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          苜草素,保障動物健康的天然添加劑 ——國家蛋雞產業技術體系崗位科學家佟建明研究員“苜草素”成果綜述

          2019-08-14 11:07:49   中國養殖網 瀏覽量:133

          一、研究背景

           

          1.1 細菌耐藥性普遍發生并日趨嚴重

          飼用抗生素一直是人們在畜牧生產中是以亞治療劑量使用的抗生素,用以保障動物健康。到了上個世紀70年代,隨著人們對其毒害作用認識的不斷加深和加強,特別是世界性細菌耐藥性問題的普遍發生并日趨嚴重,世界各國都對飼用抗生素發出了禁用的呼聲,有些國家和地區已經開始通過管理措施限制其使用。比如瑞典從1986年就開始全面禁止了飼用抗生素,并成為后來歐盟、美國、日本等多個國家和地區的參照模型。通過在禁用地區對飼用抗生素用量的多年統計結果分析,采用管理措施禁止的只是抗生素的使用方式,而對其用量限制并沒有顯著效果。由此,人們開始認識到,僅用管理手段并不能完全限制飼用抗生素的使用,更不能有效達到阻止細菌耐藥性發生的目的,還需要研究開發有效的動物保健替代技術。基于同樣的認識,我們首先針對飼用抗生素的作用機制開展了多年的系統研究,并研究發現了飼用抗生素的免疫屏障機制,即通過減弱體內免疫反應強度減少了免疫系統對營養物質的需要量,從而促進營養成分的沉積,使動物更快的健康生長。從這一機制出發,不僅可以清晰解釋飼用抗生素的促生長過程,更重要的是揭示了飼用抗生素是一把“雙刃劍”的本質。尋找替代飼用抗生素這把雙刃劍的技術,這是一個被世界廣泛關注的課題。

          為了研究飼用抗生素替代技術,我們從植物有效成分篩選入手,開展新資源的開發研究。通過前期的研究工作我們發現,一些傳統的中草藥中具有豐富的動物保健成分,比如黃芩、黃芪、板藍根、魚腥草、老鸛草等。如果用這些植物提取成分制成飼料添加劑可以對動物起到有效的保健作用。然而,由于傳統中草藥的資源有限,如果將這些中草藥開發成飼料添加劑必然帶來人畜爭藥的問題,比如在2003年的SARS病毒流行的過程中,板藍根的價格從幾元錢一公斤飆升為幾百元一公斤,甚至出現斷貨現象,在這個時候不可能再抽出有限的資源用于畜禽的保健。我們認識到這個問題之后,又開始了尋找新的植物資源及其有效成分的研究工作。我們又研究了海帶、蘆薈、仙人掌、苜蓿等大量人工種植的植物有效成分,并研究開發了苜草素,英文名稱為polysavone[]。苜草素是我們研究飼用抗生素替代技術之一,它是一種苜蓿提取物,其有效成分主要是苜蓿多糖、苜蓿黃酮和苜蓿皂苷,多年研究證實其對動物健康具有顯著的增強效果,而且原料資源非常豐富,有效成分對動物、環境和人類有利無害。

          1.2 苜蓿“未名因子”說

          紫花苜蓿(Medicago sativa.

          L.)系豆科苜蓿屬植物,是重要的飼料植物,世界各地廣泛引種栽培[1]在我國除作為動物飼料外,還具有悠久的藥用歷史:《名醫別錄》對其已有記載;《本草綱目》謂其有“利五臟,輕身健人,洗去脾胃間邪熱之氣,通小腸諸惡熱毒”之功效[2-3]。在民間苜蓿主要用于治療消化不良、肺熱咳嗽、黃疸、膀胱結石等癥。原來人們只了解苜蓿具有一定的益生功效,但不知道其中的功能成分,因此一直把苜蓿中的這種功能成分稱為“苜蓿未名因子”。自六十年代以來,國內外學者對該屬植物進行了廣泛的研究,涉及資源分類、栽培、遺傳育種、自毒作用、營養成分、次生代謝產物等多個領域。在化學成分研究方面,已經發現在紫花苜蓿中含有豐富的多糖、黃酮、皂苷、香豆素、類胡蘿卜素、有機酸、甾醇、單萜等多種次級代謝產物[4,5]。通過大量研究證實,這些次級代謝產物,特別是多糖黃酮、皂苷、類胡蘿卜素等都具有確切的生理調節活性,它們的作用集中表現在增強免疫機能,如促進淋巴細胞增殖、提高抗體滴度及增強巨噬細胞的吞噬功能和自然殺傷細胞的殺傷力等[6-17]雖然這些物質不是作為營養底物參與營養代謝過程,但在體內卻能調節營養物質的代謝過程和方向。由于它們不是機體必需的營養物質,以外源身份參與營養代謝的調節,因此微量的投入時即可起到明顯的調節作用。很有可能苜蓿未名因子就是這些次級代謝產物中的某種成分或多種成分的集合。

           

          二、苜草素對畜禽的飼喂效果

           

          2.1 苜草素對畜禽生產性能的影響

          通過肉雞、蛋雞和斷奶仔豬的飼養試驗證明,苜草素在飼料中適量添加時對肉仔雞、產蛋雞和斷奶仔豬的生產性具有顯著的改善作用。當苜草素對肉仔雞的生長性能具有顯著促進作用(表1),提高胸肌率9.6%,降低腹脂率14.7%28.7%(表2)。研究結果表明,苜草素可以通過調節脂肪代謝降低腹脂沉積,從而改善肉雞的胴體品質。在仔豬飼料中添加苜草素與金霉素相比,對仔豬的日增重提高5.5%,飼料轉化率提高1.3%,在預防仔豬腹瀉和降低死亡率方面與金霉素相同[18](表3)。在蛋雞上,苜草素可以提高蛋雞的產蛋率,從對產蛋前期和產蛋后期的作用效果看,隨著蛋雞日齡的增加苜草素對其產蛋率提高作用越明顯(表4)。正常情況下,蛋雞日齡增加與機體的衰老呈正相關,而且隨著機體的衰老產蛋率自然下降。使用苜草素后,可以使后期產蛋率下降緩慢,由此可見苜草素具有延緩蛋雞衰老的作用[19-20]

             

           

           

          2.2 苜草素對畜禽免疫機能的影響

          免疫機能是粘膜免疫、體液免疫和細胞免疫的綜合體現。一般情況下,一旦抗原進入到體內,就只有后兩種機能起作用了。抗原在體液中存在時,TB淋巴細胞共同發揮作用,當抗原進到宿主細胞后,只有T細胞才能發揮作用。正常情況下,免疫反應分為三個階段:1、感應階段,抗原進入體內后,大部分被吞噬細胞攝取和處理,使其抗原決定簇暴露出來。然后,吞噬細胞將抗原呈遞給T細胞,再由T細胞呈遞給B細胞。在這一階段中只有少數抗原可以直接刺激B細胞;2、反應階段,B細胞接受抗原刺激后,開始進行一系列的增殖/分化,形成效應B細胞。有一小部分B細胞分化成為記憶B細胞,這類細胞可以在體內抗原消失數月乃至多年后,仍保持對抗原的記憶。當同一種抗原再次進入機體時,記憶細胞就會迅速增殖、分化,形成大量的效應B細胞,繼而產生更強的特異性免疫反應;3、效應階段,在這一階段,抗原成為被作用的對象,效應B細胞產生的抗體可以與相應的抗原特異性結合,發揮免疫效應。與入侵的病菌結合,可以抑制病菌的繁殖及其對宿主細胞的黏附,從而防止感染和疾病的發生。與病毒結合后,可以使病毒失去侵染和破壞宿主細胞的能力。在多數情況下,抗原抗體結合后會形成沉淀或細胞集團,最終被吞噬細胞吞噬消化(圖1)。因此,TB淋巴細胞轉化率和抗體滴度可以反應免疫機能的狀況,實際上這些指標的高低也是人們常用來評價免疫增強劑是否有效的重要指標。  

          1 動物機體細胞免疫和體液免疫的簡要過程

          在肉仔雞上研究證實,苜蓿多糖對不同日齡階段的TB淋巴細胞的轉化率均具有顯著的促進作用[21](表5)。研究還發現苜蓿多糖對不同部位的淋巴細胞的有效刺激濃度各有不同,比如對外周血TB淋巴細胞的最佳刺激濃度為20μg/mL,對脾臟淋巴細胞的為8μg/mL,對法氏囊和胸腺淋巴細胞的為15μg/mL。從對淋巴細胞轉化率的促進成度看,對器官(法氏囊、胸腺)中淋巴細胞的促進效果明顯高于對外周血淋巴細胞的促進效果。原因可能是禽類的胸腺和法氏囊是TB淋巴細胞發育成熟的場所,苜蓿多糖對其的免疫調節作用更明顯[22]

           

          在豬上研究證實,當通過肌肉注射的方式將苜蓿多糖與豬瘟兔化弱毒疫苗同時使用時,豬外周血液的B淋巴細胞增多,血清抗體水平提高。通過攻毒試驗證實,使用苜蓿多糖能夠使感染發病的潛伏時間延長20小時23小時、發熱溫度降低0.61.1℃、高熱期明顯縮短,這說明苜蓿多糖對豬瘟疫苗的免疫效果具有顯著的強化作用[23-24]研究還表明“苜草素”通過調節內分泌(胰島素和甲狀腺素)水平、脂肪代謝關鍵蛋白(FASLPLUCP)的基因表達、NOIL-6TNF-α的分泌和基因表達實現對免疫和營養代謝的調節作用;通過p38MAPk信號通路調控TNF-α的分泌和基因表達[25-29]

          免疫系統是動物防御病原的天然屏障,增加TB細胞轉化率、吞噬細胞的活性和抗體水平意味著增強動物機體的免疫機能。苜草素對畜禽機體免疫機能具有確切的增強作用,這對畜禽自身來講就意味著增強了對外界病原的防御能力,也同時增強了天然的抵抗疾病的能力,保護了機體內部的健康環境,從而有利于畜禽健康生長(圖2)。 

                            2  動物機體的防御與染病過程

           

          2.3 苜草素的抗氧化作用

          DPPH自由基清除率和ABTS自由基清除律是兩種常被用來體外評價抗氧化強度的指標,在抗氧化劑存在下,根據對這兩種自由基的清除率可以判斷某種物質的抗氧化能力。研究發現苜草素中多糖和黃酮對DPPH自由基和ABTS自由基均具有顯著的清除作用,結果表明苜草素具有確切的抗氧化作用[30-32]。另外,通過比較苜蓿多糖、微生物多糖和黃芪多糖三者的抗氧化活性,發現苜蓿多糖具有更強的抗氧化能力[33]

          在正常生理狀況下,生物體內不斷產生自由基,自由基的產生與清除處于平衡狀態。但在某些應激或病理情況下自由基產生量過多。自由基,特別是自由基過多時會對DNA、蛋白質和脂類等生物大分子造成損傷,以至于導致組織損傷,這些損傷是許多疾病發生發展的根源。超氧化物岐化酶(SOD)可催化機體內有害的超氧陰離子變成雙氧水,隨后被雙氧水酶分解,從而保護機體免受超氧陰離子的影響;谷胱甘肽過氧化物酶(GSHPx)可使有毒的過氧化物還原成無毒的羥基化合物,從而保護細胞膜的結構及功能不受過氧化物的干擾和損害。自由基作用于脂質發生過氧化反應,氧化終產物為丙二醛(MDA),會引起蛋白質、核酸等生命大分子的交聯聚合,且具有細胞毒性。可通過MDA的含量水平了解細胞膜脂質過氧化的程度,以間接測定膜系統受損程度以及動物的健康狀況。SODGSHPxMDA等三項指標常被人們用來評價某種物質對動物機體抗氧化能力和機體氧化損傷程度的影響。通過在肉仔雞上進行研究發現,苜草素對其血清、肝臟和肌肉中總SODGSHPx的活性均具有提高作用,而且有的已經達到顯著水平,與此同時MDA的含量普遍降低(表6)。綜合這些結果可以充分說明苜草素可以調節肉仔雞體內的抗氧化系統,并增強其抗氧化能力。

          三、結語

           

          關于苜草素研究已經有了很多報道,總體來講,苜草素對動物機體具有三方面的作用效果,一是增強動物的免疫機能以利于預防疾病;二是清除自由基以利于增強機體的抗氧化能力、延緩衰老、提高動物自身的抗病力;三是通過免疫-內分泌系統調節改善脂肪代謝,以利于減少脂肪沉積、預防脂肪代謝病、改善胴體品質。綜合苜草素的多項功能可以有效減少抗生素的使用,這是一條解決飼用抗生素及細菌耐藥性問題的有效途徑之一。

           

           

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          佟建明研究員簡介

          佟建明,男,北京人,196010月出生,博士,研究員。現任國家蛋雞產業技術體系崗位科學家,蛋雞營養與飼料功能研究室主任。兼任國家飼料評審委員會委員、國家飼料標準委員會委員、全國飼料工業標準化技術委員會微生物及酶制劑工作組組長、綠色食品專家咨詢委員會委員、中國畜牧獸醫學會動物營養學分會副秘書長。曾榮獲國家科技攻關先進個人稱號、省部級科技進步獎4項、被農業部授予有突出貢獻中青年專家。

          主要從事蛋雞營養與飼料科學研究,并致力于免疫營養學的方法學、基礎理論和蛋雞健康養殖實用技術研究,曾主持完成多項國家有關科研項目。1985年至1990年,主要開展了維生素和微量元素的代謝疾病研究;1991年至2000年,主要開展飼用抗生素研究,提出了飼用抗生素免疫屏障促生長機制和腸道健康的三元平衡理論;2000年至現在,主要開展飼用抗生素替代技術和蛋雞健康養殖技術研究,成功開發了苜草素、高效微生物飼料添加劑新產品和蛋雞健康養殖配套技術。


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