生产实践中,产蛋鸡经常会遭受各种应激,造成机体的氧化还原状态失衡;此外,氧化应激也参与了多种致病性因素对鸡体的继发性损伤,从而影响鸡体的健康和生产表现以及蛋品质和安全。目前,饲粮中普遍使用的抗氧化剂,如2, 6-二叔丁对甲酚、叔丁基羟基茴香醚等,仍然是以化学合成的抗氧化剂为主。安全、高效的天然抗氧化剂的开发和应用已成为家禽生产中的一个重要研究方向,对保障产蛋鸡健康和鸡蛋品质、实现蛋鸡的营养调控具有重要的意义。
吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)化学名称为4, 5-二氢-4, 5-二氧化-1-氢吡咯(2, 3f)醌-2, 7, 9-三羧酸。PQQ是继烟酰胺和核黄素后于微生物中发现的又一种氧化还原酶辅酶,广泛存在于各种生物组织中。PQQ具有神经营养与保护、防治心脏和肝脏损伤、预防白内障、抗癌、消炎、防衰老等多种生物学功能。PQQ的上述功能多与其独特的抗氧化特性和对细胞信号通路激活作用有关。细胞和动物试验表明,PQQ对自由基所导致的氧化损伤,如四氯化碳致肝脏损伤[1]、辐射损伤[2]、缺氧/糖导致的心肌细胞凋亡[3]等,具有缓解和抑制作用。脑损伤及神经退行性疾病与活性氧的过量产生有关,PQQ对神经系统的保护作用与其对活性氧的清除、缓和线粒体的氧化应激有关[4-5]。PQQ发挥抗氧化作用的可能机制有:1)提供电子使自由基还原,直接清除自由基;2)通过亲电子特性,与有害物质反应生成稳定的产物;3)激活信号通路诱导抗氧化酶产生,增强细胞对氧化应激的抵抗能力,保护组织免受氧化损伤[6]。在北美,PQQ作为一种天然抗氧化剂被批准成为膳食补充剂,而最为广泛应用的是其二钠盐形式——吡咯喹啉醌二钠(PQQ disodium,PQQ·Na2)。本课题组近年来开展了多个PQQ·Na2在蛋鸡生产上的研究,结果表明,PQQ·Na2能缓解高能低蛋白质饲粮引起的脂质代谢和激素分泌紊乱,并可缓解生产性能下降[7];氧化油应激状态下,PQQ·Na2通过清除游离自由基,抑制脂质过氧化和增强机体抗氧化防御系统,防止肝脏损伤[6, 8]。在脂肪变性和氧化应激肝细胞模型中,PQQ·Na2通过减轻细胞内氧化应激,促进线粒体合成并维持其功能的方式提高细胞存活率,减少肝细胞脂肪变性或氧化应激损伤[9]。此外,PQQ·Na2可改善鸡蛋储藏期蛋清品质,延缓鸡蛋氧化速度,延长货架期。在人工增氧加热条件下,快速氧化时间与对照组相比推迟115 min[10]。作为一种新型的抗氧化剂产品,有必要明确长期使用PQQ·Na2对靶动物生理状态和生产性能的影响。因此,本试验通过24周的生产试验观察饲粮添加PQQ·Na2对产蛋鸡生产性能、抗氧化状态的影响,同时观测血浆生化指标的变化,进而确定PQQ·Na2在产蛋鸡饲粮中适宜的添加量,以期为PQQ·Na2作为安全有效抗氧化剂在产蛋鸡生产中的应用提供参考依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料PQQ·Na2制剂由上海医学生命科学研究中心有限公司提供,为微生物发酵提纯,PQQ·Na2含量为1‰。
1.2 试验设计与试验饲粮试验选用540只25周龄的健康海兰灰蛋鸡,随机分为5组,每组设6个重复,每个重复18只。每3只鸡1个笼位(45 cm×45 cm×45 cm)。经统计,各组间鸡只体重、产蛋率、平均蛋重等差异不显著(P > 0.05)。预试期1周,正试期24周。在参照NRC(1994)和NY/T 33—2004的基础上,结合《海兰灰产蛋鸡饲养手册》配制玉米-豆粕型基础饲粮,其组成及营养水平见表 1。在基础饲粮的基础上,配制添加0、0.04、0.08、0.12 mg/kg PQQ·Na2及200 mg/kg维生素E的5种试验饲粮。
采用半开放式鸡舍4层立体笼养;自然光照加人工补光,光照时间为16 h/d、光照强度20 lx;相对湿度为50%~90%;通风方式为自然通风结合纵向负压通风;温度控制在(22±3) ℃;饲粮为干粉料,每天布料2次,匀料4次,自由采食和饮水;专人管理,每天捡蛋2次;每周带鸡消毒1次;每天清粪2次;常规防疫和免疫。
1.4 样品采集与指标测定 1.4.1 生产性能的测定以重复为单位每天记录产蛋数、蛋重、死亡鸡数,每周记录耗料量,计算出各周和全期的产蛋率、平均日采食量、平均蛋重、料蛋比和死亡率。
1.4.2 蛋品质的测定于试验的第2、12和24周末,每个重复采10枚蛋,用于测定蛋壳强度、蛋壳厚度、哈氏单位、蛋黄颜色。蛋黄颜色、哈氏单位采用鸡蛋品质测定仪(ORKA Food Technology Ltd.,以色列)测定;蛋壳厚度用蛋壳厚度测量计(ESTG-1,ORKA Food Technology Ltd.,以色列)测定;蛋壳强度用蛋壳强度分析仪(Egg Force Reader,ORKA Food Technology Ltd.,以色列)测定。
1.4.3 血浆和组织抗氧化指标的测定于试验的第2、12和24周末,每组随机选取体重相近的产蛋鸡2只,空腹无菌翅静脉采血至肝素钠抗凝真空管,3 000 r/min离心10 min制备血浆,-20 ℃保存,待测血浆抗氧化指标;在试验第24周末,每重复选取1只产蛋鸡屠宰,放血后,摘取心脏和肝脏,制备组织匀浆,备检心脏、肝脏抗氧化指标。
组织匀浆的制备:将肝脏或心脏用生理盐水冲洗,除去血液,滤纸吸干,称取0.5 g,加9倍生理盐水,剪碎,置匀浆机中制成10%的组织匀浆,3 000 r/min,离心10 min,取上清液,-80 ℃保存待测。
采用黄嘌呤氧化酶法测定总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性,采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量,采用比色法测定谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,采用二硝基苯肼法(5, 5′-dithiobis-2-nitrobenzoic acid)测定羰基含量,采用铁离子还原/抗氧化力法测定总抗氧化力(T-AOC)。组织蛋白质含量采用二辛可酸(BCA)法测定。上述指标测定所用试剂盒均购自南京建成生物工程研究所。
1.4.4 血浆生化指标的测定血浆谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)、碱性磷酸酶(ALP)活性和总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、总胆红素(TBIL)、肌酐(CRE)、尿酸(UA)含量均采用卓越300型全自动生化分析仪测定,试剂盒购自上海科华生物工程股份有限公司。
1.5 数据处理采用SPSS 16.0统计软件的one-way ANOVA程序进行方差分析,并采用Duncan氏法进行组间的多重比较,以P < 0.05为差异显著性标准。结果以“平均值±标准差”表示。
2 结果 2.1 饲粮添加PQQ·Na2对产蛋鸡生产性能和蛋品质的影响饲粮添加0.04~0.12 mg/kg PQQ·Na2或200 mg/kg维生素E对产蛋鸡试验各周(数据未显示)及全期(24周,表 2)生产性能均未产生显著影响(P > 0.05)。由表 3可知,与对照组相比,第24周时各PQQ·Na2组和维生素E组的哈氏单位均显著提高(P < 0.05),各PQQ·Na2组与维生素E组间无显著差异(P > 0.05);随饲粮PQQ·Na2添加量的增加,哈氏单位线性提高(P=0.050;结果未显示)。第24周时,0.04 mg/kg PQQ·Na2组蛋壳厚度较对照组和0.12 mg/kg PQQ·Na2组显著升高(P < 0.05),与维生素E组和0.08 mg/kg PQQ·Na2组无显著差异(P > 0.05);饲粮PQQ·Na2添加量与蛋壳厚度呈二次曲线关系(P=0.003;结果未显示)。饲粮添加0.04~0.12 mg/kg PQQ·Na2或200 mg/kg维生素E对蛋黄颜色和蛋壳强度均未产生显著影响(P > 0.05)。
饲粮添加PQQ·Na2对产蛋鸡血浆抗氧化指标的影响见表 4。血浆T-AOC方面,试验第12周时,各PQQ·Na2组均显著高于对照组(P < 0.05),同时0.08 mg/kg PQQ·Na2组还显著高于维生素E组(P < 0.05);试验第24周时,0.04和0.08 mg/kg PQQ·Na2组显著高于对照组、维生素E组和0.12 mg/kg PQQ·Na2组(P < 0.05)。血浆T-SOD活性方面,试验第2周时,0.08和0.12 mg/kg PQQ·Na2组显著高于对照组和0.04 mg/kg PQQ·Na2组(P < 0.05),与维生素E组无显著差异(P > 0.05);试验第12周时,0.12 mg/kg PQQ·Na2组与维生素E组相比无显著差异(P > 0.05),二者均显著高于其他各组(P < 0.05);试验第24周时,0.08和0.12 mg/kg PQQ·Na2组显著高于对照组(P < 0.05),0.12 mg/kg PQQ·Na2组还显著高于维生素E组(P < 0.05)。血浆GSH-Px活性方面,试验第2周时,0.08和0.12 mg/kg PQQ·Na2组和维生素E组显著高于对照组(P < 0.05);试验第12周时,各PQQ·Na2组和维生素E组均显著高于对照组(P < 0.05);试验各采样时间点,各PQQ·Na2组与维生素E组均无显著差异(P > 0.05)。饲粮添加0.04~0.12 mg/kg PQQ·Na2或200 mg/kg维生素E对血浆MDA含量均未产生显著影响(P > 0.05)。
由图 1可知,随饲粮PQQ·Na2添加量的增加,心脏(P=0.034;结果未显示)和肝脏(P=0.009;结果未显示)MDA含量线性降低。与对照组相比,0.12 mg/kg PQQ·Na2组心脏和肝脏MDA含量分别降低17.81%(P > 0.05)和21.67%(P < 0.05)。各PQQ·Na2组心脏和肝脏MDA含量与维生素E组无显著差异(P > 0.05)。心脏羰基含量随饲粮PQQ·Na2添加量的增加呈二次降低(P=0.031;结果未显示),0.08 mg/kg PQQ·Na2组较对照组显著降低(P < 0.05)。饲粮添加0.04~0.12 mg/kg PQQ·Na2或200 mg/kg维生素E对肝脏羰基含量均未产生显著影响(P > 0.05)。
由表 5可知,0.12 mg/kg PQQ·Na2组心脏GSH-Px活性显著高于对照组和维生素E组(P < 0.05),同时还显著高于0.04和0.08 mg/kg PQQ·Na2组(P < 0.05)。与对照组相比,0.04 mg/kg PQQ·Na2组和维生素E组心脏T-SOD活性显著提高(P < 0.05),但饲粮添加PQQ·Na2对心脏T-AOC无显著影响(P > 0.05)。0.08 mg/kg PQQ·Na2组肝脏T-AOC显著高于对照组(P < 0.05),与维生素E组和其他PQQ·Na2组无显著差异(P > 0.05)。饲粮添加PQQ·Na2对肝脏T-SOD活性无显著影响(P > 0.05)。
由表 6可知,饲粮添加PQQ·Na2 2周后,0.08和0.12 mg/kg PQQ·Na2组和维生素E组血浆CRE含量显著低于对照组(P < 0.05);此外,0.08和0.12 mg/kg PQQ·Na2组血浆UA含量也显著高于对照组(P < 0.05)。试验第12周时,各PQQ·Na2组血浆CRE含量显著高于对照组(P < 0.05),而与维生素E组无显著差异(P > 0.05)。试验期第24周时,蛋鸡血浆ALP活性以及ALB和UA含量受到PQQ·Na2添加量的显著影响(P < 0.05)。其中,各PQQ·Na2组血浆ALP活性显著低于对照组和维生素E组(P < 0.05),但各PQQ·Na2组间无显著差异(P > 0.05);0.08和0.12 mg/kg PQQ·Na2组血浆ALB含量较对照组、维生素E组和0.02 mg/kg PQQ·Na2组显著升高(P < 0.05);0.12 mg/kg PQQ·Na2组血浆UA含量显著高于其他各组(P < 0.05)。
PQQ是动物生长、发育和繁殖的必需营养因子。当小鼠采食缺乏PQQ的纯合饲粮时,可观察到小鼠生长迟缓、发育停滞、繁殖能力低下[11-13]。小鼠饲喂纯合饲粮时,添加PQQ对繁殖性能和生长发育具有改善作用;但当小鼠饲喂全价饲粮时,未观察到PQQ的营养作用[13]。本试验中,未观察到PQQ和维生素E对产蛋鸡试验全期生产性能产生显著影响。PQQ是一种微量营养素,新生小鼠达到最佳生长状态所需饲粮PQQ含量≥300 ng/g[12]。食物中所含PQQ在0.19~7.02 ng/g[14]。当饲喂小鼠全价饲粮时,可能即使不额外添加PQQ,也不会造成PQQ缺乏。关于产蛋鸡PQQ的需要量和最佳供给量还未见报道。
生产者和消费者均十分关注鸡蛋的品质,但随蛋鸡周龄的增加,蛋清和蛋壳等蛋品质指标呈下降趋势。徐磊等[15]试验表明,饲粮添加PQQ·Na2 6周后有提高鸡蛋蛋清品质(蛋白高度和哈氏单位)的趋势,但未达到显著水平。本试验结果表明,饲粮添加0.08~0.12 mg/kg PQQ·Na2 24周后,能够显著改善产蛋后期(50周龄)鸡蛋的哈氏单位。PQQ·Na2对蛋清质量的改善作用可能与作用时间和剂量有关。卵黏蛋白占蛋清总蛋白的1.5%~3.5%,其含量决定了鸡蛋蛋白的高度[16]。据报道,卵黏蛋白含量与输卵管膨大部的能量代谢率[17]和壳腺活性有关[18]。PQQ·Na2对蛋清质量的改善作用有可能与其改善线粒体功能、促进能量代谢有关。PQQ可通过多条细胞信号通路促进线粒体生物发生,改善细胞能量代谢[19-20]。此外,蛋清品质也可能受到鸡蛋抗氧化状态的影响。研究表明,鸡蛋哈氏单位与蛋黄脂质氧化产物MDA的含量呈负相关[21]。而饲粮添加抗氧化剂能够提高鸡蛋的哈氏单位,降低鸡蛋储存期的脂质氧化产物含量[22]。本试验中,各PQQ·Na2组蛋黄MDA含量均较对照组显著降低,T-AOC则较对照组显著升高(数据未显示)。因此,PQQ·Na2对蛋清质量的改善作用有可能与其抗氧化特性有关。
3.2 饲粮添加PQQ·Na2对产蛋鸡抗氧化状态的影响MDA和羰基是体内自由基攻击机体多不饱和脂肪酸和蛋白质所产生的脂质和蛋白质过氧化产物,是体内氧化损伤的特异性标志物。PQQ具有亲电子特性,可与含羰基物质、邻苯二胺、亚硫酸盐和丙二腈等配合物反应生成稳定的产物[23]。本试验中,心脏和肝脏MDA含量随PQQ·Na2添加量的增加线性降低,而羰基含量仅在心脏中表现出二次下降趋势,提示PQQ抗氧化特性的组织特异性。此外,PQQ还可诱导抗氧化酶产生,增强细胞内氧化防御能力,从而减少氧化产物的生成。PQQ能增加大肠杆菌细胞中抗氧化酶的表达[24],提高甲基汞处理下神经细胞(PC12细胞)中抗氧化酶的活性[25]。本课题组前期研究表明,PQQ可通过刺激过氧化物酶体增生激活受体的共刺激因子-1α(PGC-1α)和Nrf2-ARE信号通路增加抗氧化酶活性,从而消除氧化油对蛋鸡的不利影响[6]。本试验中,饲粮添加0.04~0.12 mg/kg PQQ·Na2对产蛋鸡血浆、心脏和肝脏抗氧化酶的活性有不同程度的影响。可见,PQQ·Na2作为抗氧化剂能促进蛋鸡体内自由基的清除,对鸡体血液和组织的抗氧化能力有不同程度的改善。但不同器官组织中,对于不同抗氧化酶指标,PQQ·Na2的最佳添加量不一致。根据血浆中抗氧化酶活性和MDA含量,饲粮PQQ·Na2的最佳添加量为0.08~0.12 mg/kg;根据肝脏中抗氧化酶活性,饲粮PQQ·Na2的最佳添加量为0.08 mg/kg,添加量为0.12 mg/kg时组抗氧化酶活性有下降趋势。肝脏MDA含量随饲粮PQQ·Na2添加量的增加线性降低,表明抗氧化酶活性降低有可能与PQQ的其他抗氧化机制有关,并非抑制作用。Akaike等[26]报道,PQQ能提供电子使自由基还原,直接清除自由基,其清除能力强于其他水溶性抗氧化剂(如维生素C、谷胱甘肽、尿酸等)。因此,PQQ·Na2有可能通过非酶抗氧化系统发挥抗氧化作用,对鸡体内抗氧化酶具有节省作用。
3.3 饲粮添加PQQ·Na2对产蛋鸡血浆生化指标的影响肝脏和肾脏分别是异源物质在机体进行转化和代谢的主要场所。血浆AST、ALT、ALP等酶类的活性能反映肝脏细胞受损情况及严重程度。ALT和AST主要位于肝细胞胞浆水溶性部分或线粒体中,血液中这2种酶活性的升高常提示肝细胞破坏、细胞膜通透性增强或线粒体损伤。CRE是肌肉中磷酸肌酸的终末代谢产物,不能被重吸收,经肾小球过滤后排出体外。血浆CRE含量变化反映了肾小球的滤过能力。UA是家禽氨基酸代谢的终产物,反映了饲粮氨基酸的平衡及鸡只对蛋白质的利用程度。分析整个试验期内产蛋鸡血浆生化指标的变化情况分析,血浆ALP活性受饲粮PQQ·Na2添加量的显著影响,并在各采样时间点变化趋势一致。饲粮PQQ·Na2添加量对其他指标的影响仅在某一采样时间点达到显著水平,如试验初期(第2周)0.08和0.12 mg/kg组血浆CRE含量显著低于对照组,在试验第12周时反而显著高于对照组;在试验第2周时0.08和0.12 mg/kg PQQ·Na2组血浆UA含量较对照组显著升高,而在试验第12周时则与对照组无显著差异,而在试验第24周时0.12 mg/kg PQQ·Na2组又较对照组显著升高。上述血浆生化指标的不稳定变化表明PQQ·Na2影响的暂时性。此外,鸡只个体阶段性变化也可能是造成血浆生化指标不稳定变化的原因之一。
ALP是反映肝脏损伤、胆汁瘀滞的酶学指标,具有临床意义的是活性升高。此外,ALP对生物体内的钙、磷代谢和骨组织中的沉积起着重要作用,与动物的生长发育密切相关。血浆ALP活性可间接反映来源于骨骼成骨细胞的ALP活性状况,且与骨骼矿物质沉积呈强的负相关关系[27]。本试验中,饲粮添加0.04~0.12 mg/kg PQQ降低了血浆ALP活性(第24周),有改善产蛋鸡后期蛋壳品质的作用。血浆中ALP活性和产蛋鸡血浆中钙离子浓度和骨骼强度呈负相关[28],并且可能参与了蛋壳腺骨桥蛋白和壳基质蛋白116基因的表达[29]。但ALP活性的变化是否与PQQ调节蛋壳品质有关还需进一步研究。
4 结论① 饲粮添加0.08~0.12 mg/kg PQQ·Na2对产蛋鸡生产性能和血浆主要生化指标无不良影响。
② 饲粮添加0.04~0.12 mg/kg PQQ·Na2可改善产蛋鸡产蛋后期的蛋清和蛋壳质量,以添加量为0.08 mg/kg时效果最好。
③ 饲粮添加0.04~0.12 mg/kg PQQ·Na2可改善产蛋鸡的血浆和组织抗氧化状态,以添加量为0.08和0.12 mg/kg效果较好。
④ 综合本试验测定结果得出,产蛋鸡饲粮中PQQ·Na2适宜添加量为0.08 mg/kg。
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