苜草素,保障动物健康的天然添加剂 ——国家蛋鸡产业技术体系岗位科学家佟建明研究员“苜草素”成果综述

2019-08-14 11:07:49   中国养殖网 浏览量:133

一、研究背景

 

1.1 细菌耐药性普遍发生并日趋严重

饲用抗生素一直是人们在畜牧生产中是以亚治疗剂量使用的抗生素,用以保障动物健康。到了上个世纪70年代,随着人们对其毒害作用认识的不断加深和加强,特别是世界性细菌耐药性问题的普遍发生并日趋严重,世界各国都对饲用抗生素发出了禁用的呼声,有些国家和地区已经开始通过管理措施限制其使用。比如瑞典从1986年就开始全面禁止了饲用抗生素,并成为后来欧盟、美国、日本等多个国家和地区的参照模型。通过在禁用地区对饲用抗生素用量的多年统计结果分析,采用管理措施禁止的只是抗生素的使用方式,而对其用量限制并没有显著效果。由此,人们开始认识到,仅用管理手段并不能完全限制饲用抗生素的使用,更不能有效达到阻止细菌耐药性发生的目的,还需要研究开发有效的动物保健替代技术。基于同样的认识,我们首先针对饲用抗生素的作用机制开展了多年的系统研究,并研究发现了饲用抗生素的免疫屏障机制,即通过减弱体内免疫反应强度减少了免疫系统对营养物质的需要量,从而促进营养成分的沉积,使动物更快的健康生长。从这一机制出发,不仅可以清晰解释饲用抗生素的促生长过程,更重要的是揭示了饲用抗生素是一把“双刃剑”的本质。寻找替代饲用抗生素这把双刃剑的技术,这是一个被世界广泛关注的课题。

为了研究饲用抗生素替代技术,我们从植物有效成分筛选入手,开展新资源的开发研究。通过前期的研究工作我们发现,一些传统的中草药中具有丰富的动物保健成分,比如黄芩、黄芪、板蓝根、鱼腥草、老鹳草等。如果用这些植物提取成分制成饲料添加剂可以对动物起到有效的保健作用。然而,由于传统中草药的资源有限,如果将这些中草药开发成饲料添加剂必然带来人畜争药的问题,比如在2003年的SARS病毒流行的过程中,板蓝根的价格从几元钱一公斤飙升为几百元一公斤,甚至出现断货现象,在这个时候不可能再抽出有限的资源用于畜禽的保健。我们认识到这个问题之后,又开始了寻找新的植物资源及其有效成分的研究工作。我们又研究了海带、芦荟、仙人掌、苜蓿等大量人工种植的植物有效成分,并研究开发了苜草素,英文名称为polysavone[]。苜草素是我们研究饲用抗生素替代技术之一,它是一种苜蓿提取物,其有效成分主要是苜蓿多糖、苜蓿黄酮和苜蓿皂苷,多年研究证实其对动物健康具有显著的增强效果,而且原料资源非常丰富,有效成分对动物、环境和人类有利无害。

1.2 苜蓿“未名因子”说

紫花苜蓿(Medicago sativa.

L.)系豆科苜蓿属植物,是重要的饲料植物,世界各地广泛引种栽培[1]在我国除作为动物饲料外,还具有悠久的药用历史:《名医别录》对其已有记载;《本草纲目》谓其有“利五脏,轻身健人,洗去脾胃间邪热之气,通小肠诸恶热毒”之功效[2-3]。在民间苜蓿主要用于治疗消化不良、肺热咳嗽、黄疸、膀胱结石等症。原来人们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这种功能成分称为“苜蓿未名因子”。自六十年代以来,国内外学者对该属植物进行了广泛的研究,涉及资源分类、栽培、遗传育种、自毒作用、营养成分、次生代谢产物等多个领域。在化学成分研究方面,已经发现在紫花苜蓿中含有丰富的多糖、黄酮、皂苷、香豆素、类胡萝卜素、有机酸、甾醇、单萜等多种次级代谢产物[4,5]。通过大量研究证实,这些次级代谢产物,特别是多糖黄酮、皂苷、类胡萝卜素等都具有确切的生理调节活性,它们的作用集中表现在增强免疫机能,如促进淋巴细胞增殖、提高抗体滴度及增强巨噬细胞的吞噬功能和自然杀伤细胞的杀伤力等[6-17]虽然这些物质不是作为营养底物参与营养代谢过程,但在体内却能调节营养物质的代谢过程和方向。由于它们不是机体必需的营养物质,以外源身份参与营养代谢的调节,因此微量的投入时即可起到明显的调节作用。很有可能苜蓿未名因子就是这些次级代谢产物中的某种成分或多种成分的集合。

 

二、苜草素对畜禽的饲喂效果

 

2.1 苜草素对畜禽生产性能的影响

通过肉鸡、蛋鸡和断奶仔猪的饲养试验证明,苜草素在饲料中适量添加时对肉仔鸡、产蛋鸡和断奶仔猪的生产性具有显著的改善作用。当苜草素对肉仔鸡的生长性能具有显著促进作用(表1),提高胸肌率9.6%,降低腹脂率14.7%28.7%(表2)。研究结果表明,苜草素可以通过调节脂肪代谢降低腹脂沉积,从而改善肉鸡的胴体品质。在仔猪饲料中添加苜草素与金霉素相比,对仔猪的日增重提高5.5%,饲料转化率提高1.3%,在预防仔猪腹泻和降低死亡率方面与金霉素相同[18](表3)。在蛋鸡上,苜草素可以提高蛋鸡的产蛋率,从对产蛋前期和产蛋后期的作用效果看,随着蛋鸡日龄的增加苜草素对其产蛋率提高作用越明显(表4)。正常情况下,蛋鸡日龄增加与机体的衰老呈正相关,而且随着机体的衰老产蛋率自然下降。使用苜草素后,可以使后期产蛋率下降缓慢,由此可见苜草素具有延缓蛋鸡衰老的作用[19-20]

   

 

 

2.2 苜草素对畜禽免疫机能的影响

免疫机能是粘膜免疫、体液免疫和细胞免疫的综合体现。一般情况下,一旦抗原进入到体内,就只有后两种机能起作用了。抗原在体液中存在时,TB淋巴细胞共同发挥作用,当抗原进到宿主细胞后,只有T细胞才能发挥作用。正常情况下,免疫反应分为三个阶段:1、感应阶段,抗原进入体内后,大部分被吞噬细胞摄取和处理,使其抗原决定簇暴露出来。然后,吞噬细胞将抗原呈递给T细胞,再由T细胞呈递给B细胞。在这一阶段中只有少数抗原可以直接刺激B细胞;2、反应阶段,B细胞接受抗原刺激后,开始进行一系列的增殖/分化,形成效应B细胞。有一小部分B细胞分化成为记忆B细胞,这类细胞可以在体内抗原消失数月乃至多年后,仍保持对抗原的记忆。当同一种抗原再次进入机体时,记忆细胞就会迅速增殖、分化,形成大量的效应B细胞,继而产生更强的特异性免疫反应;3、效应阶段,在这一阶段,抗原成为被作用的对象,效应B细胞产生的抗体可以与相应的抗原特异性结合,发挥免疫效应。与入侵的病菌结合,可以抑制病菌的繁殖及其对宿主细胞的黏附,从而防止感染和疾病的发生。与病毒结合后,可以使病毒失去侵染和破坏宿主细胞的能力。在多数情况下,抗原抗体结合后会形成沉淀或细胞集团,最终被吞噬细胞吞噬消化(图1)。因此,TB淋巴细胞转化率和抗体滴度可以反应免疫机能的状况,实际上这些指标的高低也是人们常用来评价免疫增强剂是否有效的重要指标。  

1 动物机体细胞免疫和体液免疫的简要过程

在肉仔鸡上研究证实,苜蓿多糖对不同日龄阶段的TB淋巴细胞的转化率均具有显著的促进作用[21](表5)。研究还发现苜蓿多糖对不同部位的淋巴细胞的有效刺激浓度各有不同,比如对外周血TB淋巴细胞的最佳刺激浓度为20μg/mL,对脾脏淋巴细胞的为8μg/mL,对法氏囊和胸腺淋巴细胞的为15μg/mL。从对淋巴细胞转化率的促进成度看,对器官(法氏囊、胸腺)中淋巴细胞的促进效果明显高于对外周血淋巴细胞的促进效果。原因可能是禽类的胸腺和法氏囊是TB淋巴细胞发育成熟的场所,苜蓿多糖对其的免疫调节作用更明显[22]

 

在猪上研究证实,当通过肌肉注射的方式将苜蓿多糖与猪瘟兔化弱毒疫苗同时使用时,猪外周血液的B淋巴细胞增多,血清抗体水平提高。通过攻毒试验证实,使用苜蓿多糖能够使感染发病的潜伏时间延长20小时23小时、发热温度降低0.61.1℃、高热期明显缩短,这说明苜蓿多糖对猪瘟疫苗的免疫效果具有显著的强化作用[23-24]研究还表明“苜草素”通过调节内分泌(胰岛素和甲状腺素)水平、脂肪代谢关键蛋白(FASLPLUCP)的基因表达、NOIL-6TNF-α的分泌和基因表达实现对免疫和营养代谢的调节作用;通过p38MAPk信号通路调控TNF-α的分泌和基因表达[25-29]

免疫系统是动物防御病原的天然屏障,增加TB细胞转化率、吞噬细胞的活性和抗体水平意味着增强动物机体的免疫机能。苜草素对畜禽机体免疫机能具有确切的增强作用,这对畜禽自身来讲就意味着增强了对外界病原的防御能力,也同时增强了天然的抵抗疾病的能力,保护了机体内部的健康环境,从而有利于畜禽健康生长(图2)。 

                  2  动物机体的防御与染病过程

 

2.3 苜草素的抗氧化作用

DPPH自由基清除率和ABTS自由基清除律是两种常被用来体外评价抗氧化强度的指标,在抗氧化剂存在下,根据对这两种自由基的清除率可以判断某种物质的抗氧化能力。研究发现苜草素中多糖和黄酮对DPPH自由基和ABTS自由基均具有显著的清除作用,结果表明苜草素具有确切的抗氧化作用[30-32]。另外,通过比较苜蓿多糖、微生物多糖和黄芪多糖三者的抗氧化活性,发现苜蓿多糖具有更强的抗氧化能力[33]

在正常生理状况下,生物体内不断产生自由基,自由基的产生与清除处于平衡状态。但在某些应激或病理情况下自由基产生量过多。自由基,特别是自由基过多时会对DNA、蛋白质和脂类等生物大分子造成损伤,以至于导致组织损伤,这些损伤是许多疾病发生发展的根源。超氧化物岐化酶(SOD)可催化机体内有害的超氧阴离子变成双氧水,随后被双氧水酶分解,从而保护机体免受超氧阴离子的影响;谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)可使有毒的过氧化物还原成无毒的羟基化合物,从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰和损害。自由基作用于脂质发生过氧化反应,氧化终产物为丙二醛(MDA),会引起蛋白质、核酸等生命大分子的交联聚合,且具有细胞毒性。可通过MDA的含量水平了解细胞膜脂质过氧化的程度,以间接测定膜系统受损程度以及动物的健康状况。SODGSHPxMDA等三项指标常被人们用来评价某种物质对动物机体抗氧化能力和机体氧化损伤程度的影响。通过在肉仔鸡上进行研究发现,苜草素对其血清、肝脏和肌肉中总SODGSHPx的活性均具有提高作用,而且有的已经达到显著水平,与此同时MDA的含量普遍降低(表6)。综合这些结果可以充分说明苜草素可以调节肉仔鸡体内的抗氧化系统,并增强其抗氧化能力。

三、结语

 

关于苜草素研究已经有了很多报道,总体来讲,苜草素对动物机体具有三方面的作用效果,一是增强动物的免疫机能以利于预防疾病;二是清除自由基以利于增强机体的抗氧化能力、延缓衰老、提高动物自身的抗病力;三是通过免疫-内分泌系统调节改善脂肪代谢,以利于减少脂肪沉积、预防脂肪代谢病、改善胴体品质。综合苜草素的多项功能可以有效减少抗生素的使用,这是一条解决饲用抗生素及细菌耐药性问题的有效途径之一。

 

 

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佟建明研究员简介

佟建明,男,北京人,196010月出生,博士,研究员。现任国家蛋鸡产业技术体系岗位科学家,蛋鸡营养与饲料功能研究室主任。兼任国家饲料评审委员会委员、国家饲料标准委员会委员、全国饲料工业标准化技术委员会微生物及酶制剂工作组组长、绿色食品专家咨询委员会委员、中国畜牧兽医学会动物营养学分会副秘书长。曾荣获国家科技攻关先进个人称号、省部级科技进步奖4项、被农业部授予有突出贡献中青年专家。

主要从事蛋鸡营养与饲料科学研究,并致力于免疫营养学的方法学、基础理论和蛋鸡健康养殖实用技术研究,曾主持完成多项国家有关科研项目。1985年至1990年,主要开展了维生素和微量元素的代谢疾病研究;1991年至2000年,主要开展饲用抗生素研究,提出了饲用抗生素免疫屏障促生长机制和肠道健康的三元平衡理论;2000年至现在,主要开展饲用抗生素替代技术和蛋鸡健康养殖技术研究,成功开发了苜草素、高效微生物饲料添加剂新产品和蛋鸡健康养殖配套技术。


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