彭 凱,邱建強(qiáng),2,徐友良,黃文慶,王玉璽,黃 文
(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動(dòng)物營養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究中心/廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510640;2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院,湖北 武漢 430070;3.肇慶市佰仕科生物科技有限公司,廣東 肇慶 526105;4.廣州飛禧特生物科技有限公司,廣東 廣州 510640;5.加拿大農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)食品部萊斯布里奇研究中心,阿爾伯塔 萊斯布里奇 T1J4B1)
【研究意義】縮合單寧是由黃烷-3-醇或黃烷3,4-二醇單體聚合而成的多酚類化合物,其廣泛存在于植物界,是一類化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性特殊的植物次級(jí)代謝產(chǎn)物[1]。由于高劑量縮合單寧阻礙動(dòng)物對營養(yǎng)物質(zhì)的有效利用,甚至造成機(jī)體代謝紊亂、器官損傷,因此,長期以來縮合單寧被視為“抗?fàn)I養(yǎng)因子”[2]。但近年來研究發(fā)現(xiàn),低劑量縮合單寧具有促進(jìn)動(dòng)物健康的潛在應(yīng)用價(jià)值[3],歸因于低劑量縮合單寧所表現(xiàn)的抑菌、抗炎、抗氧化、抗病毒、促進(jìn)糖脂代謝等生物活性。后抗生素時(shí)代,植物提取物縮合單寧的生物活性逐漸受到廣泛關(guān)注,適量縮合單寧不僅不影響動(dòng)物的生長性能,還能發(fā)揮抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、降脂、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)等功效,具有良好的“替抗”應(yīng)用前景[3]。因此,開展縮合單寧飼料添加劑應(yīng)用研究對提升養(yǎng)殖動(dòng)物的健康和品質(zhì)具有現(xiàn)實(shí)意義。
【前人研究進(jìn)展】目前縮合單寧在動(dòng)物生產(chǎn)上的研究主要集中于畜禽動(dòng)物,其作為水產(chǎn)飼料添加劑的研究雖然不多,但已有研究表明,縮合單寧在草魚[4-5]、中國花鱸[6-10]、日本花鱸[11-14]、凡納濱對蝦[15-16]上表現(xiàn)出抗氧化、抗炎、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡等積極作用。肝臟是魚類重要的代謝器官和免疫器官,也是維持魚類生理機(jī)能最核心的器官之一,因此肝臟健康對魚類生長和抗逆至關(guān)重要。適量縮合單寧還能降低草魚[5]和美洲鰻鱺[17]的肝臟脂肪水平,維持肝臟健康。【本研究切入點(diǎn)】大口黑鱸(Micropterus salmoides),又名加州鱸,屬于典型的肉食性魚類,因其生長快、骨刺少、營養(yǎng)美味、養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益高而深受市場和消費(fèi)者青睞。據(jù)中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示,2022 年我國淡水養(yǎng)殖的大口黑鱸產(chǎn)量高達(dá)70 萬t[18],在我國淡水漁業(yè)發(fā)展中起重要支撐作用。然而,高密度養(yǎng)殖模式下出現(xiàn)的大口黑鱸代謝紊亂、口感油膩、病害頻發(fā)等問題亟待解決。此外,由于飼養(yǎng)不當(dāng)容易導(dǎo)致“脂肪肝”問題(大多在養(yǎng)殖中后期的大規(guī)格大口黑鱸中出現(xiàn)),這不僅不利于大口黑鱸的生存和健康,還將導(dǎo)致魚肉品質(zhì)降低[19],使養(yǎng)殖蒙受經(jīng)濟(jì)損失。目前,縮合單寧應(yīng)用于緩解大規(guī)格大口黑鱸“脂肪肝”以及促進(jìn)動(dòng)物肝臟健康的研究鮮有報(bào)道?!緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)通過在大口黑鱸飼料中添加0.1%、0.2%和0.4%的縮合單寧,探究縮合單寧的適宜添加量及其對大規(guī)格大口黑鱸生長性能、血清代謝物、肝臟組織結(jié)構(gòu)及脂肪含量的影響,旨在為縮合單寧在大口黑鱸飼料中的應(yīng)用以及大口黑鱸健康養(yǎng)殖提供參考。
本試驗(yàn)于2022 年10—11 月在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗(yàn)中心的池塘網(wǎng)箱養(yǎng)殖系統(tǒng)中進(jìn)行。供試的大規(guī)格大口黑鱸購于佛山市順鋒漁聯(lián)水產(chǎn)有限公司,于網(wǎng)箱中暫養(yǎng)2 周以適應(yīng)養(yǎng)殖環(huán)境,暫養(yǎng)期間投喂商品飼料(購于佛山市南海區(qū)杰大飼料有限公司)。本試驗(yàn)采用的縮合單寧來源于葡萄籽(純度≥95%),購于肇慶市佰仕科生物科技有限公司。
基礎(chǔ)飼料(G1)的原料組成及實(shí)測營養(yǎng)水平見表1。在G1 基礎(chǔ)上分別添加0.1%(G2)、0.2%(G3)和0.4%(G4)的縮合單寧配制試驗(yàn)飼料。全部飼料原料粉碎過孔徑250 μm 的標(biāo)準(zhǔn)篩,維生素和礦物質(zhì)預(yù)混料等微量組分采用逐級(jí)擴(kuò)大法混勻,縮合單寧經(jīng)蒸餾水溶解后直接添加到原料中。全部飼料原料經(jīng)混合機(jī)混勻,采用SLX-80型雙螺桿擠壓膨化機(jī)制成膨化顆粒飼料(直徑2 mm),經(jīng)55 ℃烘干后冷卻至室溫,裝入密封袋中,于-20 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>
表1 基礎(chǔ)飼料組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of basal diets(Dry matter basis)
暫養(yǎng)結(jié)束后,選取初體重為510(± 10.4)g 的大規(guī)格大口黑鱸600 尾,隨機(jī)分為4 組,每組3 個(gè)網(wǎng)箱(長1.5 m×寬1.5 m×高3 m),每個(gè)網(wǎng)箱50 尾魚。分別投喂1.2 的4 種飼料,采用飽食投喂方法,每天定時(shí)投喂2 次(8:00 和18:00),記錄水溫、水質(zhì)、投喂量和死亡情況,試驗(yàn)周期為30 d。試驗(yàn)期間水溫為26(± 3)℃,pH 7.6~8.0,氨氮含量≤0.1 mg/L,亞硝酸鹽含量≤0.01 mg/L,溶氧含量>5.0 mg/L。
1.4.1 生長性能指標(biāo)測定 試驗(yàn)結(jié)束前24 h禁食,統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)箱中大口黑鱸的總數(shù)量和總體重,計(jì)算存活率、增重率、特定生長率、采食量和飼料系數(shù)。每缸隨機(jī)取3 尾魚,解剖并分離腹腔內(nèi)的脂肪進(jìn)行稱重,計(jì)算腹脂率。
存活率(%)=100×末尾數(shù)/初始尾數(shù);
增重率(%)=100×(末體重-初始體重)/初始體重;
特定生長率(%/d)=100×(ln 末體體重-ln初始體重)/飼養(yǎng)天數(shù);
采食量(g/尾)=攝食飼料總量/〔(初始尾數(shù)+終末尾數(shù))/2〕;
飼料系數(shù)=攝食飼料總量/(末體重-初始體重);
腹脂率(%)=100×腹腔脂肪總量/末體重。
1.4.2 血清代謝物測定 從每個(gè)網(wǎng)箱隨機(jī)取10 尾魚,用40 mg/L 間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽(MS-222)麻醉,于尾靜脈處采集血液,室溫下靜置2 h 后離心(3 500 r/min,10 min)制備血清,置于-20 ℃冰箱中保存,用于血清代謝物分析。血清代謝物如白蛋白、球蛋白、谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、葡萄糖、總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇等采用全自動(dòng)生化分析儀(日立7600,日本)測定。
1.4.3 肝臟組織結(jié)構(gòu)觀測 從每個(gè)網(wǎng)箱隨機(jī)取6尾魚,解剖取肝臟組織,先用數(shù)碼相機(jī)拍照,隨后將肝臟組織完全浸沒于4%多聚甲醛溶液中,放置48 h 進(jìn)行組織固定,制作石蠟切片,采用H&E 染色法染色,于顯微鏡下拍照并觀察肝臟的組織形態(tài)。
1.4.4 肝臟脂肪含量測定 從每個(gè)網(wǎng)箱隨機(jī)取6尾魚,解剖取肝臟組織并完全浸沒于4%多聚甲醛溶液中,放置48 h 進(jìn)行組織固定,然后脫水、石蠟包埋、切片(厚度8 μm)、油紅O 染色、拍照,用于肝臟中脂滴面積比的分析。從每個(gè)網(wǎng)箱另取6 尾魚,解剖取肝臟組織,采用乙醚抽提法(GB/T 6432-2006)分析肝臟粗脂肪含量。
采用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件中的單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan氏法均值多重比較法對試驗(yàn)結(jié)果的差異顯著性進(jìn)行分析,若不滿足方差齊性則采用Dunnett-T3 檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。
飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸生長性能的影響如圖1 所示。各組之間大口黑鱸的采食量、增重率和特定生長率無顯著差異。與G1組相比,G2 和G3 組存活率無顯著差異,G4 組存活率顯著下降15.79%(P<0.05);G2、G3、G4 組腹脂率顯著下降12.03%、16.18%、13.69%(P<0.05);G2、G3 組飼料系數(shù)無顯著差異,G4 組飼料系數(shù)顯著升高17.44%(P<0.05)。
圖1 飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸生長性能的影響Fig. 1 Effects of dietary condensed tannins on growth performance of large-sized Micropterus salmoides
飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸血清代謝物的影響如表2 所示。各組之間大口黑鱸的血清白蛋白、球蛋白、高密度脂蛋白膽固醇的含量及谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶的活性無顯著差異。與G1 組相比,G2、G3 組血清葡萄糖、總膽固醇、甘油三酯含量無顯著差異,而G4 組血清葡萄糖、總膽固醇、甘油三酯含量則分別顯著下降49.73%、28.46%、35.71%(P<0.05);G2 組血清低密度脂蛋白膽固醇含量無顯著差異,G3、G4 組血清低密度脂蛋白膽固醇含量分別顯著下降38.71%、51.61%(P<0.05)。
表2 飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸血清代謝物的影響Table 2 Effects of dietary condensed tannins on serum metabolites of large-sized Micropterus salmoides
飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸肝臟表觀形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)的影響分別如圖2 和圖3 所示。由圖2 可見,G1 和G2 組大口黑鱸的肝臟呈現(xiàn)不同程度的“花肝”現(xiàn)象,G3 和G4 組肝臟顏色鮮紅、形態(tài)正常。圖3 顯示G1 組肝細(xì)胞空泡化程度高,局部出現(xiàn)炎癥浸潤現(xiàn)象;G2 組肝細(xì)胞有輕微的空泡化現(xiàn)象,局部出現(xiàn)炎癥浸潤;G3和G4 組肝細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)正常,未見明顯的炎癥浸潤。
圖2 飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸肝臟表觀形態(tài)的影響Fig. 2 Effects of dietary condensed tannins on the livermorphology of large-sized Micropterus salmoides
圖3 飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸肝臟組織結(jié)構(gòu)的影響(H&E 染色,× 200)Fig. 3 Effects of dietary condensed tannins on liver histomorphology of large-sized Micropterus salmoides(H&E staining,× 200)
飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸肝臟脂肪分布、脂肪含量及脂滴面積比的影響分別如圖4 和圖5 所示。由圖4 可見,肝臟經(jīng)染色后脂質(zhì)呈紅色,細(xì)胞核呈藍(lán)色,隨著飼料中縮合單寧含量的增加,肝臟中代表脂質(zhì)的染色面積顯著降低。與G1 相比,G2、G3 和G4 組大口黑鱸的肝臟脂肪含量分別顯著降低9.52%、10.84%、11.25%(P<0.05),G3 和G4 組肝臟脂肪含量分別顯著低于G2 組1.45%、1.91%(P<0.05);大口黑鱸肝臟脂滴面積比由大到小依次為G1(4.32%)> G2(0.76%)> G3(0.57%)> G4(0.20%)(P<0.05)(圖5)。
圖4 飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸肝臟脂肪分布的影響(油紅O 染色,× 200)Fig. 4 Effects of dietary condensed tannins on liver lipid distribution of large-sized Micropterus salmoides(Oil red O staining,× 200)
圖5 飼料中添加縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸肝臟脂肪含量和脂滴面積比的影響Fig. 5 Effects of dietary condensed tannins on liver fat content and lipid droplet area ratio of large-sized Micropterus salmoides
縮合單寧屬于天然多酚類化合物,作為功能性飼料添加劑僅在草魚[4-5]、中國花鱸[6-10]、日本花鱸[11-14]、凡納濱對蝦[15-16]、美洲鰻鱺[17]等少數(shù)水產(chǎn)動(dòng)物品種上有相關(guān)研究,其對水產(chǎn)動(dòng)物生長和健康影響的研究仍相當(dāng)缺乏。本研究結(jié)果表明,各組之間大口黑鱸的采食量、增重率和特定生長率均無顯著差異,說明飼料中添加0.1%~0.4%縮合單寧不影響飼料的適口性,也不會(huì)對大口黑鱸的生長速率造成負(fù)面影響。0.1%和0.2%縮合單寧對大口黑鱸的存活率和飼料系數(shù)無顯著影響,表明適量的縮合單寧(0.1%、0.2%)并不影響大口黑鱸的存活與飼料轉(zhuǎn)化效率,而0.4%劑量組大口黑鱸的飼料系數(shù)顯著下降,可能與高劑量縮合單寧的抗?fàn)I養(yǎng)特性有關(guān)。高劑量縮合單寧被視為“抗?fàn)I養(yǎng)因子”[1],歸因于縮合單寧具有較強(qiáng)的蛋白質(zhì)結(jié)合能力,亦可與消化酶、碳水化合物、礦物質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物,從而阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的消化和利用[20]。本試驗(yàn)結(jié)果與縮合單寧在花鱸[6]上的研究結(jié)果一致,即低劑量縮合單寧不影響成活率和飼料系數(shù),而高劑量縮合單寧抑制飼料養(yǎng)分的消化和吸收,損傷腸道組織。海鱸[14]相關(guān)研究也表明,低劑量的葡萄籽縮合單寧不影響海鱸的生長性能和腸道組織結(jié)構(gòu),但高劑量縮合單寧造成腸道胰蛋白酶和刷狀緣酶的活性下降。本試驗(yàn)中,0.4%劑量組大口黑鱸存活率顯著下降可能歸因于高劑量縮合單寧對機(jī)體造成損傷,已有研究表明高劑量縮合單寧不僅可顯著破壞草魚[4]、花鱸[6,10]、凡納濱對蝦[16]腸道組織結(jié)構(gòu),還可通過其代謝產(chǎn)物進(jìn)入血液循環(huán)損害機(jī)體其他器官[21]。
血液代謝物水平可間接反映魚體的健康狀況。本研究結(jié)果表明,大口黑鱸血清葡萄糖、膽固醇及甘油三酯的含量隨著縮合單寧添加量的升高而下降,并在0.4%劑量時(shí)差異顯著,說明高劑量縮合單寧具有促進(jìn)糖脂代謝的效果。這與縮合單寧應(yīng)用于花鱸[7]上的研究結(jié)果一致,即0.1%、0.2%縮合單寧可促進(jìn)花鱸血清糖脂代謝。低密度脂蛋白膽固醇的作用是將肝臟合成的內(nèi)源性膽固醇運(yùn)輸?shù)礁瓮饨M織(如轉(zhuǎn)移至血液),而本研究中大口黑鱸血清低密度脂蛋白膽固醇含量隨著縮合單寧劑量的升高而降低,并在0.2%劑量時(shí)差異顯著,說明縮合單寧可能抑制了膽固醇由肝臟向血液轉(zhuǎn)移,從而導(dǎo)致血清中總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的含量下降。此外,除血清糖脂含量降低外,腹脂率和肝脂含量也顯著降低。縮合單寧添加組大口黑鱸的腹脂率均顯著降低,肝臟油紅O 染色結(jié)果也說明縮合單寧可顯著降低肝臟脂滴面積比,緩解大口黑鱸的“脂肪肝”現(xiàn)象,上述結(jié)果說明飼料中添加適量的縮合單寧對促進(jìn)大口黑鱸糖脂代謝具有積極作用。相關(guān)研究表明,縮合單寧能夠促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的糖脂代謝,如低于2 g/kg 的縮合單寧可促進(jìn)中國花鱸的糖脂代謝[7],飼料中添加0.1%縮合單寧可改善海鱸由高碳水化合物引起的生長性能下降及血糖水平升高,歸因于縮合單寧對海鱸肝臟糖代謝相關(guān)酶(如葡萄糖激酶、丙酮酸激酶)活性及基因表達(dá)的促進(jìn)作用[11]。體外研究發(fā)現(xiàn),縮合單寧可通過離子相互作用、疏水相互作用和分子間氫鍵直接與膽固醇結(jié)合,且其結(jié)合能力隨縮合單寧的濃度升高而增強(qiáng)[22]。另有研究指出,縮合單寧還可通過與脂肪酶、膽固醇酯酶、膽汁酸的相互作用來減少脂質(zhì)的消化[23-24]。Oliveira 等[25]發(fā)現(xiàn),縮合單寧除了通過抑制α-淀粉酶阻礙葡萄糖吸收外,還能通過抑制胰脂肪酶從而間接抑制甘油三酯的吸收。綜上,一方面縮合單寧可影響糖脂的消化和吸收進(jìn)程,從而降低機(jī)體對糖脂的攝入量;另一方面縮合單寧可介導(dǎo)糖脂代謝途徑、相關(guān)酶活性及基因表達(dá),從而促進(jìn)糖脂分解代謝并降低血液中的糖脂水平。
組織結(jié)構(gòu)觀察能夠直接反映動(dòng)物器官的生理狀態(tài)和健康程度,是判斷組織器官是否發(fā)生病變的常用手段。本研究結(jié)果表明,飼料中添加縮合單寧有利于促進(jìn)肝臟健康,緩解“花肝”現(xiàn)象。Kang 等[26]報(bào)道,飼料中添加高劑量縮合單寧對大口黑鱸的肝臟造成氧化損傷,并誘發(fā)炎癥反應(yīng)。與之相反,低劑量縮合單寧卻表現(xiàn)出緩解氧化應(yīng)激和炎癥損傷的效應(yīng),這與本研究結(jié)果相一致,即隨著縮合單寧添加量上升,大口黑鱸“花肝”問題得到改善,且肝臟的空泡化、炎癥浸潤現(xiàn)象也減弱。相似地,縮合單寧還可緩解海鱸黃曲霉毒素B1中毒[8]、高碳水化合物攝入[11]、銅離子應(yīng)激[12]、缺氧脅迫[13]引起的氧化損傷,增強(qiáng)肝臟的抗氧化能力。本試驗(yàn)中縮合單寧改善大口黑鱸肝臟健康的原因可能是縮合單寧增強(qiáng)了肝臟的抗氧化功能,后續(xù)研究有待進(jìn)一步證實(shí)。本試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著縮合單寧添加量的升高,大口黑鱸肝臟脂肪含量和脂滴面積比均顯著下降,說明縮合單寧抑制了肝臟脂肪的沉積,其機(jī)制可能與縮合單寧調(diào)控脂代謝相關(guān)酶的活性、基因表達(dá)量及抑制脂肪細(xì)胞的生存有關(guān)。如顧艾鑫等[27]研究發(fā)現(xiàn),縮合單寧通過下調(diào)脂肪酸合成酶和過氧化物酶體增殖劑激活受體PPAR γ 的基因表達(dá)水平,或者通過抑制Wnt3a/β-catenin 信號(hào)通路從而破壞脂肪細(xì)胞的增殖和分化,從而抑制脂肪合成。Han 等[28]報(bào)道,縮合單寧通過削弱胰島素抵抗、抗氧化應(yīng)激作用,使腸道微生態(tài)及屏障功能恢復(fù)正常,進(jìn)而抑制肝炎及肝臟脂肪蓄積。相似地,縮合單寧對海鱸肝臟糖酵解和糖異生酶的活性及基因表達(dá)具有積極影響[11]。在陸生動(dòng)物上,縮合單寧對高脂誘導(dǎo)的鼠表現(xiàn)出改善糖脂代謝的效果,且肝臟脂肪沉積下降[29-30],這與本試驗(yàn)結(jié)果相一致。
在本研究條件下,較高添加劑量(0.4%)縮合單寧導(dǎo)致大規(guī)格大口黑鱸存活率顯著下降,且飼料系數(shù)顯著升高,但促進(jìn)糖脂代謝作用明顯,腹脂率顯著下降,血清葡萄糖、總膽固醇、甘油三酯的含量及肝臟脂肪含量均顯著下降。飼料中添加適量(0.1%和0.2%)縮合單寧對大規(guī)格大口黑鱸存活率、增重率、特定增長率和飼料系數(shù)無顯著影響,但能降低腹脂和肝脂含量,其中以0.2%縮合單寧促進(jìn)糖脂代謝作用效果較好。此外,隨著縮合單寧添加量升高,大規(guī)格大口黑鱸肝臟健康問題逐漸改善,肝臟組織空泡化、炎癥浸潤現(xiàn)象減輕。以肝臟健康為評價(jià)依據(jù),縮合單寧在大口黑鱸飼料中的適宜添加量為0.2%。