CFU/g乳酸菌組顯著低于對照組(P<0.05),血糖和乳酸濃度在試驗組顯著低于對照組(P<0.05),溶菌酶活性在1×106、1×107 CFU/g乳酸菌組顯著高于對照組(P<0.05),C3和C4在1×106 CFU/g乳酸菌組顯著高于對照組(P<0.05)。應激后,血液皮質醇、血糖和乳酸濃度都有不同程度的升高,這些指標在添加乳酸菌組的含量均顯著低于對照組(P<0.05),血液溶菌酶活性、C3和C4濃度也有升高趨勢,且在1×106 CFU/g乳酸菌組顯著高于對照組(P<0.05);應激前后SOD和CAT活性在1×106 CFU/g乳酸菌組顯著高于對照組(P<0.05),MDA含量呈相反的趨勢,在1×106、1×107 CFU/g乳酸菌組顯著低于對照組(P<0.05),應激使HSP70和HSP90基因表達均有升高趨勢,在應激前后試驗組的HSP70和HSP90基因表達量大部分都顯著高于對照組(P<0.05)。該研究結果顯示,飼料中添加1×106~1×107 CFU/g 德式乳酸菌能提高黃河鯉的免疫力、抗氧化和抗應激的能力。

      關鍵詞:德式乳酸桿菌;黃河鯉;免疫;應激;抗氧化

      中圖分類號: S942.1 文獻標志碼: A 文章編號:1002-1302(2019)01-0166-05

      應激是一些有害因子引起動物發(fā)生一系列生理防御的總和。在水產養(yǎng)殖中,應激普遍存在,如溶氧量過低、水溫變化、驚嚇、高密度飼養(yǎng)、酸堿度變化、分池、捕撈等都可能造成應激。當魚類受到這些應激后會出現一系列的生理變化,如體內皮質激素的升高,并引起溶菌酶、巨噬細胞和嗜中性粒細胞活力的下降,抑制動物的免疫系統,使其增質量減緩,成活率下降,嚴重影響水產養(yǎng)殖的經濟效益[1]。因此如何防止和減輕應激發(fā)生是目前水產養(yǎng)殖研究的一個熱點。

      在過去,一旦疾病暴發(fā),多使用抗生素來解決此類問題,但是使用抗生素帶來了很多負面影響,比如病菌抗藥性的增強、抗生素殘留等問題。近年來,使用益生元和益生素來提高水產動物健康水平的報道也日益增多[2-5],已有報道指出,果寡糖、芽孢桿菌、維生素、大黃素等在水產動物上均有抗應激的效果[6-11],但是關于乳酸菌抗應激的功效報道較少,因此,本研究通過在飼料中添加不同濃度的乳酸菌,飼喂黃河鯉,研究乳酸菌對黃河鯉免疫、抗氧化和抗應激相關指標的影響,旨在探討乳酸菌在黃河鯉上的作用效果,為防止魚類疾病暴發(fā)和應激發(fā)生提供科學依據。

      1 材料與方法

      1.1 材料

      1.1.1 試驗動物 黃河鯉魚,購自河南省洛陽市某養(yǎng)殖場,初始質量為(15±0.3) g,試驗選擇規(guī)格一致、健康的鯉魚450尾,隨機分為5組,其中第1組為對照組,對照組投喂基礎飼料,其他4組為試驗組,投喂試驗飼料,每組設3個平行,每個平行30尾魚,共15缸。

      1.1.2 試驗飼料 基礎飼料主要用魚粉、豆粕、棉粕、菜粕作為蛋白源,以魚油和豆油作為脂肪源,以次粉作為糖原,配制成蛋白含量為33.6%、脂肪含量為6.62%的基礎飼料(表1),試驗飼料是在基礎飼料中分別添加1×105、1×106、1×107、1×108 CFU/g 德式乳酸桿菌,各種飼料原料充分粉碎后均過60目篩,先把磷酸二氫鈣、食鹽、預混料、膨潤土等混勻,再加入大料并逐級混合,然后在乳酸菌中加入適量的水,與飼料原料混合后用絞肉機制成1.2 mm的顆粒飼料,并在40 ℃下烘 15 h,至飼料水分含量在10%左右,保存在-4 ℃冰箱備用。

      1.2 方法

      1.2.1 飼養(yǎng)管理 養(yǎng)殖試驗于2015年7—9月在河南科技大學水族科學實驗室進行,將黃河鯉馴化2周,馴養(yǎng)期間投喂基礎飼料,試驗開始后,每天投喂3次,分別在08:00、12:00、17:00各投喂1次,日投喂量為魚體質量的3%~5%,并根據攝食情況進行適度的調整,確保飼料在0.5 h內吃完,養(yǎng)殖期間每天測水溫、溶氧量,每2 d換水1次,每次換水1/3以保證水質,整個試驗期間水質記錄如下:水溫為(26±1) ℃,溶解氧含量>5 mg/L,氨氮含量<0.01 mg/L,pH值為6.8~7.5,養(yǎng)殖周期持續(xù)8周。

      1.2.2 抗應激試驗 養(yǎng)殖試驗結束后,停飼24 h,選取規(guī)格基本一致的10尾魚,參照Xie等的方法[12]進行應激試驗,采取高密度(100 g/L)進行擁擠脅迫試驗,每個水平設3個平行,放置于小型玻璃缸中,水溫、溶氧量同“1.2.1”節(jié),應激期間保持安靜,防止額外應激,持續(xù)應激6 h后進行采樣。

      1.2.3 血液采集與測定

      1.2.3.1 血液指標的測定 分別在應激前和應激后對魚進行麻醉,尾靜脈取血,4 ℃、1 500 r/min離心10 min,取血清,于-20 ℃保存,用作應激和血液免疫指標的分析。皮質醇濃度采用放免法進行測定,血糖濃度的測定采用葡萄糖氧化酶法,乳酸濃度的測定采用對羥基聯苯比色法,溶菌酶活性采用比濁法進行測定,補體C3和C4采用酶聯免疫吸附法測定,以上試劑盒均購自南京建成生物工程研究所,具體操作見說明書。

      1.2.3.2 肝臟抗氧化指標的測定 應激前后快速分離肝臟,于液氮中速凍并保存,稱取一定量的肝臟樣品,用生理鹽水按1 g ∶ 9 mL(肝臟 ∶ 生理鹽水)的比例冰浴勻漿,然后于 4 ℃、3 500 r/min 離心10 min,取上清液用于酶活分析,超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定參照黃嘌呤氧化酶法,過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用紫外法,丙二醛(MDA)含量的測定參照氧化脂質硫代巴比妥酸分光光度計法。

      1.2.3.3 基因表達 RNA提取:取肝臟組織0.1 g左右,參照Trizol使用說明書,提取RNA然后測定其濃度和質量,一般D260 nm/D280 nm在1.8~2.0之間,最后稀釋成相同的濃度進行cDNA反轉錄。

      cDNA反轉錄:參照寶生物工程(大連)有限公司提供的試劑盒說明書進行反轉錄。反應程序:第1步42 ℃反應 40 min,第2步90 ℃反應2 min,最后于4 ℃保存。之后10倍稀釋,以備RT-PCR使用。

      RT-PCR過程:用Primer 5軟件設計引物,由上海英捷維基生物有限公司合成(表2),按照SYBR PrimeScriptTM RT-PCR Kit(TaKaRa公司)使用說明進行RT反應,熒光定量PCR反應條件:94 ℃預變性5 min;94 ℃變性30 s,55.9 ℃退火30 s,72 ℃ 延伸30 s,45個循環(huán);72 ℃延伸7 min。選用β-actin作為內參基因,用2-ΔΔCT方法計算HSP70和HSP90基因的相對表達量。

      1.3 數據統計與分析

      試驗數據先用Excel 2007作簡單處理,然后用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析,當各組間差異顯著時(P<0.05),用Duncans檢驗法進行均值間的多重比較,結果用平均值±標準誤差表示。

      2 結果與分析

      2.1 德式乳酸菌對鯉魚脅迫應激前后血清皮質醇、血糖和乳酸濃度的影響

      由圖1、圖2、圖3可知,應激前血液皮質醇、血糖和乳酸濃度都比較低,皮質醇含量在1×106、1×107 CFU/g乳酸菌處理下顯著低于對照組(P<0.05),其他各組之間差異并不顯著(P>0.05)。血糖和乳酸濃度在試驗組均顯著低于對照組(P<0.05)。應激后,血液皮質醇、血糖和乳酸濃度都有不同程度的升高,這些指標在添加乳酸菌組中的濃度多數均顯著低于對照組(P<0.05)。

      2.2 德式乳酸桿菌對黃河鯉應激前后血液免疫指標的影響

      由表3可知,應激前血液溶菌酶活性在1×106和1×107 CFU/g 乳酸菌組均顯著高于對照組(P<0.05),1×

      108 CFU/g 乳酸菌組和對照組差異并不顯著(P>0.05);C3和C4含量在1×106 CFU/g乳酸菌組顯著高于對照組(P<0.05),其他各組之間差異不顯著;應激后,血液溶菌酶活性、C3和C4濃度都有不同程度的升高,且1×106 CFU/g乳酸菌組顯著高于對照組(P<0.05),C4含量在1×107 CFU/g乳酸菌組也顯著高于對照組(P<0.05)。

      2.3 德式乳酸桿菌對黃河鯉應激前后抗氧化指標的影響

      由表4可知,應激前后SOD和CAT活性在1×106 CFU/g乳酸菌組顯著高于對照組(P<0.05),1×105、1×108 CFU/g 乳酸菌組和對照組差異并不顯著(P>0.05)。MDA含量呈相反趨勢,應激前后1×106、1×107 CFU/g乳酸菌組均顯著低于對照組(P<0.05)。

      2.4 德式乳酸桿菌對黃河鯉應激前后HSP70和HSP90基因表達的影響

      由圖4、圖5可知,應激使HSP70和HSP90基因量表達均有升高趨勢,在應激前后試驗組的HSP70和HSP90基因表達量均顯著高于對照組(P<0.05)。

      3 討論

      3.1 德式乳酸菌對黃河鯉應激指標的影響

      皮質醇是魚體受到應激后通過下丘腦垂體-腎間組織軸(hypothalamus-pituitary-interrenal axis,簡稱HPI)所分泌的一種重要的應激激素[13]。血液皮質醇升高通常作為魚類發(fā)生應激的靈敏信號,本研究得出,在應激后皮質醇、血糖和乳酸含量都呈現顯著升高的趨勢,血糖的升高可能是由于隨著皮質醇水平的升高,糖異生的關鍵酶葡萄糖-6-磷酸酶的活性被激活,糖異生和糖原分解作用加強,另外,肌糖原的分解是血液乳酸含量增加的原因之一[14]。相似的研究結果在團頭魴(Megalobrama amblycephala Yih)[15-16]和金頭鯛(Sparus aurata)[17]中都有報道。在飼料中添加適量濃度的乳酸菌,應激前后皮質醇、血糖和乳酸含量都有降低趨勢,這表明乳酸菌可以有效地緩解黃河鯉的擁擠脅迫應激,但是具體的作用機制尚需進一步研究。

      3.2 德式乳酸菌對黃河鯉血液免疫指標的影響

      溶菌酶是機體內重要的免疫因子之一,主要由巨噬細胞核和嗜中性粒細胞分泌產生,本研究得出,在急性應激后,血液溶菌酶、補體C3和C4都有升高趨勢,這可能是由于在急性應激條件下,魚體通過增加特定溶菌酶和補體含量來增加其免疫活力,共同抵抗由應激帶來的不適反應。有研究報道,一般急性應激會導致溶菌酶活性的升高[18-19],而長時間的慢性應激會導致其活性的顯著降低,免疫力下降[20],發(fā)生應激后中華鱉(Pelodiscus sinensis)補體C3、C4含量下降[21],但是添加維生素C能夠促進補體C3和C4的合成,相似的結果在團頭魴[16]中也有報道。應激抑制還可促進補體C3和C4的合成,這與應激強度、應激時間以及應激類型都有很大的關系,但是適量的乳酸菌加強了溶菌酶的活性,也在一定程度上提高了補體C3和C4的水平,這有助于增強魚體的非特異性免疫力。乳酸菌的免疫增強作用在畜禽的研究[22-24]中也有報道,據報道,乳酸菌胞外多糖具有免疫增強的作用[24]。

      3.3 德式乳酸桿菌對黃河鯉抗氧化指標的影響

      應激能夠引起自由基的大量產生,比如 O-2 · ?和·OH,這些物質會造成機體細胞的脂質過氧化,正常情況下機體的抗氧化系統能夠清除這些自由基,抑制機體過氧化,使機體處于平衡狀態(tài)[25],但是這種平衡狀態(tài)會隨著環(huán)境條件的改變而被破壞,造成氧化損傷。SOD和CAT作為主要的抗氧化酶,SOD負責把 O-2 · ?轉化成O2和H2O2,CAT能夠把H2O2分解成O2和H2O,以清除機體內過多的自由基[26-27]。本研究得出,SOD和CAT的活性在應激條件下不斷增加,防止機體的氧化損傷??寡趸锩富钚缘纳吆蜋C體的氧化應激程度有關,氧化應激程度越高,酶活性也會隨之升高[28]。之前的報道得出,SOD活性在應激條件下(比如鹽度和溫度)都有升高[29]。MDA含量在應激后呈現不斷升高的趨勢,這表明高密度應激會引起黃河鯉脂質過氧化程度的增加,這是因為應激會造成機體的耗氧量增加,容易造成自由基的產生,自由基與多不飽和脂肪酸等抗氧化脂類反應時,會引發(fā)脂質過氧化,并最終降解產生MDA。施兆鴻等研究表明,云紋石斑魚(Epinephelus moara)在氨氮脅迫條件下的MDA含量也顯著升高[10],鹽度脅迫使云紋石斑魚的MDA含量顯著升高,但是添加適量的維生素E可有效減少脂質過氧化物MDA的產生[11]。類似的研究結果在其他魚類和水產類動物中[30-33]都有報道。本試驗結果得出,在擁擠脅迫前后投喂1×106 CFU/g乳酸菌的SOD和CAT活性最高,MDA含量最低。本試驗說明,乳酸菌能夠抑制黃河鯉由應激引起的脂質過氧化程度。乳酸菌的抗氧化功能可能與它的益菌保護作用有關,以前的試驗證明,乳酸菌的代謝產物具有抗氧化功能[34-36],乳酸菌也可能作為調節(jié)腸道微生物平衡的物質促進機體的抗氧化功能。

      3.4 德式乳酸桿菌對黃河鯉HSP70和HSP90基因表達的影響

      在HSP家族中,HSP70和HSP90參與新生蛋白質合成和損傷蛋白的修復,并參與機體在應激條件下的免疫應答[37],機體受到外界應激(比如高溫、缺氧和細菌感染等)時,組織中HSP70和HSP90的表達量升高,從而形成保護機制,抵御應激對機體帶來的危害[38-39]。本研究發(fā)現,應激后HSP70和HSP90的相對表達量都呈升高趨勢,其表達量升高可能因為當魚類處在應激條件下時,機體為了防止自身的氧化損傷而作出的相應策略。類似的研究在團頭魴的研究中[8]也有報道,Zhang等報道,在高溫和氨氮應激條件下HSPs的表達量均呈升高趨勢[6-7];劉波等研究表明,高溫應激后比應激前羅氏沼蝦HSP70 mRNA的相對表達量顯著升高[9],相似的研究結果在吉富羅非魚(Oreochromis niloticus)[40]中也有報道。本研究得出,在飼料中添加一定濃度的乳酸菌應激前后HSP70和HSP90的表達均有升高趨勢,從而增強了對機體的保護作用,HSPs在應激條件下的表達與細胞的分裂、增殖和發(fā)育等生理過程都有關系,需要進一步研究。本研究也得出,添加適量的乳酸菌能夠增強HSPs的表達量和機體的抗應激能力,這和免疫指標以及抗氧化功能得出的結果相一致,表明乳酸菌在抗應激和增強免疫方面都起到重要作用。

      4 結論

      飼料中添加適宜水平的德式乳酸桿菌能夠提高黃河鯉的抗應激能力、免疫力和抗氧化功能,且在本試驗條件下,乳酸菌的最適添加量為1×106~1×107 CFU/g。

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