■祝新茗 李沐陽 王桂芹*
(1.吉林農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院動物生產(chǎn)與質(zhì)量安全教育部重點實驗室,吉林長春 130118;2.吉林農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術教育部國際合作聯(lián)合實驗室,吉林長春 130118;3.黑龍江八一農(nóng)墾大學動物科技學院,黑龍江大慶 163319)
近年來,隨著人們對漁產(chǎn)品需求量的上升,集約化養(yǎng)殖規(guī)模與產(chǎn)量日益增長,為加速水產(chǎn)動物生長,降低其死亡率,進一步提升經(jīng)濟效益,抗生素作為一種常用的飼料添加劑被廣泛應用在水產(chǎn)養(yǎng)殖中??膳c此同時,抗生素的濫用也使其成為了一種污染水域環(huán)境、威脅水產(chǎn)動物健康的新興有機污染物[1]。因此,為保證水產(chǎn)動物養(yǎng)殖業(yè)的綠色發(fā)展,國內(nèi)外學者對水產(chǎn)動物飼用抗生素替代物進行了大量研究[2]。黃酮類化合物(Flavonoids)又名維生素P,是一類由天然植被次生代謝產(chǎn)生的雜環(huán)有機化合物,因吸收快、毒性低、促生長、改善免疫能力等多項生理功能,成為近幾年的重點研究對象[3]。已有大量研究表明,添加不同種類黃酮到飼料中,在改善水產(chǎn)動物生長性能、增強機體免疫功能等方面均有顯著效果。本文通過查閱國內(nèi)外相關文獻,從黃酮類化合物影響水產(chǎn)動物生長、免疫功能、抗氧化功能及腸道健康等角度,綜述了黃酮類化合物在水產(chǎn)動物上的研究前景,為進一步揭示及研究黃酮類化合物在水產(chǎn)動物上的應用提供參考。
黃酮類化合物因其多呈黃色而又名黃堿素,現(xiàn)泛指由中央三碳鏈(C3)與2個酚羥基苯環(huán)(A環(huán)與B環(huán))連結(jié)而成的一類化合物(圖1),基礎結(jié)構為C6-C3-C6[4]。根據(jù)其構象差別與C3的氧化程度可將其分為:黃酮(flavone,如芹菜素)、異黃酮(isoflavone,如染料木素、大豆黃素)、黃酮醇(flavonol,如蘆丁、槲皮素、楊梅素)、黃烷酮(flavonone,如陳皮苷、柚皮素);黃烷酮醇(isoflavanone,如水飛薊素)、花青素(anthocyan,如矢車菊色素、芍藥色素)等[5-6]。
圖1 黃酮類化合物基礎結(jié)構
黃酮類化合物純品多為粉末或結(jié)晶狀固體,多以苷類或游離態(tài)苷元形式存在于植物中,因其存在形式及結(jié)構的不同,其溶解性具有很大差異。一般情況下,黃酮苷易溶于水、乙醇及乙酸乙酯等溶劑,難溶于三氯甲烷及乙醚等有機溶劑;而黃酮苷元易溶于乙醇、乙醚、甲醇等有機溶劑,但其在水中溶解性差甚至不溶于水[4]。其中,黃酮和黃酮醇類因其為平面型結(jié)構,結(jié)構緊密、分子間引力較大,因而在水中溶解性差;黃烷酮與黃烷酮醇為非平面型分子,其結(jié)構不緊密,分子間引力低,有利于水分子滲透,故在水中溶解性稍大;而花青素雖也為平面型結(jié)構,但其分子中含有堿性、酸性基團,故在水中溶解性較大。迄今為止,已發(fā)現(xiàn)的存在于植物中的類黃酮已超過9 000種,這些類黃酮均有復雜的化學結(jié)構及多種生理功能,具有很高的科研價值[7]。
已有研究表明,黃酮類化合物與水產(chǎn)動物生長性能間有密切聯(lián)系。黃酮類化合物對水產(chǎn)動物生長性能的影響主要與以下兩個因素密切關聯(lián)。其一是添加種類,有研究表明,在鱉(AmydaSincnsis)和鯉(Cyp?rinus carpio)飼料中添加8‰芒果葉黃酮,分別飼養(yǎng)50 d和60 d,可提高鱉和鯉體質(zhì)量增長率,降低兩者的飼料系數(shù),同時可提高鯉肥滿度及粗蛋白含量,從而提升鯉的營養(yǎng)價值[8]。李劍等[9]在基礎飼料中添加200~800 mg/kg槲皮素,進行49 d飼養(yǎng)試驗,發(fā)現(xiàn)槲皮素能加快吉富羅非魚(GIFT Oreochromis niloticus)幼魚生長,使其飼料系數(shù)明顯下降,同時提高其蛋白質(zhì)效率及肥滿度,從而改善其生長狀態(tài)。有研究稱在基礎飼料中添加0.5%的槲皮素進行60 d養(yǎng)殖試驗,發(fā)現(xiàn)牙鲆(Paralichthys olivaceus)的增重率明顯上升[10]。另有研究表明,在飼料中添加質(zhì)量比為10 mg/kg與20 mg/kg的大豆黃素,可提高美洲鰻(Anguillarostrata)的終末體質(zhì)量[11]。蔡英華等[12]研究表明,添加16 g/kg二氫楊梅素到羅非魚基礎飼料中飼養(yǎng)56 d,可顯著提高奧尼羅非魚(Oreochromis niloticus♀×O.aureus♂)生長速度,降低其飼料系數(shù)。陳密等[13]在草魚(Ctenopha?ryngodon idellus)日糧中加入97.4 mg/kg與388.4 mg/kg蘆丁,進行56 d飼養(yǎng)試驗,得出其對草魚生長速度無顯著影響,但可降低草魚肝體比與臟體比,提高全魚粗蛋白含量。以上研究表明,不同種類黃酮類化合物對魚類的生長性能改變并不相同;另一影響因素為黃酮類化合物的添加劑量。Ko等[14]在飼料中添加0.75 mg/kg染料木黃酮,發(fā)現(xiàn)其能夠有效提高雙帶鱸(Perca flave?scens)的生長速度,但當劑量增至7.5 mg/kg,則對雙帶鱸生長不產(chǎn)生影響。郭海燕等[15]在大菱鲆(Scophthal?mus maximus)日糧中添加5~100 mg/kg染料木黃酮,進行12周的飼養(yǎng)試驗,得出其對大菱鲆幼魚的生長性能無顯著影響,但當劑量為20、100 mg/kg,大菱鲆幼魚粗脂肪含量顯著下降。Zhou等[16]研究表明,在金鯧(Trachinotus ovatus)飼料中添加40 mg/kg大豆異黃酮,可顯著提高金鯧末重、體質(zhì)量增加率及特定生長率。Gustavo[17]添加500 mg/kg大豆異黃酮到羅非魚飼料中飼養(yǎng)56 d后,發(fā)現(xiàn)其對羅非魚生長速率無顯著影響。Mai等[18]添加8 g/kg大豆異黃酮到基礎飼料中飼養(yǎng)8周后,會使牙鲆的末重、飼料效率及粗脂肪含量明顯下降。研究表明,添加0.72%大豆異黃酮到異育銀鯽(Allogynogentic silver crucian carp)飼料中,飼養(yǎng)120 d,異育銀鯽特定生長率及蛋白質(zhì)效率顯著降低,其飼料系數(shù)顯著上升[19]。以上關于黃酮類化合物的研究表明,適宜的黃酮類化合物添加量能提高魚類的生長性能,而添加過高劑量反而會抑制水產(chǎn)動物生長。目前,不同黃酮類化合物影響水產(chǎn)動物生長性能方面研究仍不充足,其作用機理仍不明確,還需進一步研究。
免疫系統(tǒng)是動物體清除微生物及病原體等外來物質(zhì)、進行免疫功能的防御機制[20]。水產(chǎn)動物健康與機體免疫系統(tǒng)的功能聯(lián)系密切,此聯(lián)系促使國內(nèi)外學者對水產(chǎn)動物免疫增強劑進行了廣泛的研究。黃酮類化合物是一類天然高效的免疫增強劑,在機體免疫方面有著重大的影響,主要通過影響體液免疫、細胞免疫、免疫器官及非特異性免疫等調(diào)節(jié)機體免疫功能[21],其效果多隨黃酮類化合物濃度變化而產(chǎn)生劑量效應。姜秦等[22]發(fā)現(xiàn),在褐牙鲆頭腎巨噬細胞中加入0.5~1.0 mg/mL大豆異黃酮,可通過上調(diào)白介素1β(IL-1β)、干擾素γ(IFN-γ)、免疫球蛋白M(IgM)和熱休克蛋白70(HSP70)等免疫相關基因表達量,調(diào)節(jié)褐牙鲆頭腎巨噬細胞免疫功能,但當添加量繼續(xù)上升,其免疫相關基因表達量則明顯下降。與之相似的是,袁瑞等[23]發(fā)現(xiàn)0.1~1.0 mg/mL大豆異黃酮均能提高褐牙鲆外周血白細胞與頭腎巨噬細胞免疫力,此影響會隨大豆異黃酮劑量的增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢。Chen等[24]發(fā)現(xiàn)飼料中加入5~40 mg/kg大豆異黃酮可增強凡納濱對蝦(Whiteshrimp)機體免疫功能,且添加量為20 mg/kg時其免疫能力達到最高。有研究稱日糧中加入10~80 mg/kg大豆異黃酮可通過提高金鯧血漿總蛋白、補體3(C3)、堿性磷酸酶(AKP)及溶菌酶(LZM)水平,降低其血漿谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)和谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)活力,從而調(diào)節(jié)金鯧的免疫能力,其調(diào)節(jié)能力在40 mg/kg時達到頂峰,而后逐漸下降[16]。鄭堯等[25]研究表明,在飼料中分別添加0.1 g/kg、0.3 g/kg蘆丁,可上調(diào)吉富羅非魚幼魚血清IgM、IFN-γ、IL-10水平,下調(diào)腫瘤壞死因子(TNF-α)、IL-1β與IL-8水平,這說明一定濃度的蘆丁能夠調(diào)節(jié)其免疫功能。另有研究表明,飼料中添加97.4 mg/kg和388.4 mg/kg蘆丁飼養(yǎng)56 d后,對草魚肝臟LZM活力、肝臟AKP含量以及血清LZM活力有促進作用,對其血清AKP具有雙向調(diào)節(jié)功能,低劑量促進,高劑量抑制[13]。Shin等[10]在飼料中加入0.25%和0.5%槲皮素,牙鲆血漿LZM水平均顯著上升,且添加量為0.25%時其血漿LZM水平明顯低于0.5%。趙盼月等[26]在飼料中添加400、800 mg/kg原花青素,發(fā)現(xiàn)其可通過改善鎘脅迫下吉富羅非魚血清免疫指標、抑制肝臟自由基的產(chǎn)生,來提高吉富羅非魚免疫能力。Qian等[27]發(fā)現(xiàn)飼料中添加40~60 mg/kg橙皮素可以有效緩解白斑綜合征病毒對克氏原螯蝦(Procambarus clarkii)的毒害作用,改善其免疫能力,且在添加劑量為50 mg/kg時效果最佳。曹麗萍等[28]發(fā)現(xiàn)0.1~1.0 g/kg水飛薊素皆能有效抑制四氯化碳對建鯉(Cyprinus carpiovar Jian)肝細胞造成的損傷,其保護效果隨劑量上升而加強。劉晉菘等[29]研究表明,在飼料中加入0.04%~0.64%雞血藤醇提物,可通過降低黃顙魚(Pelteobagrus fulvidraco)血清AST、ALT活性,提高C3、白蛋白含量,提高其機體非特異性免疫力,且在0.32%時其機體非特異性免疫力達到最高。還有研究稱,25~200μg/mL沙蔥黃酮可通過調(diào)節(jié)烏鱧(Channa argus)血淋巴細胞免疫相關基因表達來調(diào)節(jié)其免疫能力,但此調(diào)節(jié)能力會隨劑量的上升呈先加強后減弱趨勢[30]。上述研究表明,水產(chǎn)動物免疫能力會因接觸黃酮類化合物而變化,過高或過低劑量皆會影響其作用效果,進而影響其免疫功能。
水產(chǎn)動物在特定條件下體內(nèi)會產(chǎn)生自由基,過量的自由基會使機體內(nèi)發(fā)生脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)變性、細胞突變等一系列生理病變[31]。而生物體內(nèi)具有廣泛的抗氧化防護機制,可以降低自由基對機體的損傷,主要包括谷胱甘肽(GSH)、尿酸、抗壞血酸等酶類抗氧化物以及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等非酶類抗氧化物[20]。黃酮類化合物作為一種天然有效的抗氧化物近年來備受人們關注,其作用機制與其他抗氧化物相似,主要是在氧化過程中提供氫原子直接作用于與自由基相關的酶,抑制部分氧化酶活性,從而抑制氧化反應的進行[32],其調(diào)節(jié)能力通常因其添加劑量不同而有所差異。劉淑蘭等[33]研究發(fā)現(xiàn),0.2~1.6 g/kg大豆異黃酮能提高饑餓狀態(tài)下羅非魚肝胰臟抗氧化能力,且此能力會隨大豆異黃酮劑量的增加而上升。Zhou等[16]在飼料中加入10~80 mg/kg大豆異黃酮,發(fā)現(xiàn)其可以上調(diào)金鯧肝臟總抗氧化能力(T-AOC)、SOD、GSH-Px及CAT活性,下調(diào)丙二醛(MDA)水平,且隨著劑量的增加,其抗氧化能力呈先增強后減弱趨勢,胡海濱等[34]在大菱鲆幼魚上也得到了相似結(jié)果。Pês等[35]在銀鯰(Silver catfish)飼料中添加0.15%與0.30%蘆丁飼養(yǎng)21 d后,發(fā)現(xiàn)蘆丁可以通過提高銀鯰腦、肝臟、腎臟、鰓中多種抗氧化酶活性,進而提高其機體抗氧化能力,且添加劑量為0.15%時其抗氧化能力達到最高。Shin等[10]在基礎日糧中加入0.25%、0.5%槲皮素,發(fā)現(xiàn)其可提高鎘損傷后牙鲆肝臟抗氧化酶活性,證明槲皮素具有一定的抗氧化活性,可緩解水體中鎘對牙鲆產(chǎn)生的損傷。羅在禮等[36]研究稱注射1 mg/mL葡萄籽原花青素可以顯著提升斑馬魚(Brachydanio rerio var)胚胎的抗氧化能力,對胚胎起保護作用。蔡英華等[12]發(fā)現(xiàn),在日糧中添加2~16 g/kg二氫楊梅素可提高奧尼羅非魚血清SOD、CAT水平,且在劑量為4 g/kg時達到最高,說明劑量適宜的二氫楊梅素才能使機體抗氧化能力達到最佳。楊繼華等[37]研究稱,飼料中添加50~1 000 mg/kg桑葉黃酮,可以提高吉富羅非魚血清T-AOC、SOD、GSH-Px活性,降低MDA含量;而在肝臟中,其T-AOC、SOD、CAT、GSH-Px呈先上升后下降的趨勢,說明適宜添加量的桑葉黃酮可使吉富羅非魚抗氧化能力達到最高水平。另有報道表明,20~100μg/mL棗葉黃酮能有效提高斑馬魚機體抗氧化能力,添加量為100μg/mL時其抗氧化能力可達到最高[38]。呂小文等[8]發(fā)現(xiàn),8‰芒果葉黃酮浸膏可以降低鱉血清MDA含量,但對其SOD活性沒有影響。劉晉菘等[29]研究稱,在黃顙魚(Pelteo?bagrus fulvidraco)飼料中加入0.04%~0.64%雞血藤醇提物,可有效提高其體內(nèi)SOD、CAT、GSH-Px活性及GSH水平,降低MDA含量,且在添加量為0.16%時其抗氧化能力達到最高。
腸道是水產(chǎn)動物體內(nèi)重要的消化吸收器官,腸道健康有助于機體發(fā)揮正常生理功能,如免疫調(diào)節(jié)、內(nèi)分泌調(diào)節(jié)、營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收等[39-40]。腸道病變往往會累及水產(chǎn)動物其他器官(如肝胰臟、脾臟、腎臟等),造成多器官紊亂損傷,進而影響機體健康[41]。而黃酮類化合物會通過影響消化酶活性及腸道組織結(jié)構等影響水產(chǎn)動物腸道健康水平,此影響能力主要根據(jù)黃酮類化合物添加劑量不同而有所差異。王軍等[42]研究表明,注射2μg/g與20μg/g金雀異黃素到金魚(Carassius auratus)腹腔中飼養(yǎng)7 d后,金魚的腸道消化酶活性會明顯下降,但注射0.2μg/g金雀異黃素對其腸道消化酶活性無明顯影響。Chen等[43]發(fā)現(xiàn),日糧中加入300μg/g與3 000μg/g染料木黃酮會有效降低尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)胃蛋白酶與腸道淀粉酶活性,但對其胃淀粉酶活性無明顯影響,此結(jié)果可能是因為染料木黃酮通過改變消化酶的空間結(jié)構而干擾蛋白酶和淀粉酶的活性。郭海燕等[15]發(fā)現(xiàn),飼料中加入5~100 mg/kg染料木黃酮,會使大菱鲆幼魚胃蛋白酶和腸道淀粉酶水平下降,但對腸蛋白酶及胃淀粉酶沒有明顯影響,當劑量為100 mg/kg時,大菱鲆幼魚腸道結(jié)構被破壞。米海峰等[44]在牙鲆飼料中添加0.1%大豆異黃酮飼養(yǎng)56 d后,牙鲆腸道糜蛋白酶活性顯著上升,但其胰蛋白酶活性無明顯變化。葉繼丹等[11]在飼料中添加質(zhì)量比為20 mg/kg與40 mg/kg大豆黃素時,美洲鰻腸道淀粉酶活性明顯上升,當添加質(zhì)量比為40 mg/kg時,其腸道蛋白酶活性明顯上升。胡海濱等[34]在飼料中加入10~100 mg/kg大豆黃酮飼養(yǎng)84 d后,發(fā)現(xiàn)大菱鲆幼魚腸道蛋白酶、淀粉酶活力均無明顯變化,但當劑量為10~20 mg/kg時,其后腸絨毛高度明顯上升。陳密等[13]在草魚飼料中添加97.4 mg/kg與388.4 mg/kg蘆丁飼養(yǎng)8周后,發(fā)現(xiàn)蘆丁可以上調(diào)草魚腸道淀粉酶活力,且隨劑量的增加呈先上升后下降的趨勢,而388.4 mg/kg蘆丁則會顯著下調(diào)草魚腸道胰蛋白酶活力,這可能是因為高劑量的蘆丁與草魚腸道中酪蛋白酶相結(jié)合所引起酶活力的變化。黃林鑫等[45]發(fā)現(xiàn)葡萄籽原花青素可以降低吉富羅非魚腸道自由基含量,提高腸道功能。王詠梅等[46]研究表明,飼料中添加50 mg/kg桑葉黃酮飼養(yǎng)50 d,可提高凡納濱對蝦腸道發(fā)育水平,提升其腸道菌群多樣性。以上研究均報道了黃酮類化合物對水產(chǎn)動物腸道健康的影響,但根據(jù)劑量不同作用效果差異較大,其作用機制等方面仍有許多問題需進一步探究。
2.5.1 黃酮類化合物對水產(chǎn)動物生殖功能的影響
目前,黃酮類化合物對水產(chǎn)動物生殖功能的影響主要集中于染料木黃酮。染料木黃酮是一種常見的植物雌激素,其分子結(jié)構與動物體內(nèi)雌激素相似,能與動物體內(nèi)雌激素受體結(jié)合,影響動物生殖功能[47]。有報道稱,飼料中添加0.05%及0.1%染料木黃酮會影響虹鱒(Oncorhynchus mykiss)內(nèi)源雌激素分泌,加速雄魚睪丸發(fā)育,延遲雌魚產(chǎn)卵,進而降低其受精率[48]。Ko等[14]研究稱,添加0.75 mg/g與7.5 mg/g染料木黃酮到雙帶鱸飼料中飼養(yǎng)63 d后,雌性及雄性雙帶鱸的生殖功能均未受到明顯影響。Pollack等[49]研究表明,飼料中添加2 mg/g與8 mg/g染料木黃酮能夠誘導條紋鱸(Morone saxatilis)幼魚卵黃蛋白原的合成,但對其性腺細胞分化不產(chǎn)生影響。Dimaggio等[50]在日糧中加入100、1 000 mg/kg染料木黃酮,發(fā)現(xiàn)其可以影響漠斑牙鲆(Paralichthys lethostigma)性別分化,但劑量為1 000 mg/kg時,漠斑牙鲆死亡率上升。
2.5.2 黃酮類化合物對水產(chǎn)動物肝脂代謝的影響
黃酮類化合物在肝脂代謝方面的研究主要集中于水飛薊素。水飛薊素是水飛薊種籽中提取的一種黃酮木脂素類化合物,具有抑制脂質(zhì)過氧化、促進肝細胞修復、保護肝細胞膜等多種功效,被譽為“天然的保肝藥”[51-52]。Xiao等[53]研究表明,100、200 mg/kg水飛薊素可以通過上調(diào)脂質(zhì)分解及β-氧化相關基因表達來抑制草魚肝臟脂肪積累,進而改善草魚機體健康狀況。蕭培珍等[54]在飼料中添加水飛薊素,發(fā)現(xiàn)其能夠改善油酸誘導的草魚肝細胞中脂質(zhì)堆積現(xiàn)象。茍庚午等[55]發(fā)現(xiàn),日糧中加入100 mg/kg水飛薊素可以有效提高吉富羅非魚肝臟脂蛋白脂酶、總酯酶等肝臟代謝酶活力,改善肝臟細胞形態(tài)。還有報道稱,在團頭魴(Megalobrama amblycephala)飼料中添加水飛薊素飼養(yǎng)8周后,通過肝臟組織切片發(fā)現(xiàn),添加50 mg/kg水飛薊素可上調(diào)肝細胞密度、降低肝細胞中脂肪滴數(shù)量,保護團頭魴肝臟健康[52]。分析發(fā)現(xiàn),水飛薊素對魚類肝脂代謝有積極作用,這可能與其能下調(diào)脂質(zhì)合成相關基因表達有關。以上研究表明,黃酮類化合物對水產(chǎn)動物生殖、肝脂沉積等方面均有一定影響,但因相關研究較少,其具體機制及效果還未有定論,仍需更深一步研究討論。
近年來,由于無抗養(yǎng)殖的興起,黃酮類化合物作為一種生物活性多樣的抗生素替代物被廣泛應用于動物生產(chǎn)中。目前,國內(nèi)外學者發(fā)現(xiàn),黃酮類化合物除了影響動物生長、免疫、抗氧化功能外,對動物腸道健康、性腺發(fā)育、肝脂代謝等方面均有影響。但目前關于黃酮類化合物的研究多針對于豬、羊、雞等畜禽動物,在水產(chǎn)動物上的研究十分有限,還有許多內(nèi)容值得更深層次討論:①在改善水產(chǎn)動物生長性能方面,不同類型的黃酮類化合物在飼料中適宜添加劑量還難以把控,有待深入研究與討論;②黃酮類化合物在影響水產(chǎn)動物免疫與抗氧化能力方面研究較少,其在機體內(nèi)作用位點及作用機制還未明確,仍需進一步探索;③與其他類型添加劑聯(lián)合使用是否會產(chǎn)生其他效果還未可知;④目前研究表明不同黃酮類化合物對水產(chǎn)動物腸道健康的影響根據(jù)其添加劑量不同而不盡相同,其最適宜劑量及具體作用機理還需深入探討研究;⑤不同劑量的黃酮類化合物對水產(chǎn)動物性腺發(fā)育、性別分化的影響仍不明確。