張續(xù)勐,黎頌超,蔡穎宇,王金輝,江丹莉*
(1. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院, 廣東 廣州 510225;2. 廣東省水禽健康養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510225)
我國(guó)是水禽養(yǎng)殖大國(guó),廣東省又是我國(guó)水禽養(yǎng)殖大省,憑借珠江三角洲的地理優(yōu)勢(shì),近年來(lái)鴨養(yǎng)殖量也呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)[1]。產(chǎn)肉量是衡量鴨生產(chǎn)性能的重要指標(biāo),目前鴨的養(yǎng)殖模式大多采取半開放養(yǎng)殖模式,水體中極易滋生大腸桿菌和沙門菌[2]。在水體溫度較高或養(yǎng)殖密度較高的養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)容易發(fā)生大腸桿菌和沙門菌的大量增殖[3],這也就使得水體和鴨血液中細(xì)菌內(nèi)毒素脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)濃度也隨之上升。
LPS是一種熱穩(wěn)定毒素,革蘭陰性菌細(xì)胞壁的主要成分,LPS很難從細(xì)胞壁脫落,當(dāng)細(xì)菌死亡時(shí)它會(huì)通過(guò)溶解、破壞細(xì)胞來(lái)脫落,并通過(guò)作用于動(dòng)物細(xì)胞等而發(fā)揮其毒性。LPS具有特殊組成結(jié)構(gòu)和生物活性部位,是常見誘導(dǎo)急性感染和炎癥反應(yīng)的主要因素。進(jìn)入機(jī)體后可以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生大量炎癥因子,繼而引發(fā)機(jī)體一系列免疫反應(yīng),在免疫應(yīng)激狀態(tài)下,動(dòng)物機(jī)體免疫機(jī)能將受到影響,合成代謝降低,分解代謝增強(qiáng),免疫力下降,甚至嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)體損傷。這種反應(yīng)對(duì)鴨的生長(zhǎng)性能有著不利的影響[4]。
有不少研究者曾就LPS對(duì)家禽的影響進(jìn)行探究。馬邯生等[4]研究顯示,用100、500、1 000 μg/kg體重LPS分別在16、18、20日齡注射肉仔雞,顯著降低了肉仔雞的采食量和日增重。江丹莉等[5]研究顯示,對(duì)29日齡的山麻鴨每7 d注射1 mg LPS后,飼料回報(bào)率降低,生長(zhǎng)相關(guān)激素水平降低。而本團(tuán)隊(duì)前期對(duì)3~9日齡馬崗鵝分2組隔日注射200 和100 μg LPS,2組鵝在試驗(yàn)前期采食量均顯著降低。LPS處理顯著降低了雛鵝生長(zhǎng)速度,高劑量組中尤為顯著[6]。
此前,學(xué)者們主要關(guān)注點(diǎn)在于LPS對(duì)水禽的致炎性影響,鮮有對(duì)外源性LPS處理下雛鴨肌纖維發(fā)育的變化進(jìn)行探究。而雛鴨所處的時(shí)期,是肌肉生長(zhǎng)過(guò)程中的重要階段。因此,本試驗(yàn)將通過(guò)定期腹腔皮下注射法,探索不同濃度LPS對(duì)山麻鴨早期生長(zhǎng)、血清激素、肝、脾及肌纖維發(fā)育的影響,為揭示環(huán)境內(nèi)毒素對(duì)山麻鴨早期生長(zhǎng)發(fā)育的影響提供一定的理論依據(jù)。
7日齡健康山麻鴨由仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院鐘村農(nóng)場(chǎng)提供。
供試雛鴨已進(jìn)行常規(guī)免疫。挑選24只體重相近(110±10)g的健康雌性山麻鴨,隨機(jī)平均分為4組(高濃度LPS組,高濃度對(duì)照組,低濃度LPS組,低濃度對(duì)照組)進(jìn)行籠養(yǎng)。每日進(jìn)行基礎(chǔ)飼糧喂養(yǎng)。自7日齡起,高濃度LPS組每隔2 d注射含有500 μg/kg LPS(血清型 O55:B5,Sigma公司)的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)緩釋劑0.5 mL,高濃度對(duì)照組每隔2 d注射PVP 緩釋劑0.5 mL(由于第1次注射雛鴨反應(yīng)較大,因此高濃度對(duì)照和高濃度組第1次注射間隔為4 d,其后為2 d),低濃度LPS組每天注射含有200 μg/kg LPS的生理鹽水0.5 mL,低濃度對(duì)照組每天注射0.5 mL生理鹽水,注射方法采用腹腔皮下注射,注射劑量參考團(tuán)隊(duì)前期在馬崗鵝雛鵝試驗(yàn)中的濃度[6],并根據(jù)注射時(shí)期、頻率和物種的不同進(jìn)行了調(diào)整。試驗(yàn)期間記錄每組山麻鴨的采食量和每只體重。由于注射頻率不同,為了減少雛鴨應(yīng)激,所有試驗(yàn)組體重測(cè)量的頻率按照高濃度組注射頻率進(jìn)行。出生后的早期山麻鴨主要進(jìn)行肌纖維肥大的過(guò)程,因此為了關(guān)注外源性LPS對(duì)山麻鴨肌纖維肥大過(guò)程的影響,于22日齡時(shí)進(jìn)行采樣。對(duì)每只山麻鴨使用電子體重秤測(cè)量雛鴨體重,對(duì)雛鴨進(jìn)行翅下靜脈采血,每只采集血液2 mL,離心后取約0.5~1 mL血清備用。每只試驗(yàn)用雛鴨通過(guò)頸動(dòng)脈放血法進(jìn)行屠宰后,取相同部位的約1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm體積的腿肌和肝臟,以及完整的脾臟放入4%多聚甲醛溶液內(nèi)備用,另外取相同體積的腿肌于凍存管中,放入液氮備用。
1.3.1 內(nèi)毒素含量的測(cè)定
采用鱟試劑法測(cè)量血清中內(nèi)毒素含量。所有檢測(cè)步驟均按EC80545S試劑盒說(shuō)明書規(guī)范操作。試劑盒購(gòu)自廈門鱟試劑生物科技股份有限公司。
1.3.2 激素含量的測(cè)定
采用ELISA 方法檢測(cè)血清中白介素6(IL-6)(XY-ELA0201)和生長(zhǎng)激素(GH)(XY-ELA1911)含量。所有檢測(cè)步驟均按試劑盒說(shuō)明書規(guī)范操作。試劑盒購(gòu)自上海心語(yǔ)生物科技有限公司。
1.3.3 HE染色
HE染色主要進(jìn)行如下步驟:4%多聚甲醛放置24~48 h進(jìn)行組織固定;將肌肉放入包埋盒中脫水,70%乙醇(2 h),80%乙醇(2 h),95%乙醇(30 min),無(wú)水乙醇(2.5 h),50%無(wú)水乙醇+50%透明劑(30 min),透明劑(2.5 h),50%透明劑+50%石蠟(30 min),石蠟(5 h);將脫水后的組織放入鋼包埋盒中,用包埋機(jī)加入融化的石蠟,并在制冷平臺(tái)上凝固成蠟塊;將蠟塊固定在石蠟切片機(jī)上,用4 μm的厚度切片;將漂浮在37 ℃水面上的切片用載玻片撈到玻片正中位置,隨后放在50 ℃烘片機(jī)上烘干;將有石蠟切片的載玻片放入透明劑中10 min脫蠟;將載玻片在100%、95%、85%、70%、50%的乙醇、PBS以及純水中各浸泡2 min,并不時(shí)震蕩;將載玻片放入蘇木素中1~5 min,純水沖洗1 min,加入活化劑30 s,純水沖洗1 min,伊紅染色30 s~2 min,自來(lái)水沖洗1 min;玻片自然風(fēng)干后,滴20 μL中性樹脂于載玻片標(biāo)本中心,用鑷子蓋上載玻片。用正置熒光顯微鏡 (ZEISS, ImagerZ1)進(jìn)行觀察拍攝并采集圖片。
1.3.4 肌纖維密度和橫截面積檢測(cè)
利用Image-Pro Plus 6.0 (Media Cybernetics, Inc., Rockville, MD, USA)統(tǒng)計(jì)HE染色腿肌橫切面圖片。每張切片隨機(jī)挑選至少3個(gè)400倍視野進(jìn)行拍照。拍照時(shí)盡量讓組織充滿整個(gè)視野。保證每張照片的背景光一致。每張片子隨機(jī)挑選5個(gè)肌纖維,測(cè)量肌纖維的直徑(mm),并求出平均值。統(tǒng)計(jì)每個(gè)視野中的纖維數(shù)和測(cè)量肌纖維的總橫截面積(mm2),求出單位面積內(nèi)肌纖維數(shù)量(個(gè)/mm2)。
1.3.5 實(shí)時(shí)熒光定量PCR
對(duì)腿肌分化期特異表達(dá)的基因肌細(xì)胞生成素(Myog)和肌球蛋白重鏈1(Myh1)進(jìn)行鑒定。采用TRIzol法提取組織總RNA,并用cDNA反轉(zhuǎn)錄試劑盒將 RNA 反轉(zhuǎn)錄成cDNA。 鴨Myog的PCR上游引物序列為5′-CCCGAGCACTGCCCCGGGCAAT-3′,下游引物序列為5′- CGCTCCTGCTGGTTGAGGCTGCTG-3′;Myh1的PCR上游引物序列為 5′- CTCCTCACGCTTTGGTAAAT-3′,下游引物序列為 5′-GCTCTGGCTTCTTGTTGGAC-3′。本試驗(yàn)采用GAPDH作為內(nèi)參基因,上游引物序列為5′-TCTGTCGTGGACCTGACCTGC-3′,下游引物序列為5′-GCCAGCACCCGCATCAAA-3′。在LightCycler480 Ⅱ上進(jìn)行熒光定量PCR,反應(yīng)程序?yàn)椋侯A(yù)變性95 ℃ 10 min;變性95 ℃ 5 s,退火60 ℃ 1 min,延伸72 ℃ 30 s,40個(gè)循環(huán)。
以每只雛鴨個(gè)體作為重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),數(shù)據(jù)分析使用SPSS 20軟件,Student’st計(jì)算組間差異,統(tǒng)計(jì)分析采用雙側(cè)檢驗(yàn),數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。
由圖1可見,低濃度注射外源性LPS降低了雛鴨7~9、15~16和20日齡的采食量;高濃度LPS組,雛鴨采食量在每次注射后第1天均有下降,但一般能在第2天有較大恢復(fù),注射高濃度外源性LPS降低了雛鴨7、10~11以及13~19日齡的采食量。
圖1 不同濃度外源性LPS對(duì)山麻鴨采食量的影響
由圖2可見,低濃度LPS組對(duì)雛鴨體重的影響較小,與對(duì)照組沒(méi)有差異(P>0.05),而高濃度LPS組從11日齡開始,除了第18日齡外,體重均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。
與同濃度對(duì)照組比,*表示P<0.05,**表示P<0.01。下同
由圖3A可知,低濃度LPS組和高濃度LPS組血液中的內(nèi)毒素含量都略高于相應(yīng)的對(duì)照組,但沒(méi)有達(dá)到顯著性差異(P>0.05)。GH含量低濃度對(duì)照組略高于低濃度LPS組,但沒(méi)有達(dá)到顯著性差異(P>0.05),而高濃度組中LPS組和對(duì)照組差異較小(圖3B)。血清中IL-6在低濃度對(duì)照組含量略高于其他3組,但沒(méi)有達(dá)到顯著性差異(P>0.05,圖3C)。
圖3 不同濃度LPS處理對(duì)山麻鴨血清生化指標(biāo)的影響
從22日齡取樣的肝臟、脾臟HE染色結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn),低、高濃度LPS組與對(duì)照組相比,肝細(xì)胞均排列緊密,大小基本一致,肝組織結(jié)構(gòu)完整,未發(fā)現(xiàn)明顯病理變化,但高、低濃度LPS組均有數(shù)量不等的空泡樣變,特別是高濃度LPS組空泡較多(圖4)。
箭頭指示空泡狀變化;標(biāo)尺=20 μm
對(duì)照組中山麻鴨脾臟組織結(jié)構(gòu)排列規(guī)律,白髓中毛細(xì)血管和內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密,紅髓中的淋巴細(xì)胞較少,淋巴鞘被淋巴細(xì)胞圍繞。在低濃度LPS注射后,組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)相對(duì)疏松的現(xiàn)象,白髓中血管和內(nèi)皮細(xì)胞連接開始疏松,紅髓中的紅細(xì)胞發(fā)生了溶血,紅色顆粒增加,淋巴鞘旁的淋巴細(xì)胞開始導(dǎo)出遷移,這些現(xiàn)象在高濃度LPS組中更加明顯(圖5)。
Wp.白髓;Rp.紅髓;L.淋巴細(xì)胞。箭頭指示髓中淋巴細(xì)胞遷移和紅細(xì)胞溶血;標(biāo)尺=20 μm
由圖6、圖7可知,高濃度LPS組肌纖維直徑極顯著低于高濃度對(duì)照組(P<0.01),肌纖維密度沒(méi)有顯著差異(P>0.05);低濃度LPS組肌纖維直徑和密度均與低濃度對(duì)照組無(wú)顯著差異(P>0.05)。
圖6 不同濃度LPS處理后腿肌HE染色比較(標(biāo)尺=20 μm)
圖7 不同濃度LPS對(duì)山麻鴨腿肌肌纖維密度(A)和直徑(B)的影響
低、高濃度LPS組Myog的表達(dá)量均略低于相應(yīng)對(duì)照組,但均未達(dá)到顯著性差異(P>0.05,圖8A)。高濃度LPS組Myh1的表達(dá)量顯著低于相應(yīng)對(duì)照組(P<0.05),低濃度LPS組Myh1的表達(dá)量略低于相應(yīng)對(duì)照組,但未達(dá)到顯著差異(P>0.05,圖8B)。
圖8 不同濃度LPS對(duì)山麻鴨腿肌Myog(A)和Myh1(B)基因表達(dá)的影響
7~22日齡是鴨肌肉發(fā)育最為關(guān)鍵的時(shí)期之一,這個(gè)時(shí)期肌纖維發(fā)育程度對(duì)鴨成年后的產(chǎn)肉量、生長(zhǎng)速度等生長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生重要影響。在本研究中,每天注射溶于生理鹽水的200 μg/kg LPS對(duì)山麻鴨的體重、肝臟、脾臟和肌纖維生長(zhǎng)發(fā)育均無(wú)太大的影響。前人的研究結(jié)果顯示,在對(duì)肉仔雞用100、500、1 000 μg/kg體重LPS分別在16、18、20日齡進(jìn)行注射,只有500、1 000 μg/kg體重LPS會(huì)引起機(jī)體免疫功能顯著下降,而低濃度的影響不明顯[7]。這說(shuō)明禽類在試驗(yàn)采樣相近的時(shí)期,對(duì)于較低濃度的LPS具有一定的耐受性,與本試驗(yàn)結(jié)果相符。
在每隔2 d注射溶于緩釋劑中的500 μg/kg LPS后,鴨的生長(zhǎng)發(fā)育較對(duì)照組變得緩慢,采食量明顯下降,體重顯著低于對(duì)照組,肝臟、脾臟發(fā)生輕微病變,并且腿肌肌纖維直徑顯著降低,肌肉分化標(biāo)志基因Myh1表達(dá)顯著下調(diào)。說(shuō)明高濃度外源性LPS可能通過(guò)影響雛鴨的采食量,減少雛鴨的營(yíng)養(yǎng)攝入,抑制了肌纖維肥大的過(guò)程,從而導(dǎo)致體重降低。在小鼠成肌細(xì)胞模型中,在培養(yǎng)基中添加100 ng/mL LPS可能會(huì)通過(guò)升高IL-1和IL-6來(lái)影響成肌細(xì)胞的增殖和分化過(guò)程[8-9]。而LPS對(duì)山麻鴨肌纖維肥大過(guò)程的抑制是直接還是間接的作用,其具體的調(diào)控機(jī)制如何,還需要在山麻鴨的細(xì)胞試驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證。與本研究結(jié)果類似,團(tuán)隊(duì)前期研究結(jié)果表明注射高濃度LPS會(huì)使鵝的早期采食量下降,肉鵝的胸肌率、腿肌率均顯著低于正常鵝群,說(shuō)明了LPS能使得鵝的生長(zhǎng)發(fā)育和屠宰性能下降[6]。LPS降低了山麻鴨的生長(zhǎng)性能和免疫功能,對(duì)胸腺、肝臟、脾臟有一定的損傷[4],這與我們對(duì)雛鴨的試驗(yàn)結(jié)果類似。
在血清生化指標(biāo)中高濃度或低濃度LPS處理組均使得雛鴨血清內(nèi)毒素升高,但未到顯著水平,且內(nèi)毒素在血清中含量不高,GH在組間差異不明顯,這可能是由于采樣時(shí)雛鴨日齡較大,代謝速度較快導(dǎo)致。IL-6受到的影響較小,與LPS處理組引起較小的肝臟、脾臟病理變化相符合。有研究表明,LPS會(huì)使肉鴨的肝臟、脾臟相對(duì)重量降低,并對(duì)心臟、肺、腎重量,肌胃和腺胃指數(shù),以及腸道形態(tài)等指標(biāo)產(chǎn)生顯著影響[10-11]。提示在本文研究的LPS注射濃度下,生長(zhǎng)性能的變化可能不是通過(guò)GH分泌和應(yīng)激反應(yīng)造成的,而是通過(guò)消化、免疫系統(tǒng)等綜合因素對(duì)雛鴨的采食量、體重和肌肉發(fā)育所產(chǎn)生的直接或間接的影響。以上結(jié)果還需在后期研究中增加采樣點(diǎn),通過(guò)對(duì)血清生化指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。
Myog在肌肉起始分化時(shí)表達(dá),并決定下游促進(jìn)肌肉分化的基因表達(dá),而Myh1則是肌纖維重要組成成分肌球蛋白重鏈的基因[12]。在本研究中,外源性LPS注射并沒(méi)有引起Myog基因的顯著變化,可能是因?yàn)镸yog在肌肉分化起始表達(dá)[13],發(fā)揮作用的時(shí)間早于我們的采樣時(shí)間。而在本試驗(yàn)的采樣時(shí)期22日齡,Myh1基因在高濃度LPS注射后表達(dá)量顯著低于對(duì)照組,與腿肌HE染色結(jié)果中高濃度LPS處理組腿肌肌纖維直徑顯著低于對(duì)照組的表型相符。
在本研究的結(jié)果中,高濃度對(duì)照組的肌纖維密度明顯低于包括低濃度LPS組在內(nèi)的其他幾組,而肌纖維直徑則明顯高于其他幾組。造成上述情況的原因,主要還是由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)上的考慮不周。由于實(shí)驗(yàn)室同一規(guī)格的籠子數(shù)量不夠,因此在將雛鴨分組后,高濃度LPS組和相應(yīng)對(duì)照組所用的籠子(70 cm×70 cm×40 cm,約12.24只/m2)規(guī)格要大于低濃度LPS組和相應(yīng)對(duì)照組所用的籠子(60 cm×60 cm×40 cm, 約16.67只/m2),因此高濃度LPS組與對(duì)照組、低濃度LPS組與對(duì)照組的飼養(yǎng)密度不同。凡文磊等[14]對(duì)15~40日齡肉鴨進(jìn)行試驗(yàn),設(shè)置3個(gè)飼養(yǎng)密度(12、13、14只/m2),結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著飼養(yǎng)密度增加,肉鴨個(gè)體出欄體重降低,飼養(yǎng)密度為13只/m2時(shí)總盈利最高。該密度與本研究中高濃度LPS組和對(duì)照組所使用的密度接近。由于肌肉重量占體重的比例較高,因此該密度下雛鴨的肌肉發(fā)育也很有可能好于其他密度組,從而具有較大的肌纖維直徑。綜上所述,本研究中組間的肌纖維發(fā)育差異主要是受到了飼養(yǎng)密度的影響,密度適中的雛鴨運(yùn)動(dòng)量比高密度的多,活動(dòng)環(huán)境也好于高密度組,這可能是肌纖維發(fā)育較好的原因,而在同樣大小籠子(高濃度LPS組與對(duì)照組,低濃度LPS組與對(duì)照組)之間的比較結(jié)果中肌纖維發(fā)育的差異主要是受到了LPS的影響。由于飼養(yǎng)密度對(duì)于雛鴨肌纖維直徑和密度影響的研究還沒(méi)有報(bào)道,因此該結(jié)論還需進(jìn)一步的試驗(yàn)結(jié)果確證。
肌纖維發(fā)育直接決定了動(dòng)物的產(chǎn)肉量,探索出一個(gè)適合山麻鴨生長(zhǎng)發(fā)育良好的養(yǎng)殖環(huán)境,對(duì)提升山麻鴨養(yǎng)殖效率和產(chǎn)肉量有重大的意義?;诒狙芯亢蛨F(tuán)隊(duì)前期在鵝胚中的研究發(fā)現(xiàn),死胎中LPS濃度顯著高于活胚[15],并且外源性LPS會(huì)顯著降低胚胎的孵化率[16],提示LPS在胚胎期對(duì)禽類生長(zhǎng)發(fā)育影響更大。而胚胎期也是肌肉發(fā)育最為關(guān)鍵的時(shí)期,禽類的肌纖維數(shù)目在出生前就已經(jīng)決定,出生后的早期發(fā)育階段主要是肌纖維肥大過(guò)程[17],這兩個(gè)過(guò)程直接決定了出生后產(chǎn)肉量[18]。因此,后期我們將進(jìn)一步提前LPS處理時(shí)期至更早日齡甚至胚胎期,并增加更多的LPS處理濃度梯度,探索合適的飼養(yǎng)密度,增加試驗(yàn)研究個(gè)體數(shù)量和采樣時(shí)間點(diǎn),完善本研究的結(jié)果。
本研究通過(guò)探究不同濃度外源性LPS對(duì)山麻鴨早期生長(zhǎng)、血清激素、肝、脾及肌纖維發(fā)育的影響,發(fā)現(xiàn)每隔2 d注射溶于緩釋劑中的500 μg/kg LPS會(huì)顯著降低山麻鴨雛鴨的體重和腿肌肌纖維直徑,而每天注射溶于生理鹽水的200 μg/kg LPS則對(duì)雛鴨體重和腿肌肌纖維發(fā)育幾乎沒(méi)有影響,此外,高濃度外源性的LPS會(huì)導(dǎo)致鴨的采食量下降,體重降低,對(duì)肝臟、脾臟有一定的損傷。研究結(jié)果為揭示環(huán)境內(nèi)毒素對(duì)山麻鴨早期生長(zhǎng)發(fā)育的影響提供了理論依據(jù),為今后改善飼養(yǎng)環(huán)境,提升山麻鴨飼養(yǎng)效率提供了借鑒。