薛文慧,趙千惠,梁 天,王明迪,孫 鵬,霍書英,李 永
(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院,保定 071001;2.河北定農(nóng)農(nóng)業(yè)科技集團(tuán)股份有限公司,保定 073000)
霉菌污染一直是全球關(guān)注的問題,特別是在動(dòng)物的養(yǎng)殖環(huán)境及飼料加工、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中的霉菌污染,霉菌及霉菌代謝產(chǎn)生的毒素對(duì)人和動(dòng)物的健康造成極大的危害[1-2]。霉菌在自然界中普遍存在,其中煙曲霉菌和黃曲霉菌是最常見的致病菌,易引起人類和動(dòng)物急性或慢性呼吸道疾病,造成肺損傷,被稱為曲霉肺炎[3]。每年有大量家禽因墊料和飼料霉變而感染黃曲霉菌和煙曲霉菌,引發(fā)中毒死亡[4]。霉菌飼料產(chǎn)生的霉菌毒素影響家禽生產(chǎn)性能,同時(shí)引起家禽免疫功能下降等各種疾病,最終通過家禽產(chǎn)品危害人類健康[5]。
目前,臨床用于抗煙曲霉菌、黃曲霉菌的藥物有唑類、多烯類、脂質(zhì)體類、棘白素類等。其中唑類包括伏立康唑和伊曲康唑,多烯類包括兩性霉素B等。這些抗菌藥物不僅價(jià)格昂貴,還易產(chǎn)生耐藥性[6]。為保障動(dòng)物健康和人類的安全,尋找安全、具有抗菌活性的天然藥物已成為研究熱點(diǎn)。石菖蒲[7](Acorusgramineus)、決明子[8](Cassiaobtusifolia)、黃柏[9](Phellodendronchinensis)、苦參[10](Sophoraflavescens)、辣蓼[11](Polygonumhydropiper)、白頭翁(Pulsatillaadans)、蒲公英[12](Herbataraxaci)均具有清熱祛濕、抗蟲消炎和抑菌等藥理作用,Zhang等[13]前期研究發(fā)現(xiàn)石菖蒲和辣蓼對(duì)光滑念珠菌的生長(zhǎng)有明顯的抑制作用,故本試驗(yàn)針對(duì)禽源煙曲霉菌和黃曲霉菌探究中草藥石菖蒲、決明子、黃柏、苦參、白頭翁、辣蓼、蒲公英的抑菌作用,以期為禽類抗霉菌天然藥物的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。
1.1.1 病料 河北省保定市農(nóng)翔畜禽診所臨床病鴨,病鴨精神不振,羽毛蓬松,排淡綠色稀便,站立不穩(wěn),剖檢肺部有灰白色結(jié)節(jié),取其病變肺臟組織分離病原菌。
1.1.2 試驗(yàn)動(dòng)物 20只2周齡的SPF雞由河北省保定市定農(nóng)集團(tuán)提供。
1.1.3 主要試劑及儀器 葡糖糖、蛋白胨、酵母粉、瓊脂均購(gòu)自北京奧博星生物技術(shù)有限公司;Taq酶、TaqBuffer、dNTP均購(gòu)自寶生物工程(大連)有限公司;Omega真菌DNA提取試劑盒購(gòu)自北京博邁德生物技術(shù)有限公司;石菖蒲、黃柏、決明子、苦參、白頭翁、辣蓼、蒲公英均購(gòu)自安國(guó)藥材市場(chǎng)。DNP-9082培養(yǎng)箱購(gòu)自上海?,攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;超聲提取儀購(gòu)自上海育模儀器有限公司;SHZ-D循環(huán)水式多用真空泵購(gòu)自河南省予華儀器有限公司;Bio-Rad酶標(biāo)儀購(gòu)自北京線上生物科技有限公司。
1.2.1 病原菌分離與形態(tài)觀察 臨床剖檢送檢病鴨,發(fā)現(xiàn)米粒大小的灰白色結(jié)節(jié)覆蓋在肺臟表面,肝臟發(fā)黃、腫大呈豆腐渣狀。采集肺部結(jié)節(jié)混于無(wú)菌生理鹽水中,取100 μL 均勻涂抹于SDA培養(yǎng)基上,37 ℃恒溫培養(yǎng)42 h后觀察,挑取單菌落于載玻片上進(jìn)行顯微鏡觀察,并運(yùn)用劃線法將單菌落進(jìn)行分離純化。
1.2.2 分子生物學(xué)鑒定 用真菌DNA提取試劑盒提取培養(yǎng)48 h時(shí)SDA培養(yǎng)基中的培養(yǎng)物DNA。鑒定真菌通用引物序列為:ITS1:5′-TCCG-TAGGTGAACCTGCGG-3′;ITS4:5′-TCCTCCG-CTTATTATTGATATGC-3′。引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,預(yù)期擴(kuò)增片段大小約為560 bp。PCR反應(yīng)體系50 μL:10×ExTaqBuffer 5 μL,2.5 mmol/L dNTP Mix 4 μL,上、下引物各2 μL,5 U/μL ExTaq0.5 μL,DNA模板2 μL,DEPC水34.5 μL。PCR反應(yīng)條件:94 ℃預(yù)變性3 min;94 ℃變性30 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸1 min,共35個(gè)循環(huán);72 ℃延伸10 min。PCR產(chǎn)物進(jìn)行1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)后,送至上海派森諾生物技術(shù)有限公司測(cè)序,比對(duì)測(cè)序結(jié)果,并利用Mega 7.0構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹。
1.2.3 動(dòng)物回歸試驗(yàn) 將20只雛雞隨機(jī)分為對(duì)照組和試驗(yàn)組,每組10只,連續(xù)7 d給試驗(yàn)組雛雞鼻腔涂抹分離的病原菌后剖檢,對(duì)照組雛雞不作任何處理,正常飼喂,剖檢后觀察臟器是否發(fā)生病變及病變部位是否長(zhǎng)出類似病鴨肺部的灰白色結(jié)節(jié),并對(duì)病變部位做病理切片進(jìn)行組織學(xué)觀察。
1.2.4 中藥提取 參考Zhang等[14]方法,將中藥石菖蒲、黃柏、決明子、苦參、白頭翁、辣蓼和蒲公英粉碎后分別稱取100 g,用60%乙醇按料液比1∶10的比例浸泡24 h, 30 ℃超聲提取3次,每次15 min,藥液減壓抽濾2次,濾液3 000 r/min離心10 min,取上清于80 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中濃縮至2 g/mL,4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.5 最小抑菌濃度MIC80測(cè)定 依據(jù)CLSI編訂的M27-E4標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定各中藥MIC80,使用改良微量肉湯稀釋法進(jìn)行藥敏試驗(yàn)。取2 g/mL藥液混于SDA液體培養(yǎng)基中,運(yùn)用倍比稀釋法將濃度依次稀釋為1 024、512、256、128、64、32、16和8 μg/μL,取100 μL于無(wú)菌96孔板內(nèi),每個(gè)濃度3個(gè)重復(fù)。用SDA液體培養(yǎng)基將菌液稀釋為103CFU/mL,取100 μL于中藥孔中使中藥終濃度分別為512、256、128、64、32、16、8和4 μg/μL,取100 μL菌液和100 μL培養(yǎng)基做陽(yáng)性對(duì)照,取200 μg/μL培養(yǎng)基做陰性對(duì)照,37 ℃恒溫培養(yǎng)48 h,測(cè)定D630 nm值,試驗(yàn)重復(fù)3次。
1.2.6 體外藥敏試驗(yàn) 取2 g/mL中藥液混于SDA瓊脂培養(yǎng)基中,使培養(yǎng)基中中藥濃度分別為256、128、64、32和16 μg/μL,無(wú)菌生理鹽水制備10 CFU/mL菌液,均勻涂抹于培養(yǎng)基中,37 ℃恒溫培養(yǎng)24、48和72 h,記錄菌落數(shù)量,測(cè)定菌落直徑。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 11.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,所有試驗(yàn)至少重復(fù)3次。
在SDA培養(yǎng)基中分離純化后發(fā)現(xiàn)2種形態(tài)不同的病原菌,暫稱為菌落1和菌落2。菌落1培養(yǎng)12 h呈白色,24 h中心呈亮黃色,48 h變?yōu)辄S綠色呈棉花狀,菌絲分散,菌核大小為10 mm(圖1A)。培養(yǎng)12 h時(shí)菌落2呈白色,24 h呈綠色,48 h呈灰綠色,菌絲呈分散蓬松絨毛狀,菌核大小為14 mm(圖1B)。40倍顯微鏡下菌落1孢子頭部呈球形,頂部雙層呈放射性排列(圖1C);菌落2孢子呈球形,頂部呈瓶狀,周圍布滿綠色小刺(圖1D)。
A,培養(yǎng)48 h時(shí)菌落1形態(tài);B,培養(yǎng)48 h時(shí)菌落2形態(tài);C,菌落1的分生孢子(40×);D,菌落2的分生孢子(40×)A,Morphology of colony 1 at 48 h;B,Morphology of colony 2 at 48 h;C,Conidia of colony 1 (40×);D,Conidia of colony 2 (40×)圖1 病原真菌形態(tài)Fig.1 Morphology of pathogenic fungi
2.2.1 PCR擴(kuò)增結(jié)果 目的基因擴(kuò)增結(jié)果顯示,經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳后,擴(kuò)增片段大小約為560 bp(圖2),與預(yù)期大小相符。
M,DL2000 DNA Marker;1,菌落1;2,菌落2M,DL2000 DNA Marker;1,Colony 1;2,Colony 2圖2 目的基因PCR擴(kuò)增結(jié)果Fig.2 PCR amplification results of target gene
2.2.2 菌株1系統(tǒng)進(jìn)化樹 在BLAST中比對(duì)選取黃曲霉菌MK108310、MK002477238、MK002477242、MK002477244、MK002477247、MK002477237、MK002477240、MK002477245和MK002477250,以及大衛(wèi)氏菌屬(Davidiellasp.) MK108394與菌株1進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化樹分析,結(jié)果顯示,黃曲霉菌MK108310與菌株1的親緣關(guān)系最近,相似性高達(dá)99.82%,判定菌株1屬于黃曲霉菌屬(圖3)。
圖3 菌株1系統(tǒng)進(jìn)化樹Fig.3 Phylogenetic tree of strain 1
2.2.3 菌株2系統(tǒng)進(jìn)化樹 經(jīng)BLAST比對(duì)選取煙曲霉菌KY926853、NC_007201、NC_007195、NC_007196、NC_00719、NC_007200、NC_007198、NC_007196、NC_007197、NC_007194與菌株2進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化樹分析,其中NC_007201與菌株2親緣關(guān)系最近,判定菌株2為煙曲霉菌屬(圖4)。
圖4 菌株2系統(tǒng)進(jìn)化樹Fig.4 Phylogenetic tree of strain 2
動(dòng)物回歸試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)照組雛雞反應(yīng)靈敏,叫聲洪亮,食欲旺盛,而試驗(yàn)組雛雞呼吸困難,精神不振,站立不穩(wěn),羽毛蓬松,閉目嗜睡。剖檢發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組雛雞肝臟出現(xiàn)類似病鴨肺部灰白色結(jié)節(jié),肝臟呈黃色,質(zhì)地易碎呈豆腐渣樣,肺臟腫大呈紫紅色;組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)肝臟病變部位出現(xiàn)肉芽腫病變(圖5B),在SDA培養(yǎng)基中將白色結(jié)節(jié)分離純化后長(zhǎng)出煙曲霉菌和黃曲霉菌。
A,對(duì)照組;B,試驗(yàn)組A,Control group; B,Test group圖5 肝臟組織病理學(xué)觀察(20×)Fig.5 Histopathological observation of liver (20×)
7種中藥MIC80測(cè)定結(jié)果見表1,當(dāng)石菖蒲MIC80≥8 μg/μL、黃柏MIC80≥16 μg/μL、決明子MIC80≥32 μg/μL、苦參MIC80≥64 μg/μL時(shí)測(cè)得煙曲霉菌的D630 nm值與陰性對(duì)照相比下降了80%以上,當(dāng)石菖蒲MIC80≥8 μg/μL、決明子MIC80≥16 μg/μL、黃柏MIC80≥32 μg/μL、苦參和辣蓼MIC80≥64 μg/μL時(shí)測(cè)得黃曲霉菌的D630 nm0值與陰性對(duì)照相比下降了80%以上,而白頭翁和蒲公英MIC80≥128 μg/μL,可見石菖蒲、黃柏和決明子對(duì)煙曲霉菌和黃曲霉菌的生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的抑制作用,而苦參、辣蓼、白頭翁和蒲公英對(duì)其生長(zhǎng)無(wú)顯著抑制作用。
表1 中藥MIC80測(cè)定結(jié)果
由表2和圖6、7可知,中藥液濃度為128 μg/μL的培養(yǎng)基培養(yǎng)72 h,石菖蒲和黃柏中無(wú)菌落長(zhǎng)出,決明子中長(zhǎng)出25.5個(gè)菌落,直徑為4 mm;而苦參長(zhǎng)出28.5個(gè)菌落,直徑為5 mm,辣蓼長(zhǎng)出21.0個(gè)菌落,直徑為9 mm;白頭翁長(zhǎng)出24.5個(gè)菌落,直徑為17 mm;蒲公英長(zhǎng)出16.5個(gè)菌落,直徑為18 mm。培養(yǎng)基中石菖蒲濃度為16 μg/μL時(shí)長(zhǎng)出20.0個(gè)菌落,黃柏濃度為32 μg/μL時(shí)長(zhǎng)出34.0個(gè)菌落??梢娛牌褜?duì)煙曲霉菌的生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的抑制作用,其次是黃柏和決明子的抑制作用顯著。
表2 不同中藥濃度培養(yǎng)基中煙曲霉菌的生長(zhǎng)情況
A,空白;B,蒲公英;C,辣蓼;D,白頭翁;E,苦參;F,決明子;G,黃柏;H,石菖蒲A,Blank;B,Herba taraxaci;C,Polyonum hydropiper;D,Pulsatilla adans;E,Sophora flavescens;F,Cassia obtusifolia;G,Phellodendron chinensis;H,Acorus gramineus圖6 煙曲霉菌在濃度為128 μg/μL的中藥培養(yǎng)基中培養(yǎng)72 h的生長(zhǎng)狀態(tài)Fig.6 Growth status of Aspergillus fumigatus cultured in traditional Chinese medicine medium with a concentration of 128 μg/μL for 72 h
圖7 煙曲霉菌在濃度為128 μg/μL的中藥培養(yǎng)基中培養(yǎng)72 h的菌落直徑Fig.7 Colony diameter of Aspergillus fumigatus cultured in traditional Chinese medicine medium with a concentration of 128 μg/μL for 72 h
由表3和圖8、9可知,中藥濃度為128 μg/μL的培養(yǎng)基培養(yǎng)72 h,石菖蒲和決明子中無(wú)菌落長(zhǎng)出,黃柏中長(zhǎng)出34.5個(gè)菌落,直徑為2 mm;而苦參長(zhǎng)出41.5個(gè)菌落,直徑為7 mm,辣蓼長(zhǎng)出40.0個(gè)菌落,直徑為6 mm;白頭翁長(zhǎng)出44.5個(gè)菌落,直徑為9 mm;蒲公英長(zhǎng)出37.5個(gè)菌落,直徑為16 mm。培養(yǎng)基中石菖蒲濃度為16 μg/μL時(shí)長(zhǎng)出34個(gè)菌落,決明子濃度為32μg/μL時(shí)長(zhǎng)出31.5個(gè)菌落。可見石菖蒲、決明子和黃柏對(duì)黃曲霉菌的生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的抑制作用,其中石菖蒲的抑制作用最為顯著。
表3 不同中藥濃度培養(yǎng)基中黃曲霉菌的生長(zhǎng)情況
A,空白;B,蒲公英;C,白頭翁;D,苦參;E,辣蓼;F,黃柏;G,決明子;H,石菖蒲A,Blank;B,Herba taraxaci;C,Pulsatilla adans;D,Sophora flavescens;E,Polyonum hydropiper;F,Phellodendron chinensis;G,Cassia obtusifolia;H,Acorus gramineus圖8 黃曲霉菌在濃度為128 μg/μL的中藥培養(yǎng)基中培養(yǎng)72 h的生長(zhǎng)狀態(tài)Fig.8 Growth status of Aspergillus flavus cultured in traditional Chinese medicine medium with a concentration of 128 μg/μL for 72 h
圖9 黃曲霉菌在濃度為128 μg/μL的中藥培養(yǎng)基中培養(yǎng)72 h的菌落直徑Fig.9 Colony diameter of Aspergillus flavus cultured in traditional Chinese medicine medium with a concentration of 128 μg/μL for 72 h
家禽生產(chǎn)受到多種真菌病的影響,包括曲霉菌病、念珠菌病、黃霉病、毛霉菌病、組織胞漿菌病和隱球菌病,在這些真菌疾病中,曲霉菌病和念珠菌病最為突出。曲霉病是由煙曲霉菌和黃曲霉菌引起的真菌感染,也是重要的空氣傳播腐生真菌[15]。臨床上經(jīng)常使用唑類和抗生素類抗真菌藥物治療曲霉菌感染,但隨著上述藥物長(zhǎng)期的推廣應(yīng)用,不僅有副作用且易使機(jī)體易產(chǎn)生耐藥性[16],故尋找天然無(wú)殘留抗真菌藥物具有重要意義。本試驗(yàn)從臨床病鴨肺部分離出2種不同形態(tài)的霉菌,通過形態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)其菌落顏色形態(tài)與黃曲霉菌和煙曲霉菌菌落形態(tài)類似,經(jīng)ITS分子鑒定和相似性比對(duì),確定2種病原菌為黃曲霉菌屬和煙曲霉菌屬,采用ITS片段鑒定真菌是一種簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)有效的方法。ITS保守型在種內(nèi)相對(duì)一致,不同種間差異明顯,可反映種間甚至菌株之間的差異[17]。在顯微鏡下觀察煙曲霉菌和黃曲霉菌菌絲,可觀察到成熟分生孢子?,F(xiàn)有研究表明,黃曲霉菌絲的分生孢子為兩層小梗,煙曲霉菌絲的分生孢子為單層小梗[18-19]。此外,黃曲霉菌和煙曲霉菌通過分生孢子啟動(dòng)高度極化的生長(zhǎng)過程,導(dǎo)致機(jī)體侵襲性感染[20],尤其1~3周齡雛鴨對(duì)霉菌極為敏感,常為群發(fā),死亡率極高[21]。
在家禽養(yǎng)殖行業(yè)霉菌污染一直是難以避免的問題,黃曲霉菌和煙曲霉菌對(duì)不同階段動(dòng)物的致病性不同,雛鴨極為敏感,而養(yǎng)殖業(yè)中雞的養(yǎng)殖比重遠(yuǎn)超過鴨,且黃曲霉菌和煙曲霉菌是經(jīng)呼吸系統(tǒng)感染的急性或慢性疾病,可造成全身性感染[22],故本試驗(yàn)經(jīng)鼻腔涂抹病原菌使雛雞感染,探究從病鴨肺部分離的黃曲霉菌和煙曲霉菌對(duì)雛雞是否具有致病性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雛雞出現(xiàn)明顯類似病鴨的癥狀,食欲減退,精神不佳,站立不穩(wěn),肝臟和肺臟出現(xiàn)病變,鏡檢可見病變部位有明顯的肉芽腫病變。肉芽腫是由于各種病原體感染導(dǎo)致巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)所致,是霉菌感染的典型癥狀[23],由此可見從病鴨肺部分離出的黃曲霉菌和煙曲霉菌對(duì)雛雞也具有致病性。超聲提取技術(shù)是近年來提取中藥有效成分的新工藝之一,可瞬時(shí)破壞藥材細(xì)胞壁,增強(qiáng)溶劑滲透至細(xì)胞內(nèi)部,進(jìn)而增強(qiáng)中藥活性成分在溶劑中的溶出,可提高提取率、節(jié)省藥材與溶劑、縮短提取時(shí)間,適用于絕大多數(shù)中藥有效成分的提取[24],中藥的有效成分為有機(jī)物,易溶于乙醇[25],因此,本研究采用超聲波乙醇提取法粗提中藥液,對(duì)黃曲霉菌和煙曲霉菌進(jìn)行體外藥敏試驗(yàn)。
中藥毒性小,不易產(chǎn)生耐藥性,多種活性成分共同發(fā)揮作用[26]。培養(yǎng)基體外藥敏試驗(yàn)可直觀探究中藥液對(duì)黃曲霉菌和煙曲霉菌生長(zhǎng)的抑制作用。黃曲霉菌和煙曲霉菌在SDA培養(yǎng)基中生長(zhǎng)最快,故選用SDA培養(yǎng)基進(jìn)行藥敏試驗(yàn)。直至石菖蒲濃度降為16 μg/μL時(shí),培養(yǎng)基才長(zhǎng)出黃曲霉和煙曲霉菌落,決明子濃度降為32 μg/μL時(shí)才長(zhǎng)出黃曲霉菌菌落,黃柏濃度降為32 μg/μL時(shí)才長(zhǎng)出煙曲霉菌菌落,可見石菖蒲對(duì)黃曲霉菌和煙曲霉菌的抑制作用最強(qiáng)。石菖蒲中揮發(fā)油活性成分α-細(xì)辛酮和阿卡塔酮C協(xié)同抗真菌,對(duì)白色念珠菌也具有較強(qiáng)的抑制作用[27],且對(duì)金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、乙型溶血性鏈球菌、幽門螺桿菌、白假絲酵母菌、大腸埃希菌和痢疾桿菌也具有抑制作用[28],石菖蒲對(duì)黃曲霉菌和煙曲霉菌的抑制作用是否是揮發(fā)油活性成分發(fā)揮作用有待進(jìn)一步研究。黃柏和決明子對(duì)煙曲霉菌和黃曲霉菌的抑制作用較為顯著。研究顯示,黃柏中的生物堿具有一定的抑菌作用,其中小檗堿可在一定程度上減少菌群[29],決明子對(duì)植物病原菌也具有抑制作用[30]。而在苦參、辣蓼、白頭翁和蒲公英濃度為128 μg/μL的培養(yǎng)基中就已長(zhǎng)出黃曲霉菌和煙曲霉菌的菌落,因此,苦參、辣蓼、白頭翁和蒲公英對(duì)黃曲霉菌和煙曲霉菌的抑制作用不顯著。 研究顯示,苦參對(duì)白色念珠菌等有抑制作用[31],辣蓼對(duì)致病性大腸桿菌等有抑制作用[32],白頭翁對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等有抑制作用[33],蒲公英對(duì)枯草桿菌和金黃色葡萄球菌等有抑制作用[34]。綜上,石菖蒲、黃柏和決明子對(duì)黃曲霉菌和煙曲霉菌有顯著的抑制作用,其中石菖蒲的抑制性最為顯著,而3種中藥的抑菌機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
石菖蒲、黃柏和決明子對(duì)禽源煙曲霉菌和黃曲霉菌有較強(qiáng)的抑制作用,其中石菖蒲的抑制作用最強(qiáng),而苦參、辣蓼、白頭翁、蒲公英對(duì)禽源煙曲霉菌和黃曲霉菌無(wú)明顯抑制作用,本試驗(yàn)為動(dòng)物健康和食品抗真菌藥物的生產(chǎn)提供了新思路。