■丁兆坤 黃金華 李偉峰 許友卿
(廣西大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)研究所廣西高校水生生物健康養(yǎng)殖和營養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧530004)
軍曹魚是一種生長快、養(yǎng)殖發(fā)展迅猛的優(yōu)良海水魚[1-4]。然而,為了開發(fā)適宜的人工配合飼料,還需要進(jìn)一步研究軍曹魚的營養(yǎng)生理學(xué)[5-8]。
維生素E是軍曹魚和其他魚類必不可少的微量營養(yǎng)物質(zhì)[9-10],具有重要的生理生化功能[11-14]。日糧添加維生素E還可以防止魚體發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng),維護(hù)魚體氧化穩(wěn)定性,降低魚的氧化應(yīng)激,提高魚的免疫力和抗病力,促進(jìn)魚生長性能和存活率[15-18]。過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPARα)是機(jī)體內(nèi)調(diào)控脂質(zhì)代謝和基因表達(dá)的一種基因[19-20]。維生素E是PPARα的一種激動(dòng)劑,對PPARα的表達(dá)有重要影響[7,21-22]。
檸檬酸(CA)能夠提高魚[23-27]和蝦[28]的生長性能、飼料利用率和存活率。檸檬酸是一種有機(jī)酸,具有多種營養(yǎng)生理功能,是一種環(huán)境友好型的飼料添加劑[28-30]。檸檬酸是一種優(yōu)秀的抗氧化劑,能夠有效清除體內(nèi)外超氧離子和脂質(zhì)過氧化物,減輕動(dòng)物的氧化應(yīng)激[31-32]。檸檬酸也是一種優(yōu)秀的抗氧化協(xié)同劑,能夠有效促進(jìn)抗氧化酶的活力[32-33]。檸檬酸可以通過檸檬酸循環(huán)促進(jìn)機(jī)體代謝和順烏頭酸酶(ACO)基因的表達(dá)[34]。順烏頭酸酶(ACO)是機(jī)體內(nèi)檸檬酸循環(huán)中催化檸檬酸和異檸檬酸相互轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶[34]。
在日糧中聯(lián)合添加維生素E和檸檬酸可能對動(dòng)物的生理生化過程起協(xié)同作用[33]。然而,日糧中聯(lián)合添加維生素E和檸檬酸對軍曹魚稚幼魚的影響還未見報(bào)道。本文研究不同劑量維生素E和/或檸檬酸添加劑對軍曹魚稚幼魚主要組織/器官的ACO和PPARα基因表達(dá)、抗氧化酶活力和多不飽和脂肪酸代謝的影響,同時(shí)討論其機(jī)制,為開發(fā)適合軍曹魚稚幼魚配合飼料提供理論依據(jù)。
維生素E購于美國Sigma-Aldrich公司,是從植物油中提取而得的(±)-α-生育酚,V型,1 000 IU/g(Sigma T3634)。北太平洋白魚粉(蛋白質(zhì)>65%)和魚油,購于美國海鮮公司。其他原料均是人類食品級,購于國內(nèi)不同生物技術(shù)公司。
從湛江流沙海水魚種苗場購進(jìn)2 000尾軍曹魚稚魚,魚齡為22 d,體重約2.5 g,體長約3.68 cm。先按照Ding等[7]的方法在廣西防城港市北部灣海濱室內(nèi)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)馴化2周。馴化結(jié)束后,挑選大小一致,體長(8.02±0.32)cm、體重(7.32±0.26)g的健壯稚魚420尾隨機(jī)分成7組,每組3個(gè)平行,共21桶(每桶容積為400 L),每桶20尾魚,用與馴化相同的養(yǎng)殖系統(tǒng)和海水(過濾、充氣的海水,水溫26.0~32.0℃,鹽度27~30 g/l,pH值7.8~8.0,溶氧量≥6 mg/l)養(yǎng)殖。按照Ding等[7]方法飼養(yǎng)和處理魚。每天定時(shí)在8:00和17:00投喂兩次,分別用7種(組)飼料投喂魚。這7種(組)飼料分別是:對照組(D0),只含基礎(chǔ)飼料,不添加VE和CA;實(shí)驗(yàn)飼料D1~D6組,在每千克干的基礎(chǔ)飼料中分別添加VE 100、0、100、75、50、25 IU和CA 0、12、12、6、3、1.5 g(見表1)。
基礎(chǔ)飼料是在我們前期的試驗(yàn)[3-4,7]基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的,如表1所示,由白魚粉、豆粕、酪蛋白、大豆磷脂、魚油、混合維生素(不含VE)、混合礦物質(zhì)和α-淀粉組成,其蛋白質(zhì)和脂肪的含量分別約為47%和11%。維生素E的添加量參考了其他學(xué)者的研究結(jié)果和我們的前期試驗(yàn)[4,7,9-10,17,35]。據(jù)報(bào)道,維生素 E(α-tocopherol或者DL-all-rac-α-tocopherol)在對照組日糧中的含量為25.70 IU/kg干飼料(1.1 IU DL-all-rac-α-tocopherol相等于1 mg)[36],已經(jīng)基本滿足軍曹魚稚幼魚生存的需求,因?yàn)槠胀B(yǎng)魚的VE需求在6.25~200.0 mg生育酚乙酸酯/kg干飼料(1 IU生育酚乙酸酯相等于1 mg)[36]范圍之內(nèi)[9-10]。檸檬酸的添加量參考了Sarker等[37]的研究,他們稱在以部分植物蛋白質(zhì)為蛋白源的魚類日糧中,高效的檸檬酸添加水平應(yīng)不超過10.0 g/kg干飼料。
表1 實(shí)驗(yàn)飼料的基礎(chǔ)成分及營養(yǎng)水平
這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)參考了 Cheng等[38]、Pohlenz等[39]和Ding等[7]的方法,設(shè)計(jì)不僅考察了單獨(dú)添加VE(D1組)或CA(D2組)對軍曹魚稚幼魚的影響,又考察了聯(lián)合添加VE和CA(D3~D6組)對魚的影響。
按照Ding等[7]方法,采用丸狀日糧投喂魚,即按照表1的飼料成分、數(shù)量、比例和分組進(jìn)行,在室溫下制成丸狀日糧,在60℃下烘干,于4℃冰箱中密封保存?zhèn)溆?。在投喂之前,取出在室溫下解凍待用。日總投喂量約為當(dāng)時(shí)魚體濕重的5%并要求達(dá)到明顯的飽感。實(shí)驗(yàn)歷時(shí)12周。
于第12周末,每個(gè)養(yǎng)殖桶隨機(jī)取6尾魚解剖取組織/器官樣品。取樣前,魚禁食24 h。按照Ding等[7]的方法采樣和保存所取得的魚肝、肌肉、腦、心臟、腎和血清樣品。
按Xu等[40]的方法,用氣相色譜儀(GC,Agilent 6890 N,Agilent Company,USA)測定魚組織/器官中的脂肪酸含量。分別按照McCord等[41]、Aebi[42]和Noguchi等[43]的方法,測定魚組織/器官中的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)活力。用南京建成生物公司生產(chǎn)的谷胱甘肽-S轉(zhuǎn)移酶(GST)試劑盒,按照使用說明書,測定魚組織/器官中的GST活力。
分別按照Peng等[16]和Weikle[44]的方法,用高效液相色譜儀(HPLC,Agilent 1200,Agilent Company,USA)測定飼料中VE和CA含量。
用德國產(chǎn)梅特勒pH計(jì)測定飼料pH值。采用AOAC(1995)[45]標(biāo)準(zhǔn)方法測定飼料中的粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、灰分和水分含量。
軍曹魚的ACO基因序列還未見報(bào)道。我們從NCBI(the National Center for Biotechnology Informa-tion)數(shù)據(jù)庫(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)搜索到從斑馬魚(Danio rerio)克隆獲得的ACO基因的保守序列(NM_198908),以其作為模板合成軍曹魚稚幼魚的首條cDNA。選擇特定正向引物5′CTAGTGCTGGGGCTAAATATGG 3′和 反 向 引 物 5′TGACATTGGGACACTTCAACTC 3′來擴(kuò)增cDNA片段。按Ding等[7]的方法,測定軍曹魚ACO基因序列。
分別用合成的ACO和PPARα基因首條cDNA為模板,進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR測定。按照上述ACO基因測序所描述的克隆軍曹魚cDNA的方法,設(shè)計(jì)ACO基因的正向引物和反向引物。
根據(jù)已公布的軍曹魚cDNA(http://www.ncbi.nlm.nih.gov)來設(shè)計(jì)PPARα基因的正向引物和反向引物。分別為ACO和PPARα設(shè)計(jì)β-肌動(dòng)蛋白(EU266539)的引物(見表2)。按Ding等[7]的方法進(jìn)行ACO或者PPARα基因的RTQ-PCR測定。用2-ΔΔCT法計(jì)算ACO和PPARα mRNA的相對表達(dá)量[46]。
表2 ACO、PPARα和β-actin基因的RTQ-PCR引物
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示,用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS18.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,差異顯著時(shí)采用Duncan′s法進(jìn)行多重比較,當(dāng)P<0.05時(shí),為差異顯著。
以斑馬魚ACO基因的保守序列為模板,合成軍曹魚ACO基因的部分DNA保守序列是219 bp。該序列如表3所示,未提交到GenBank基因庫。用NCBI BLAST(National Center for Biotechnology Information's Basic Local Alignment Search Tool),把軍曹魚ACO基因的部分DNA保守序列與斑馬魚(Danio rerio)(NM 198908.1)、尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)(XM 003438531.1)的序列比較,發(fā)現(xiàn)軍曹魚ACO基因的部分DNA保守序列與斑馬魚(Danio rerio)(NM 198908.1)和尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)(XM 003438531.1)的序列相似性分別是86%和90%。
表3 軍曹魚ACO基因部分DNA的保守序列
用不同劑量VE和/或CA添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周,魚肝、肌肉、心臟、腦和腎ACO mRNAs相對表達(dá)量分別顯著高于對照組(D0)(P<0.05)。投喂聯(lián)合添加VE和CA日糧的魚(D3~D6組)肝、肌肉、心臟、腦和腎ACO mRNAs的相對表達(dá)量,分別顯著高于投喂單獨(dú)添加VE(D1組)或CA(D2組)日糧的魚相應(yīng)組織/器官ACO mRNAs的相對表達(dá)量(P<0.05)。其中D5組魚肝、肌肉、心臟、腦和腎ACO mRNAs的相對表達(dá)量最高,分別顯著高于其他組魚ACO mRNAs的表達(dá)量(P<0.05)。
用不同劑量VE和/或CA添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周,魚肝、肌肉、心臟、腦和腎PPARα mRNAs的相對表達(dá)量分別顯著高于對照組(D0)(P<0.05)。投喂聯(lián)合添加VE和CA日糧的魚(D3~D6組)肝、肌肉、心臟、腦和腎PPARα mRNAs的相對表達(dá)量,分別顯著高于投喂單獨(dú)添加VE(D1組)或CA(D2組)日糧的魚相應(yīng)組織/器官PPARα mRNAs的相對表達(dá)量(P<0.05)。其中D5組魚肝、肌肉、心臟、腦和腎PPARα mRNAs的相對表達(dá)量最高,分別顯著高于其他組魚PPARα mRNAs的表達(dá)量(P<0.05)。
圖1 用不同劑量VE和/或CA添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周,對魚ACO mRNAs表達(dá)量的影響
圖2 用不同劑量VE和/或CA添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周,對魚PPARα mRNAs表達(dá)量的影響
由表4可知,用不同劑量VE和/或CA添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周,魚肝、肌肉、心臟、腦和腎SOD、CAT、GPx和GST活力分別顯著高于對照組(D0)(P<0.05)。投喂聯(lián)合添加VE和CA日糧的魚(D3~D6組)肝、肌肉、心臟、腦和腎SOD、CAT、GPx和GST活力,分別顯著高于投喂單獨(dú)添加VE(D1組)或CA(D2組)日糧的魚相應(yīng)組織/器官的抗氧化酶活力(P<0.05)。其中D5組魚肝、肌肉、心臟、腦和腎SOD、CAT、GPx和GST的活力最高,分別顯著高于其他組魚相應(yīng)組織/器官的抗氧化酶活力(P<0.05)。
表4 不同劑量維生素E和/或檸檬酸添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周對魚肝、肌肉、心臟、腦、腎和血清的SOD、CAT、GPx和GST(U/mg prot.,但血清為U/ml)活力的影響
用不同劑量VE和/或CA添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周,魚血清SOD、CAT、GPx和GST的活力分別顯著高于對照組(D0)(P<0.05)。投喂聯(lián)合添加VE和CA日糧的魚(D3~D6組)血清CAT和GST的活力,分別顯著高于投喂單獨(dú)添加VE(D1組)或CA(D2組)日糧的魚的血清CAT和GST活力(P<0.05)。然而,血清SOD、CAT、GPx和 GST的最高活力不同于肝、肌肉、心臟、腦和腎的結(jié)果。D5組魚血清SOD活力最高,顯著高于其他組魚血清SOD活力(P<0.05)。D4組魚血清CAT活力最高,顯著高于其他組魚血清CAT活力(P<0.05)。D6組魚血清GPx活力最高,顯著高于D0、D1~D4組魚血清GPx活力(P<0.05)。D4組魚的血清GST活力最高,顯著高于D0、D1~D3組和D6組魚血清GST活力(P<0.05)。
用不同劑量VE和/或CA添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周,顯著影響其多不飽和脂肪酸代謝,魚肝、肌肉、心臟、腦和腎PUFAs和n-3 HUFAs分別顯著高于對照組(D0)(P<0.05)。投喂聯(lián)合添加VE和CA日糧的魚(D3~D6組)肝、肌肉、心臟、腦和腎PUFAs和n-3 HUFAs,分別顯著高于投喂單獨(dú)添加VE(D1組)或CA(D2組)日糧的魚相應(yīng)組織/器官的PUFAs和n-3 HUFAs(P<0.05)。其中D5組的魚肝、肌肉、心臟、腦和腎PUFAs和n-3 HUFAs最高,分別顯著高于其他組魚相應(yīng)組織/器官的PUFAs和n-3 HUFAs(P<0.05)。
不同劑量VE和/或CA添加劑對魚血清中的脂肪酸代謝的影響不同于對魚肝、肌肉、心臟、腦和腎脂肪酸代謝的影響。D4組魚血清的PUFAs和n-3 HUFAs含量最高,顯著高于D0、D1~D3、D5組和D6組魚血清的PUFAs和n-3 HUFAs含量(P<0.05)。
與單獨(dú)添加VE(D1組)或CA(D2組)或?qū)φ战M(D0)比較,用聯(lián)合添加VE和CA(D3~D6組)的日糧投喂軍曹魚稚幼魚12周,顯著提高魚肝、肌肉、心臟、腦和腎ACO和PPARα基因的表達(dá)量、SOD、CAT、GPx和GST活力以及PUFAs和n-3 HUFAs的含量。這些結(jié)果表明,添加在日糧中的VE和CA能協(xié)同作用,顯著提高軍曹魚稚幼魚ACO和PPARα基因表達(dá)、抗氧化酶活力以及PUFAs和n-3 HUFAs的含量。VE和CA協(xié)同作用的原理可能是:①VE和CA能夠協(xié)同調(diào)節(jié)某些基因的表達(dá)、提高抗氧化酶的活力。研究表明,VE是PPARα基因的激活劑,能夠促進(jìn)PPARα基因的表達(dá)[7,21-22]。VE 能夠顯著提高魚體中的抗氧化酶活力[7,17,47-48]。而
CA給VE提供了一個(gè)適宜的酸性環(huán)境,促進(jìn)VE發(fā)揮更好的作用。②VE通過激活脂肪丙烯醛基去飽和并延長之,促進(jìn)PUFAs合成,同時(shí)保護(hù)PUFAs免受過氧化。有研究報(bào)道,飼料添加VE可顯著提高魚肝和肌肉PUFAs含量而顯著降低SFAs含量[49-50]。③VE和CA都是高效抗氧化劑,它們通過分解和消除軍曹魚代謝過程中產(chǎn)生的活性氧自由基,來協(xié)同保護(hù)和促進(jìn)軍曹魚的生理生化過程。VE和CA都能夠通過有效地清除超氧陰離子(·O2-)來協(xié)同抑制和切斷脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[51-53]。VE提供H原子給脂質(zhì)過氧物自由基(LOO·)生成脂質(zhì)過氧化物L(fēng)OOH,以切斷脂質(zhì)過氧化自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[51]。脂質(zhì)過氧化物L(fēng)OOH是一種氧化性非常強(qiáng)的物質(zhì),在有金屬離子中介的情況下,進(jìn)一步分解為自由基LOO·、LO·和·OH[33],而VE不能進(jìn)一步清除LOOH,必須由其他抗氧化劑來清除LOOH[51]。當(dāng)日糧同時(shí)添加VE和CA時(shí),CA能夠抑制LOOH生成[33]。盡管CA不是主要的抗氧化劑,但是CA是一個(gè)良好的抗氧化劑協(xié)同劑。VE和CA也可能互相再生來擴(kuò)增它們的功能[33]。因此,在日糧中聯(lián)合添加VE和CA能夠協(xié)同提高軍曹魚的ACO和PPARα基因的表達(dá)、抗氧化酶活力、PUFAs和n-3 HUFAs含量。
表5 不同劑量維生素E和/或檸檬酸添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周對魚肝臟脂肪酸的影響(%)
表6 不同劑量維生素E和/或檸檬酸添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周對魚肌肉脂肪酸的影響(%)
表7 不同劑量維生素E和/或檸檬酸添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周對魚心臟脂肪酸的影響(%)
表8 不同劑量維生素E和/或檸檬酸添加劑投喂軍曹魚稚幼魚12周對魚腦脂肪酸的影響(%)
表9 不同劑量維生素E和/或檸檬酸投喂軍曹魚稚幼魚12周對魚腎脂肪酸的影響(%)
表10 不同劑量維生素E和/或檸檬酸投喂軍曹魚稚幼魚12周對魚血清脂肪酸的影響(%)
盡管D3、D4組和D6組的日糧也聯(lián)合添加了VE和CA,但是D5組魚的效果最佳,D5組魚的ACO和PPARα基因表達(dá)、抗氧化酶活力,以及PUFAs和n-3 HUFAs含量顯著高于D3、D4組和D6組的魚。這些結(jié)果表明:日糧中聯(lián)合添加較高或較低的VE和CA的添加量(D3、D4組和D6組)的效果都不理想。因此,在日糧中適宜添加VE和CA是有益的。VE和CA的協(xié)同作用是劑量依賴性的,但有一個(gè)適宜的范圍。本實(shí)驗(yàn)D5組的VE和CA添加量(VE 50 IU和CA 3 g/kg干飼料)最適宜,因此發(fā)揮了最佳的協(xié)同作用。以前對羅非魚(Oreochromis niloticus×O.aureus)[54]、鯽魚(Carassius auratusgibelio)[55]和凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)[28]等的研究也表明,CA的適宜添加量為2.0~3.0 g/kg干飼料。蔡超等[56]也認(rèn)為,在魚飼料中添加CA不宜超過0.5%。
與對照組(D0)比較,單獨(dú)添加VE(D1組)能夠顯著提高軍曹魚肝、肌肉、心臟、腦和腎ACO和PPARα基因表達(dá)量、SOD、CAT、GPx和GST的活力以及PUFAs和n-3 PUFAs的含量。這個(gè)結(jié)果與Kim等[57]的試驗(yàn)結(jié)果一致,他們在雄性小鼠日糧中添加VE提高了小鼠肝臟中的PPAR-α基因表達(dá)量。Zhou等[17]、Lu等[48]和Ding等[7]也報(bào)道,日糧中添加VE能夠提高抗氧化酶的活力。這是因?yàn)閂E能夠降低氧化應(yīng)激。當(dāng)活性氧自由基過度累積時(shí),PUFAs和抗氧化酶的活力會(huì)受到抑制[58],而VE能夠有效地清除活性氧自由基[51]。
單獨(dú)添加CA(D2組)也能夠顯著提高軍曹魚肝臟、肌肉、心臟、腦和腎ACO和PPARα基因表達(dá)量、SOD、CAT、GPx和GST的活力以及PUFAs和n-3 PUFAs的含量。理由可能是:CA能夠提高抗應(yīng)激能力和抗氧化作用。作為一個(gè)高效抗氧化劑,CA能夠有效地清除超氧離子和螯合金屬離子來切斷脂質(zhì)過氧化物自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[59-60],提高抗氧化能力。CA也是一種優(yōu)秀的抗氧化協(xié)同劑,能夠有效促進(jìn)抗氧化酶的活力[32-33]。Su 等[28]報(bào)道,日糧添加CA 2.0~5.0 g/kg干飼料,能夠顯著提高白蝦血清中的SOD活力。
本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),飼料營養(yǎng)成分顯著影響著軍曹魚肝、肌肉、心臟、腦、腎和血清的生理生化過程。然而,不同劑量VE和/或CA添加劑對軍曹魚血清中的抗氧化酶的活力、PUFAs含量的影響不同于對軍曹魚肝、肌肉、心臟、腦和腎相應(yīng)參數(shù)的影響。原因是:血清是魚體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)不斷發(fā)生變化的一種介質(zhì),血清酶的含量和功能會(huì)隨著許多因素如生理、營養(yǎng)、時(shí)間、溫度和其他環(huán)境因素的變化而變化[61],不像肝、肌肉、心臟、腦和腎那樣相當(dāng)穩(wěn)定[7]。
本研究發(fā)現(xiàn),在本實(shí)驗(yàn)條件下,日糧中添加不同劑量的VE和/或CA添加劑能夠顯著提高軍曹魚稚幼魚的ACO和PPARα基因表達(dá)量、抗氧化酶活力、PUFAs和n-3 HUFAs含量。聯(lián)合添加VE和CA具有協(xié)同作用,顯著高于單獨(dú)添加VE(D1組)或CA(D2組)者。最佳添加量是VE 50 IU和CA 3 g/kg干飼料。