消化和生殖系统疾病是影响蛋鸡健康养殖、正常产蛋的多发疾病。其中,肠炎、沙门氏菌病、球虫病和霍乱是目前较为多发的消化系统疾病[1];卵黄性腹膜炎是鸡开产后最常见的一种生殖系统疾病,一旦发病,鸡场将面临巨大经济损失。做好日常预防工作,加强蛋鸡饲养管理和疾病防控,保持环境卫生良好,确保鸡舍内部干燥、通风和清洁,定期消毒可有效降低蛋鸡疾病发病率[2]。随着中草药在畜禽养殖业中的发展与应用,中草药作为饲料添加剂的应用效果日渐增多。张金汉等[3]在饲粮中添加16种补益肝肾类的中草药饲料添加剂后,蛋鸡的生产性能、肝脏和肾脏抗氧化能力和繁殖激素分泌水平均显著提高;Li等[4]饲喂含五叶绞股蓝粉中草药的饲粮后,蛋鸡的血清总胆固醇和甘油三酯含量显著下降,鸡蛋重量显著提升,且有效提高了蛋品质;除此之外,Giannenas等[5]在饲粮中添加干牛至、百里香、铁皮炎茶和洋甘菊混合物后发现,鸡蛋的蛋壳强度和蛋壳厚度得到改善,鸡蛋蛋品质显著增强。
中草药饲料添加剂不仅可以预防和治疗各种蛋鸡疾病,还可以增强机体免疫力,促进蛋鸡生长发育,提高生产性能,且产生耐药性弱,无明显毒副作用[6]。壶瓶碎米荠(Cardamine hupingshanensis)是我国湖北和湖南省特有的十字花科碎米荠属植物[7-8],其中富含硒蛋白、黄酮、多糖和维生素等多种有效活性成分,具有抗炎抗菌、抗癌、抗氧化、抑制高血压心血管疾病以及提高机体免疫力的功能。研究表明,在饲粮中添加壶瓶碎米荠药渣后,蛋鸡的生产性能和蛋品质得到有效提高[9]。在医学上,壶瓶碎米荠根茎还可用于止咳化痰、活血和止泻,全草亦可用作妇女补虚药,并且还能治疗红、白带下等[10]。在临床研究中,Li等[11]用高效凝胶色谱法检测壶瓶碎米荠中多糖CHP2的分子量,然后经过简单提纯后给患糖尿病的大鼠灌服,对CHP2的降血糖和抗氧化作用进行测定,发现CHP2具有显著的降血糖和抗氧化功能。Cheng等[12]利用对照法研究发现,富硒壶瓶碎米荠可以改善肠道氧化还原状态和调节肠道菌群。曹斌[13]对恩施碎米荠中的含硒蛋白进行了分离纯化,证实了硒蛋白具有抗氧化功效。张春燕等[14]对含硒粗黄酮进行体内体外抗氧化功能测定,结果表明含硒粗黄酮比普通黄酮的抗氧化性更强。本文对壶瓶碎米荠的有效成分、活性功能以及硒蛋白提取方法的相关研究进行综述,为壶瓶碎米荠作为饲料添加剂的开发利用以及其在蛋鸡疾病的防治方面的应用提供参考。
1 壶瓶碎米荠的有效成分
1.1 硒蛋白
硒蛋白是富硒植物中大分子有机硒(占硒总量的80%)的主要存在形式,壶瓶碎米荠中硒的活性物质主要以硒代半胱氨酸为主[15]。有机硒对动物机体毒害小,安全系数高,营养成分全面,且生物利用度高[13]。牟迪等[16]用双道原子荧光光度计检测壶瓶碎米荠叶片中硒含量的变化,发现在发育的过程中,叶片硒含量呈现增加的趋势,在开花期叶片硒含量达到最高,进入结荚期后硒含量降低。硒蛋白的分离纯化是一个非常复杂而繁琐的过程,张春燕等[14]通过复合提取工艺对壶瓶碎米荠中含硒化合物进行优选,发现蛋白质较多糖和黄酮相比,蛋白质的含硒量最高,达到了125.77 μg/g。曹斌[13]对壶瓶碎米荠的主要成分进行检测,发现粗蛋白质含量为24.59%,地上部分硒含量为3.302 4 g/kg。刘坤媛等[17]通过硫酸铵沉淀、柱层析(葡聚糖凝胶柱层析、阴离子交换柱层析)分级纯化得到壶瓶碎米荠中的含硒蛋白,后经十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)检测,发现该蛋白组分呈现单一条带,计算出纯化含硒蛋白3个亚基的分子质量分别为37、39和40 ku。不同时期壶瓶碎米荠叶片中的硒含量见表1 。
表1 不同时期壶瓶碎米荠叶片中的硒含量Table 1 Selenium content in leaves of Cardamine hupingshanensis in different periods[16]mg/kg |
| 取样时期 Sampling periods | 硒含量 Selenium content |
|---|---|
| 幼苗期 Seedling stage | 339.00 |
| 抽苔期 Bolting stage | 423.18 |
| 开花期 Blooming stage | 1 103.55 |
| 结荚期 Fruiting stage | 1 005.35 |
1.2 黄酮类
牛茵茵等[18]用乙醇作为提取溶剂,提取到壶瓶碎米荠中的黄酮,结果表明,最高黄酮提取率为1.902 5%;后用硒处理壶瓶碎米荠,发现黄酮类活性成分种类多样,主要包括单宁、5-甲氧基黄酮、木犀草素7-O-葡萄糖苷、山奈酚、木犀草素、矢车菊素3-O-葡萄糖苷和5,7-二羟基-2-苯并吡喃-4-酮5-O-己糖酐衍生物,其中,含量最高的是单宁,其次是5-甲氧基黄酮。黄酮类化合物结构式如图1 所示,壶瓶碎米荠中黄酮类化合物成分见表2 。
表2 壶瓶碎米荠中黄酮类化合物成分Table 2 Flavonoid components in Cardamine hupingshanensis[18] |
| 化合物成分 Compound composition | 分子式 Molecular formula |
|---|---|
| 单宁 Tannin | C76H52O46 |
| 5-甲氧基黄酮 5-methoxyflavone | C16H12O3 |
| 木犀草素7-O-葡萄糖苷 Luteolin-7-O-glucoside | C21H20O11 |
| 山奈酚 Kaempferol | C15H10O6 |
| 木犀草 Luteolin | C15H10O6 |
| 矢车菊素3-O-葡萄糖苷 Cyanidin-3-O-glucoside | C21H21ClO11 |
| 5,7-二羟基-2-苯并吡喃-4-酮5-O-己糖酐衍生物 5,7-dihydroxy-2-benzopyran-4-ketone5-O-hexoside derivative |
1.3 氨基酸
田连福[19]等利用高效液相色谱(HPLC)法,检测出壶瓶碎米荠在幼苗期和抽苔期的氨基酸多达16种,对其含量进行定量分析发现,幼苗期和抽苔期的氨基酸总量分别为12.185%和13.705%,其中,苯丙氨酸等7种人体必需氨基酸的含量占总量的33.4%,苏氨酸等3种限制性氨基酸的含量占总量的33.8%。
1.4 多糖类
壶瓶碎米荠中含有丰富的多糖活性物质,多糖类化合物的结构式如图2 所示。张子木[20]经水提纯法并纯化后,测得壶瓶碎米荠中未经硫酸化修饰的多糖(CHP)的溶解度为18.5%,经硫酸化修饰(三氧化硫-吡啶法[21])的多糖(SCHP)溶解度平均提高了3倍以上,并将硫酸化修饰的壶瓶碎米荠多糖分别命名为SCHP1-10、SCHP1-15、SCHP1-20、SCHP1-25和SCHP1-30。李美东等[22]通过超声波、酶处理、95%乙醇进行醇沉及去蛋白后,提取到了CHP的含量为48.53mg/g,后经7次Sevage法[23]和DEAE-52纤维素柱层析后得到CHP1、CHP2、CHP3和CHP4这4种多糖组分,其中,CHP2分子质量为21.75 ku,且主要由D-葡萄糖醛酸、D-半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和L-阿拉伯糖组成[11];CHP3分子质量为80.64 ku,主要由葡萄糖、半乳糖和L-阿拉伯糖组成[24]。
1.5 维生素
表3 壶瓶碎米荠幼苗期和抽苔期维生素的种类以及含量Table 3 Types and contents of vitamins in Cardamine hupingshanensis in seedling stage and bolting stage[19] |
| 种类 Types | 分子式 Molecular formula | 含量 Content/% | |
|---|---|---|---|
| 幼苗期 Seedling stage | 抽苔期 Bolting stage | ||
| 维生素C VC | C6H8O6 | 72.10 | 64.80 |
| 维生素B1 VB1 | C12H17ClN4OS·HCl | 0.68 | 0.36 |
| 维生素B2 VB2 | C17H2ON4O6 | 0.12 | 0.10 |
| 维生素B3 VB3 | C6H5NO2 | 1.02 | 0.94 |
2 壶瓶碎米荠的活性功能
研究发现,壶瓶碎米荠的抗氧化功能主要体现在含硒量上,其可以提高谷胱甘肽过氧化物酶的抗氧化活性,消除自由基,是对机体的一种保护机制。此外,壶瓶碎米荠还可以起到抑制炎性渗出、破坏细菌细胞膜、提高机体免疫力、抑制癌细胞生长和改善肠道菌群等诸多作用,在蛋鸡的消化、呼吸和生殖系统疾病中起着显著的防治作用。
2.1 抗氧化作用
壶瓶碎米荠具有极好的抗氧化功效。壶瓶碎米荠中含有大量的硒元素,缺硒会导致谷胱甘肽过氧化物酶的抗氧化活性降低,细胞活性也相应地降低,自由基逐渐积累,细胞和组织也会相应受到不同程度的损伤[28]。同时,硒蛋白不仅能减少细胞老化过程中产生的自由基对机体造成的伤害,还能调控细胞的分裂[29-30]。除此之外,李美东等[22]在体外抗氧化活性的试验中表明,壶瓶碎米荠粗多糖具有一定的还原能力,对2,2'-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)自由基、羟基自由基的清除能力较强。Qin等[31]通过小鼠急性毒性试验发现,单宁抗氧化活性体现在2方面,其中一方面通过还原反应降低环境中氧含量;另一方面是作为氢供体与环境中自由基结合,终止自由基引发的连锁反应,从而阻止氧化的继续。张春燕[32]通过小鼠试验发现,含硒粗黄铜的抗氧化能力显著高于粗黄铜,与阳性对照组的维生素C相似。Li等[11]通过大鼠试验,发现CHP2显著降低了大鼠血清和肝脏中丙二醛的含量,提高了相应抗氧化酶的活性,这说明CHP2具有抗氧化作用。
2.2 降血糖作用
壶瓶碎米荠中的多糖CHP2具有降血糖的作用。Li等[11]经过研究发现,口服CHP2溶液可以显著降低大鼠的摄食量、饮水量和空腹血糖水平,显著提高大鼠的体重,表明CHP2具有降血糖作用。
2.3 抗炎止痛作用
2.4 抗菌作用
2.5 提高免疫力作用
2.6 抗癌作用
2.7 改善肠道菌群作用
3 壶瓶碎米荠硒蛋白的提取
硒主要存在2种结合态:硒代氨基酸和硒代甲硫氨酸。壶瓶碎米荠中硒蛋白主要以硒代甲硫氨酸存在,要准确检测其中硒含量,必须找到合适的硒蛋白提取方法,以便于测定其硒的含量。目前,硒蛋白主要提取方法有溶剂提取法、柱层析分离法、生物学法和辅助提取法等。其中有机溶剂提取法中应用最广的是碱提法,其由于高效率和低成本受到广泛推广,但是碱提法会引起赖氨酸损失、蛋白质发生变性和水解以及硒蛋白流失严重的问题[44],除此之外还会产生不良副产物。曹斌[13]研究发现,壶瓶碎米荠中碱溶蛋白结合硒含量最高,通过SephadexG-100柱层析法对恩施碎米荠碱溶蛋白提取液进行分离,得到4个洗脱峰,其中最高峰硒浓度为2.52 μg/mL,接着又用DEAE-Sephcrose-FF柱层析对SephadexG-100的最高峰进行继续分离,又得到4个洗脱峰,其中最高峰硒浓度为129 μg/mL。
4 壶瓶碎米荠在蛋鸡上的应用
壶瓶碎米荠作为一种极具潜力的天然药物,富含硒蛋白、黄酮类、多糖类、氨基酸和维生素等有效成分,具有抗氧化、降血糖、抗炎止痛、抗菌、抗癌、提高机体免疫力以及改善肠道菌群等功能。壶瓶碎米荠是一种优质且高效的饲料添加剂,研究表明在饲粮中添加壶瓶碎米荠可以显著提高蛋鸡的生产性能和蛋品质。Yu等[9]在饲喂含0.01和0.05 mg/kg壶瓶碎米荠药渣的饲粮后,蛋鸡血清中硒含量以及过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性均得到提高,蛋鸡的生产性能和蛋品质显著提高。在将壶瓶碎米荠中提取到的有机硒应用于肉鸡饲粮中发现,试验组肉鸡脂多糖诱导的组织损伤得到缓解,应激后胸肌和腿肌的肉品质得到改善,抗氧化能力显著提高[45]。除此之外,壶瓶碎米荠作为中草药添加剂在其他动物上的应用也日益广泛。张辰等[46]在青鱼幼鱼饲料中添加0.5~1.0 g/kg富硒壶瓶碎米荠,显著提高了肝脏表达抗菌肽、铁调素、溶菌酶和补体相关基因表达量,促进了青鱼幼鱼生长,增加了鱼体的蛋白质沉积,提高了肝脏抗氧化和先天免疫能力。Cheng等[12]研究发现,壶瓶碎米荠提高了大鼠的抗氧化酶活性和短链脂肪酸含量,改善了缺乏硒大鼠的肠道形态和肠道微生物群落。
5 小结
自2020年1月1日《中华人民共和国农业农村部公告 第194号》文件开始实施以来,我国做出了停止生产、进口、经营和使用部分药物饲料添加剂的决定,并对相关管理政策作出调整,在此背景下,大量的研究试用中草药或植物提取物替代抗生素以达到防治动物疾病的目的。壶瓶碎米荠是稀有的超富硒植物,硒蛋白在提高蛋鸡生产性能和防治各种疾病方面发挥了极其重要的作用。但是,目前富硒饲料添加剂的研究在硒蛋白的提取方法上存在耗时长、含量低、流失严重以及应用成本高等问题。因此,有必要加大对硒蛋白提取工艺的研究,找到一种更高效的硒蛋白提取方法,为壶瓶碎米荠饲料添加剂的推广应用提供技术支撑。