崔洋洋 韓國鋒 李延森 李春梅
(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,家畜環(huán)境控制與智慧生產(chǎn)研究中心,南京 210095)
近年來,全球變暖已造成許多地區(qū)高溫季節(jié)時間延長,對人類健康和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成負面影響?,F(xiàn)代肉雞養(yǎng)殖企業(yè)多采用自動化和高密度的飼養(yǎng)模式,同時肉雞具有代謝率高、無汗腺、對熱敏感等特點,這就使得肉雞很容易受到高溫影響而產(chǎn)生熱應(yīng)激[1-2]。熱應(yīng)激根據(jù)應(yīng)激時間分為“急性熱應(yīng)激”和“慢性熱應(yīng)激”。急性熱應(yīng)激是指環(huán)境溫度的短暫而快速的升高,慢性熱應(yīng)激是指長時間(≥3 d)內(nèi)環(huán)境溫度升高。此外,慢性熱應(yīng)激根據(jù)是否存在間歇性又分為周期慢性熱應(yīng)激和連續(xù)熱應(yīng)激。周期性慢性熱應(yīng)激指動物在一段時間內(nèi)暴露于熱環(huán)境中,其他時間則處于舒適溫度,而連續(xù)性熱應(yīng)激是指動物持續(xù)面臨高溫環(huán)境[3]。目前動物養(yǎng)殖生產(chǎn)中最常發(fā)生的是周期性慢性熱應(yīng)激[4]。據(jù)報道,每年因高溫引起的熱應(yīng)激造成的家禽產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟損失達12 800萬美元[5]。近年來,世界肉類消費結(jié)構(gòu)逐漸從牛、羊肉向禽肉轉(zhuǎn)移,雞肉生產(chǎn)增長遠高于牛肉、豬肉,2020年商品代白羽肉雞出欄總量51.55億只,漲幅高達13.25%[6]。同時,由于非洲豬瘟導(dǎo)致豬肉產(chǎn)量下降,豬肉價格升高,雞肉消費需求進一步升高[7]。因此,尋找有效緩解家禽生產(chǎn)中熱應(yīng)激問題的策略日益引起研究人員關(guān)注。目前主要是利用飼料添加劑和控制環(huán)境溫度來緩解熱應(yīng)激對家禽造成的損傷[8],但這些方法都是被動的來緩解熱應(yīng)激造成的損傷,具有效率低和成本高等缺點[9]。
前人研究表明,胚胎期熱操縱(thermal manipulation,TM)技術(shù)可使孵化后的雛雞具有耐熱性[10-11]。我們先前研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)TM可改變?nèi)怆u胚胎期肝臟和大腦中的亮氨酸濃度[12]。根據(jù)Ohta等[13]試驗研究和本試驗先前研究結(jié)果,我們選擇在胚胎期第7天于卵黃囊內(nèi)注射亮氨酸,結(jié)果發(fā)現(xiàn)卵內(nèi)注射亮氨酸能提高熱應(yīng)激條件下雄性肉雞的耐熱性[14]和生長性能[15];此外,Erwan等[16]報道,飼糧中添加亮氨酸對肉雞的采食量、體增重和飼料轉(zhuǎn)化率并無顯著影響。這就說明在提高肉雞耐熱性方面,卵內(nèi)注射亮氨酸顯著優(yōu)于飼糧添加。
卵內(nèi)注射技術(shù)具有安全性高、接種速度快、劑量準確、便于機械化操作和節(jié)省人力等優(yōu)點,并且該技術(shù)在家禽早期免疫調(diào)控的應(yīng)用方面取得了較大成功[17]。目前已經(jīng)報道的卵內(nèi)注射的物質(zhì)主要有氨基酸及其代謝物類、維生素、電解質(zhì)、益生菌、碳水化合物以及一些小肽類物質(zhì)等[18],這些外源性物質(zhì)具有改善胚胎期營養(yǎng)狀況,促進胚胎發(fā)育,提高雛雞出殼后免疫功能、生長性能、抗熱應(yīng)激能力、肉品質(zhì)等功能[12,19]。卵內(nèi)注射技術(shù)作為一項新技術(shù),目前仍面臨許多挑戰(zhàn),如禽蛋品種,注射液的種類、濃度、劑量等都會影響卵內(nèi)注射的效果,以及卵內(nèi)注射對后代影響持續(xù)時間等都需要進一步研究。我們相信在未來會有更多的新型營養(yǎng)物質(zhì)或其他補充劑應(yīng)用于卵內(nèi)注射技術(shù)的研究中,從而挖掘出更多高效的卵內(nèi)注射補充劑進一步促進禽類產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
熱應(yīng)激引起肉雞體溫升高、采食量降低,最終降低肉雞的生產(chǎn)性能[20]。熱應(yīng)激還會破壞腸道組織形態(tài),造成腸道上皮細胞壞死、脫落,降低肉雞的生長性能和抗氧化能力[21]。此外,熱應(yīng)激也會影響法氏囊、脾臟等免疫器官的發(fā)育,降低肉雞的免疫功能[22]。亮氨酸是一種必需氨基酸,參與蛋白質(zhì)的從頭合成,還參與維持和調(diào)控動物多種生理功能[23-24]。本課題組前期研究已經(jīng)證實,肉雞胚胎期亮氨酸營養(yǎng)干預(yù)可以通過激活脂代謝和氨基酸代謝提高肉雞對熱應(yīng)激的耐受[14,25]。胚胎期注射亮氨酸水溶液(0.5 mL/枚,含4.03 mgL-亮氨酸)可以降低急性熱應(yīng)激肉雞間腦中熱休克蛋白基因表達水平[26]。此外,飼糧中長期補充亮氨酸可以提高金鯧魚的生長性能和抗氧化能力[27]。最新研究發(fā)現(xiàn),胚胎期亮氨酸營養(yǎng)干預(yù)能顯著提高慢性熱應(yīng)激雄性肉雞的生長性能[28],但是目前關(guān)于卵內(nèi)注射亮氨酸對慢性熱應(yīng)激雌性肉雞生長性能和抗氧化能力的研究未見報道。因此,本研究旨在探討胚胎期亮氨酸營養(yǎng)干預(yù)對慢性熱應(yīng)激雌性肉雞生長性能和抗氧化能力的影響,明確卵內(nèi)注射亮氨酸是否能恢復(fù)慢性熱應(yīng)激對雌性肉雞生長性能、腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)和抗氧化能力造成的損傷,為卵內(nèi)注射亮氨酸在家禽抗熱應(yīng)激領(lǐng)域的進一步應(yīng)用提供依據(jù)。
試驗選取日齡相同、蛋重相近的羅斯308種蛋200枚,隨機分為2組(每組平均蛋重64.9 g),在胚胎期第7天進行卵內(nèi)注射,將亮氨酸水溶液和超純水注射入卵黃囊內(nèi),根據(jù)Ohta等[13]和本課題組先前試驗結(jié)果[15],本試驗選擇對照組注射超純水(0.5 mL/枚),亮氨酸組注射亮氨酸水溶液(0.5 mL/枚,含9.06 mgL-亮氨酸)。卵內(nèi)注射過程參照Ohta等[13]的報道。
雛雞飼養(yǎng)至15日齡,2組各隨機選擇體重相近的24只雌性雛雞,分成8個重復(fù),每個重復(fù)3只。2組雌性肉雞從21日齡開始至39日齡結(jié)束,連續(xù)19 d進行熱處理[(30±2)℃],處理時間為每天10:00—16:00,熱應(yīng)激期結(jié)束后,進入恢復(fù)期,即熱應(yīng)激結(jié)束后在正常溫度環(huán)境下飼養(yǎng)1周至46日齡。
1日齡雛雞出殼后立即轉(zhuǎn)移到南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物試驗中心動物房飼養(yǎng),2日齡時通過雌雄鑒別(羽速快慢鑒別法)篩選出雌性雛雞進行分籠飼養(yǎng),每籠20只。飼養(yǎng)管理遵循《羅斯308飼養(yǎng)管理手冊》,自由采食(飼糧營養(yǎng)水平滿足:代謝能>12.6 MJ/kg,粗蛋白質(zhì)含量>23%)和飲水。當(dāng)飼養(yǎng)試驗進行到39和46日齡時,分別以重復(fù)為單位進行屠宰試驗。每個重復(fù)選1只雌性肉雞解剖,麻醉后頸動脈采血于離心管中,然后分離出十二指腸、空腸和回腸,在每段腸道中段取3 cm左右樣品,用生理鹽水把腸道內(nèi)容物沖洗干凈。一部分于4%多聚甲醛常溫保存,以制備石蠟切片,另一部分保存于-80 ℃冰箱。最后分離出心臟、肝臟、脾臟、法氏囊等器官,用濾紙吸取表層血液,剪去表面脂肪和系膜,放置在電子天平上稱重。
1.3.1 生長性能測定
記錄各組(以重復(fù)為單位)熱應(yīng)激期間的采食量和死淘數(shù),每3 d記錄各組體重(以重復(fù)為單位),計算21~39日齡、40~46日齡的平均日增重、平均日采食量、飼料轉(zhuǎn)化率,并計算39和46日齡的心臟、肝臟、法氏囊、脾臟指數(shù)。免疫器官指數(shù)計算公式如下:
免疫器官指數(shù)(%)=[免疫器官重(g)/體重(g)]×100。
1.3.2 腸道組織形態(tài)測定
腸道切片制作過程大致分為固定、梯度酒精脫水、石蠟包埋、切片、蘇木精-伊紅(HE)染色和中型樹脂封片。采用虛擬顯微鏡(Nikon公司)并結(jié)合Image J 1.6.0圖像分析軟件觀察腸道形態(tài)結(jié)構(gòu),測定絨毛高度和隱窩深度。
1.3.3 血清抗氧化指標檢測
采用酶標儀測定血清中丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性和總抗氧化能力(T-AOC),所用試劑盒均購于南京建成生物工程研究所。
1.3.4 腸道組織抗氧化指標檢測
將存于-80 ℃冰箱的腸道組織用預(yù)冷的生理鹽水按1∶9(質(zhì)量∶體積=g∶mL)稀釋,然后勻漿,將勻漿液于離心機中離心(4 ℃,3 500 r/min,15 min)后,小心吸取上清液,使用南京建成生物工程研究所的試劑盒測定上清液中CAT、SOD、GSH-Px活性和MDA含量。
血清抗氧化指標的數(shù)據(jù)使用GraphPad Software公司開發(fā)的GraphPad Prism 8.2.1統(tǒng)計軟件進行雙因素方差分析(two-way ANOVA),若存在顯著交互作用,繼續(xù)采用Turkey-Kramer test進行組間多重比較;生長性能、器官指數(shù)、腸道組織形態(tài)和腸道組織抗氧化指標等的數(shù)據(jù)使用GraphPad Prism 8.2.1獨立樣本t檢驗(ttest)分析。試驗數(shù)據(jù)以“平均值±標準誤”表示,P>0.05為差異不顯著,P<0.05為差異顯著,P<0.01表示差異極顯著。
由表1可知,與對照組相比,卵內(nèi)注射亮氨酸對熱應(yīng)激期和恢復(fù)期雌性肉雞的平均日增重、平均日采食量和料重比沒有產(chǎn)生顯著影響(P>0.05),而且也未顯著影響39和46日齡心臟、肝臟和法氏囊指數(shù)(P>0.05),但極顯著提高了39日齡雌性肉雞脾臟器官指數(shù)(P<0.01)。
表1 卵內(nèi)注射亮氨酸對慢性熱應(yīng)激雌性肉雞生長性能的影響Table 1 Effects of in ovo leucine injection on growth performance of female broilers under chronic heat stress
續(xù)表1階段Phases指標Indexes日齡Daysofage對照組Controlgroup亮氨酸組LeucinegroupP值P-value恢復(fù)期Recoveryperiod平均日增重ADG/g40~4673.63±19.9062.14±16.700.226平均日采食量ADFI/g40~46549.36±111.19493.21±90.550.389料重比F/G40~469.11±2.7110.49±2.300.467體重BW/g462409.00±80.502221.00±54.780.073心臟指數(shù)Heartindex/%460.45±0.010.42±0.020.181肝臟指數(shù)Liverindex/%462.17±0.112.24±0.130.684法氏囊指數(shù)BursaofFabriciusindex/%460.17±0.020.21±0.030.276脾臟指數(shù)Spleenindex/%460.11±0.000.14±0.020.200
由表2可知,與對照組相比,39日齡時亮氨酸組血清T-AOC活性極顯著下降(P<0.01),其他血清抗氧化指標無顯著差異(P>0.05);然而,46日齡時亮氨酸組血清MDA含量極顯著下降(P<0.01),SOD活性則極顯著提高(P<0.01)。
表2 卵內(nèi)注射亮氨酸對慢性熱應(yīng)激雌性肉雞血清抗氧化指標的影響Table 2 Effects of in ovo leucine injection on serum antioxidant indexes of female broilers under chronic heat stress
由圖1和圖2可知,與對照組相比,卵內(nèi)注射亮氨酸極顯著提高了39日齡雌性肉雞十二指腸絨毛高度和回腸隱窩深度(P<0.01),顯著降低空腸絨毛高度(P<0.05),極顯著降低了空腸隱窩深度(P<0.01);卵內(nèi)注射亮氨酸顯著提高了46日齡雌性肉雞回腸絨毛高度(P<0.05),極顯著提高了空腸絨毛高度(P<0.01),極顯著降低了十二指腸絨毛高度和空腸隱窩深度(P<0.01)。
由表3可知,與對照組相比,亮氨酸組的39日齡雌性肉雞空腸組織MDA含量降低了46.7%(P=0.134),且空腸組織CAT和GSH-Px的活性分別提高了4.9%(P=0.886)和53.2%(P=0.102)。
表3 卵內(nèi)注射亮氨酸對慢性熱應(yīng)激39日齡雌性肉雞腸道組織抗氧化指標的影響Table 3 Effects of in ovo leucine injection on intestinal tissue antioxidant indexes of 39-day-old female broilers under chronic heat stress
續(xù)表3項目Items組別Groups十二指腸Duodenum空腸Jejunum回腸IleumP值P-value<0.0010.0250.348過氧化氫酶對照組Controlgroup7.2±1.68.1±1.810.1±1.0CAT/(U/mgprot)亮氨酸組Leucinegroup5.9±0.98.5±1.311.6±0.8P值P-value0.6100.8660.239谷胱甘肽過氧化物酶對照組Controlgroup70.0±6.5102.7±13.0205.9±4.8GSH-Px/(U/mgprot)亮氨酸組Leucinegroup60.2±4.9157.3±18.2199.1±6.0P值P-value0.2810.1020.271
大量研究已經(jīng)證實,足夠的采食量是動物生長和發(fā)揮生產(chǎn)潛力的必要保證,而慢性熱應(yīng)激會降低雌性肉雞的采食量,導(dǎo)致機體代謝發(fā)生紊亂,體重下降,嚴重時甚至?xí)?dǎo)致死亡[29]。本課題組先前研究發(fā)現(xiàn)卵內(nèi)注射亮氨酸后,在慢性熱應(yīng)激條件下雄性肉雞體重與對照組相比顯著提高,這說明卵內(nèi)注射亮氨酸能夠提高雄性肉雞的生長性能[14]。然而,有研究顯示雌性肉雞對高溫的敏感性要低于同日齡的雄性肉雞[30]。Han等[25]研究也發(fā)現(xiàn)卵內(nèi)注射亮氨酸可使急性熱應(yīng)激條件下雄性雛雞獲得耐熱性,而雌性雛雞并未獲得耐熱性,進一步說明肉雞在獲得耐熱性能方面存在性別差異。本試驗結(jié)果表明,卵內(nèi)注射亮氨酸并未對慢性熱應(yīng)激雌性肉雞的生長性能產(chǎn)生顯著影響。這可能與雌性和雄性肉雞自身的耐熱性差異有關(guān),也可能與卵內(nèi)注射亮氨酸誘導(dǎo)耐熱性的性別差異有關(guān),未來研究將會關(guān)注這一問題。
圖I、J、K分別為對照組46日齡雌性肉雞十二指腸、空腸和回腸組織切片(40×),圖L、M、N分別為亮氨酸組46日齡雌性肉雞十二指腸、空腸和回腸組織切片(40×)。圖O和P分別為絨毛高度和隱窩深度數(shù)據(jù)柱狀圖。數(shù)據(jù)表示為平均值±標準誤(n=4),*表示與對照組相比差異顯著(P<0.05),**表示與對照組相比差異極顯著(P<0.01)。Figures I,J and K were the tissue sections of duodenum,jejunum and ileum of 46-day-old female broilers in the control group (40×),and figures L,M and N were the tissue sections of duodenum,jejunum and ileum of 46-day-old female broilers in the leucine group,respectively (40×).Figures O and P were the histograms of villus height and crypt depth,respectively.The values showed as the mean±SE (n=4),* mean significant difference compared with the control group (P<0.05),and ** mean extremely significant difference compared with the control group (P<0.01).圖2 46日齡雌性肉雞腸道組織形態(tài)Fig.2 Intestinal tissue morphology of 46-day-old female broilers
慢性熱應(yīng)激可阻礙雌性肉雞免疫器官發(fā)育,免疫器官指數(shù)尤其是脾臟指數(shù)顯著降低[31]。免疫器官指數(shù)是評價機體免疫系統(tǒng)發(fā)育狀況的關(guān)鍵性指標,其大小直接影響機體免疫調(diào)節(jié)能力[32]。脾臟是機體最大的外周淋巴器官,參與機體損傷和老化細胞清除等。諸多報道證實,慢性熱應(yīng)激會使肉雞脾臟水腫、出血、萎縮和相對重量降低等,影響其正常發(fā)育[31,33]。亮氨酸不僅可為動物免疫細胞供能,同時還可促進動物免疫細胞增殖。Siwicki等[34]在普通鯉魚和虹鱒的試驗中發(fā)現(xiàn),體外培養(yǎng)的頭腎淋巴細胞加入亮氨酸代謝物β-羥基-β丁酸甲酯(HMB)后,其頭腎免疫淋巴細胞密度顯著高于對照組。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),卵內(nèi)注射亮氨酸可以提高慢性熱應(yīng)激雌性肉雞的脾臟指數(shù),這說明卵內(nèi)注射亮氨酸可能通過促進雌性肉雞早期脾臟淋巴細胞增殖,提高脾臟指數(shù),從而提高雌性肉雞的免疫功能。
大量研究已經(jīng)證實,慢性熱應(yīng)激影響腸道組織結(jié)構(gòu)完整性,導(dǎo)致肉雞腸道通透性增加和局部炎癥[33]。腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)在維持腸道物理屏障功能發(fā)揮著重要的作用,并且與營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收密切相關(guān)[35]。亮氨酸作為必需氨基酸,不僅可促進蛋白質(zhì)合成,還可維持和保護腸道形態(tài)完整性。Jiang等[36]研究發(fā)現(xiàn),飼糧補充亮氨酸可以改善草魚腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能,促進免疫相關(guān)基因表達,增強機體免疫功能。黃強[37]研究發(fā)現(xiàn),飼糧添加0.35%亮氨酸可以改善早期宮內(nèi)發(fā)育遲緩仔豬的腸道組織形態(tài),保護腸道形態(tài)完整性。本試驗結(jié)果表明,卵內(nèi)注射亮氨酸可極顯著提高雌性肉雞39日齡十二指腸和46日齡空腸絨毛高度,同時極顯著降低了39和46日齡空腸隱窩深度。這就說明卵內(nèi)注射亮氨酸在一定程度上可以改善由熱應(yīng)激引起的腸道組織形態(tài)的破壞,維持腸道形態(tài)完整性,這與前人研究結(jié)果一致。對于卵內(nèi)注射亮氨酸是否對雌性肉雞早期腸道發(fā)育及其免疫功能產(chǎn)生了影響及機制尚不清楚,我們將在未來試驗中進一步探索。
熱應(yīng)激條件下,機體產(chǎn)生大量自由基,并通過各類反應(yīng)破壞機體氧化還原平衡,使機體代謝發(fā)生紊亂。同時,機體存也在多種抗氧化酶,包括CAT、SOD和GSH-Px等,它們協(xié)調(diào)統(tǒng)一構(gòu)成了清除體內(nèi)自由基的第1道酶防御機制。鐘光等[38]研究表明,慢性熱應(yīng)激能夠降低肉雞血清中CAT和SOD活性,破壞機體氧化還原平衡。王松波等[39]試驗發(fā)現(xiàn),慢性熱應(yīng)激顯著升高肉雞血清中MDA含量,降低血清GSH-Px活性。亮氨酸除作為蛋白質(zhì)合成的單體,還可以緩解由過氧化氫導(dǎo)致的動物細胞膜過氧化損傷。Zhou等[27]研究發(fā)現(xiàn),在飼糧中長期補充亮氨酸可以降低金鯧魚血清中MDA含量,進一步提高金鯧魚的抗氧化能力。本試驗結(jié)果表明,卵內(nèi)注射亮氨酸極顯著提高了慢性熱應(yīng)激雌性肉雞46日齡時血清SOD活性,極顯著降低了血清MDA含量。這說明卵內(nèi)注射亮氨酸可以通過降低血清脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生,同時提高血清SOD活性使得肉雞在熱應(yīng)激后更快恢復(fù)機體內(nèi)氧化還原平衡。
熱應(yīng)激損傷肉雞腸道組織結(jié)構(gòu)完整性,破壞腸道抗氧化功能,最終引起機體代謝紊亂。熱應(yīng)激作用時間、方式以及溫度高低不同對肉雞抗氧化功能的影響也不一樣[40-41]。Quinteiro-Filho等[42]研究顯示,急性熱應(yīng)激可以通過下丘腦-垂體-腎上腺軸的激活造成機體抗氧化功能紊亂,提高肉雞急性腸炎的發(fā)生率。Quinteiro-Filho等[33]研究發(fā)現(xiàn),隨著熱應(yīng)激作用時間的延長,肉雞腸道氧化程度減輕,腸炎發(fā)生率降低。體外研究表明,與對照組相比,亮氨酸處理可顯著抑制人結(jié)腸上皮細胞氧化應(yīng)激模型中白細胞介素-8(IL-8)的分泌并提高谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)和CAT的活性[43]。本研究結(jié)果表明,卵內(nèi)注射亮氨酸未能提高雌性肉雞腸道組織抗氧化能力。其原因一方面可能是慢性熱應(yīng)激使得雌性肉雞逐步適應(yīng)熱環(huán)境并建立了新的氧化還原平衡,機體的抗氧化功能逐漸恢復(fù);另一方面可能是不同組織對熱應(yīng)激的敏感性不同。由于肉雞代謝率高,生長速度快,其肌肉的增重速度相比其他組織更快。肌肉富含大量線粒體,不僅是產(chǎn)熱的主要器官,也是為機體提供能量的主要組織。然而在高代謝率和高溫條件下,肌肉組織相比腸道組織更易產(chǎn)生氧化應(yīng)激[44]。關(guān)于卵內(nèi)注射亮氨酸是否能緩解熱應(yīng)激雌性肉雞肌肉氧化應(yīng)激的損傷尚不清楚,仍需進一步探索。
卵內(nèi)注射亮氨酸可以提高慢性熱應(yīng)激雌性肉雞的脾臟指數(shù),有效改善腸道組織形態(tài),保持腸道完整性;同時,卵內(nèi)注射亮氨酸在一定程度上還可以提高慢性熱應(yīng)激雌性肉雞的血清抗氧化能力。