2. 青岛农业大学优质水禽研究所, 青岛 266109;
3. 山东省莱阳市畜牧兽医局, 莱阳 265200
2. Institute of High Quality Waterfowl, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China;
3. Laiyang Bureau of Animal Husbandry in Shandong Province, Laiyang 265200, China
维生素K3是畜禽生长发育所必需的维生素之一,随着对维生素K3研究的不断深入,人们发现维生素K3不但和凝血有关,还参与骨骼代谢、缓解氧化应激和清除自由基等诸多生理过程[1-2]。维生素K通过促进成骨细胞分泌的骨钙素(γ-羧基谷氨酸蛋白)酸化而与骨形成密切相关[3]。Kim等[4]将维生素K1和维生素K2添加到大鼠的高脂饲粮中,发现血清骨钙素含量在12周以后显著升高,显著降低了破骨细胞活化因子水平,使骨保护素含量升高。Bouckaert等[5]研究报道,维生素K能起到愈合兔子骨折症状、加速骨骼矿化的作用。动物机体内抗氧化过程多由抗氧化酶完成,如过氧化氢酶(CAT)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)等[6]。Yuan等[7]研究表明,维生素K能显著提高建鲤机体内超氧化物歧化酶(SOD)活性,提高谷胱甘肽(GSH)含量,增强抗氧化能力。Fu等[8]研究表明,饲料中添加适量维生素K能够显著提高鲍鱼肌肉的SOD活性,增强其抗氧化性能。机体抗氧化能力与动物健康程度有十分密切的关系。迄今为止,国内外有关维生素K3在大鼠、兔、水产动物等动物上的研究较多,但对鹅方面的研究较少。因此,本试验以五龙鹅为研究对象,研究饲粮维生素K3添加水平对鹅胫骨发育、免疫器官指数及抗氧化性能的影响,为我国鹅的饲养标准制定和养鹅业的健康发展提供依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料及饲粮维生素K3(亚硫酸氢烟酰胺甲萘醌,有效成分含量为99%,甲萘醌含量≥49.9%)购自青岛普兴饲料公司。参照NRC(1994)推荐的营养水平设计基础饲粮。饲养周期为1~4周龄、5~16周龄2阶段,2阶段基础饲粮组成及营养水平见表 1。测定基础饲粮中维生素K3含量1~4周龄为1.23 mg/kg,5~16周龄为1.18 mg/kg。
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表 1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of basal diets (air-dry basis) |
试验全期分为1~4周龄和5~16周龄2个饲养阶段。1~4周龄阶段选用1日龄健康的五龙鹅360只,随机分为6组,每组6个重复,每个重复10只鹅,公母各1/2。Ⅰ组为对照组,饲喂基础饲粮;试验组(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组)在基础饲粮中分别添加1、2、4、8、16 mg/kg维生素K3。5~16周龄阶段选用28日龄健康的五龙鹅288只,随机分为6组,每组6个重复,每个重复8只鹅。Ⅰ组为对照组,饲喂基础饲粮;试验组(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组)在基础饲粮中分别添加2、4、8、16、32 mg/kg维生素K3。
1.3 饲养管理试验期鹅采用地面铺垫料平养,全期自由饮水和采食。按常规方式进行管理。
1.4 测定指标及方法 1.4.1 胫骨发育指标在4和16周龄末,每重复中分别抽取1只体重接近平均体重的公鹅,颈静脉放血致死,取右侧胫骨,剥离附着组织后,采用数字闪烁式锥形扫描骨密度仪(osteocore 3)测定骨密度(bone mineral density, BMD),采用WD-1型电子万能试验机测定骨强度,测定后于烘箱内105 ℃烘干后称量胫骨重量,粗灰分含量的测定参照GB/T 6438—1992,钙含量的测定参照GB/T 6436—1986,磷含量的测定参照GB/T 6437—1986。
组织学观察:取16周龄末各重复对应的鹅左侧胫骨近端干骺端,用10%福尔马林固定,经梯度酒精系列脱水,常规石蜡包埋,切片,苏木精-伊红(HE)染色,显微镜观察骨小梁的蜂窝织状结构。
1.4.2 免疫器官指数的测定在4和16周龄末,每重复分别抽取2只接近该组平均体重的试验鹅,屠宰后剥离胫骨,切取胸腺、脾脏、法氏囊等免疫器官,进行免疫器官指数的测定。
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在4和16周龄末,每重复分别抽取2只接近该组平均体重的试验鹅,翅静脉取血。使用低温离心机3 000 r/min离心制得血清,分装于1.5 mL离心管内,-40 ℃保存备用。测定血清T-SOD、CAT活性及丙二醛(MDA)含量、总抗氧化能力(T-AOC),操作方法均按照试剂盒操作流程进行。本试验所用试剂盒均购自南京建成生物工程研究所。
1.5 统计分析采用SPSS 20.0软件中单因素方差分析(one-way ANOVA)方法进行数据分析,并采用LSD法进行多重比较。试验数据以“平均值±标准差”表示。P < 0.05和P < 0.01分别为差异显著和极显著。
2 结果 2.1 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅胫骨发育的影响 2.1.1 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅胫骨发育指标的影响由表 2可知,4周龄时,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组之间胫骨骨密度差异不显著(P>0.05),但均显著高于Ⅰ、Ⅱ组(P < 0.05)。Ⅳ组胫骨骨强度显著高于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组(P < 0.05)。各试验组胫骨骨重均高于Ⅰ组,Ⅳ、Ⅴ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。各试验组之间胫骨粗灰分含量差异不显著(P>0.05),均高于Ⅰ组,Ⅳ、Ⅴ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。各试验组胫骨钙含量均高于Ⅰ组,Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),Ⅲ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。各试验组胫骨磷含量均高于Ⅰ组,Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组均极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),显著高于Ⅱ、Ⅲ组(P < 0.05);Ⅲ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。
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表 2 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅胫骨发育指标的影响 Table 2 Effects of dietary vitamin K3 supplemental level on tibia development index of Wulong geese |
16周龄时,各试验组胫骨骨密度均高于Ⅰ组,Ⅳ组极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),显著高于Ⅱ、Ⅵ组(P < 0.05);Ⅲ、Ⅴ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。各试验组胫骨骨强度均高于Ⅰ组,Ⅳ组显著高于Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ组(P < 0.05),极显著高于Ⅰ、Ⅱ组(P < 0.01);Ⅴ组极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),显著高于Ⅱ组(P < 0.05)。各试验组胫骨骨重均高于Ⅰ组,Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ组与Ⅰ组差异不显著(P>0.05),Ⅳ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。各试验组胫骨粗灰分含量均高于Ⅰ组,Ⅳ组极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。Ⅳ、Ⅴ组胫骨钙含量均极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),Ⅲ、Ⅵ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组胫骨磷含量极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),Ⅲ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。
2.1.2 16周龄五龙鹅胫骨生长板组织学观察由图 1可知,Ⅰ组骨小梁较为细小,有萎缩现象,分布较为稀疏散乱,且骨小梁间距较大,骨小梁面积及其比例较小,多数骨小梁走行有中断。骨小梁生长较少,范围较为局限,其表面有少量成骨细胞,成骨细胞形态模糊不清。
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图 1 16周龄五龙鹅胫骨生长板组织学观察 Fig. 1 Histological observation of tibial growth plate of Wulong geese at 16 weeks of age (100×) |
Ⅱ组骨小梁散乱,骨小梁生长较少,范围较为局限,其表面有成骨细胞,细胞呈不规则形,且部分软骨细胞核固缩,胞质呈空泡状。
Ⅲ组骨小梁明显细小、萎缩,分布相对稀疏散乱,成骨细胞与破骨细胞分布在骨小梁上,骨小梁排列不规则,可见少量新骨,与周围界限不清,但部分细胞形态模糊不清。
Ⅳ组骨小梁分布较为均匀,排列较为规则,骨小梁间距适中,可见成骨细胞与破骨细胞分布于骨小梁上,骨小梁相对致密。Ⅳ组骨小梁面积、比例都优于Ⅰ组。
Ⅴ组软骨周边部可见薄层致密结缔组织,部分软骨细胞核固缩,可见成骨细胞与破骨细胞分布于骨小梁上,骨小梁分布均匀,排列规则,表面光滑,未见有骨小梁中断。皮质骨较致密,内外表面光滑。
Ⅵ组软骨周边部可见薄层致密结缔组织,可见成骨细胞与破骨细胞分布于骨小梁上,骨小梁分布均匀,排列较为规则,表面光滑,有部分骨小梁中断。
2.2 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅免疫器官指数的影响由表 3可知,4周龄时,各组五龙鹅免疫器官指数差异不显著(P>0.05)。与Ⅰ组相比,Ⅳ组胸腺指数提高了5.86%,脾脏指数提高了9.18%,法氏囊指数提高了10.48%。
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表 3 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅免疫器官指数的影响 Table 3 Effects of dietary vitamin K3 supplemental level on immune organ index of Wulong geese |
16周龄时,各组五龙鹅免疫器官指数差异不显著(P>0.05)。与Ⅰ组相比,Ⅳ组胸腺指数提高了20.90%,脾脏指数提高了26.03%,法氏囊指数提高了18.60%。
2.3 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅血清抗氧化指标的影响由表 4可知,4周龄时,各试验组血清T-SOD活性均显著高于Ⅰ组(P < 0.05),其中Ⅳ组血清T-SOD活性最高。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组之间血清MDA含量差异不显著(P>0.05),除Ⅵ组外均显著低于Ⅰ、Ⅱ组(P < 0.05)。各试验组血清T-AOC均高于Ⅰ组,Ⅳ组极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),显著高于Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ组(P < 0.05);Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。各组之间血清CAT活性差异不显著(P>0.05)。
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表 4 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅血清抗氧化指标的影响 Table 4 Effects of dietary vitamin K3 supplemental level on serum antioxidant index of Wulong geese |
16周龄时,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组之间血清T-SOD活性差异不显著(P>0.05),均显著高于Ⅰ、Ⅱ组(P < 0.05),其中Ⅳ组最高。随着维生素K3添加水平的增加,各组血清MDA含量不断下降,Ⅴ、Ⅵ组极显著低于Ⅰ组(P < 0.01),Ⅲ、Ⅳ组显著低于Ⅰ组(P < 0.05)。Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组血清T-AOC极显著高于Ⅰ组(P < 0.01),Ⅲ组显著高于Ⅰ组(P < 0.05)。Ⅳ、Ⅵ组血清CAT活性显著高于Ⅰ组(P < 0.05),Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ组与Ⅰ组差异不显著(P>0.05)。
3 讨论 3.1 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅胫骨发育的影响骨钙素、基质γ羧基谷氨酸蛋白和骨膜蛋白是骨组织中的维生素K依赖性蛋白[9]。骨钙素的主要功能是维持骨骼正常矿化速率,抑制软骨矿化。活化后的骨钙素能与钙离子(Ca2+)结合,促进骨组织矿化。谢煜等[10]研究表明,维生素K能够显著提高大鼠股骨的骨密度,提高血清骨钙素含量,增强大鼠骨骼发育。Yamauchi等[11]试验证明,维生素K有提高骨密度和骨强度、防止骨质疏松等作用。罗林枝等[12]研究表明,维生素K能够增加骨密度,促进骨健康。赵新华等[13]研究表明,一定范围内随着摄入维生素K添加水平的增加,幼龄大鼠股骨结构力学性能不断提高,骨密度及骨重显著提高。本试验结果表明,饲粮中添加适量维生素K3能显著提高五龙鹅胫骨骨密度和骨强度,并且随着周龄的增加,骨密度和骨强度均明显提高,与上述试验结果一致。维生素K能提高机体骨钙素含量,进而促进骨骼钙盐沉积,加速骨质矿化过程。高志[14]研究表明,对去卵巢大鼠补充维生素K可全面提高大鼠骨密度,加速钙盐沉积和骨质矿化过程,促进骨骼成熟;Cockayne等[15]和Shiraki等[16]研究报道均表明,机体摄入维生素K能够提高血清骨钙素含量,减少骨量丢失,提高骨组织钙、磷含量,促进骨健康。本试验结果表明,饲粮中添加维生素K3能显著提高五龙鹅胫骨中钙和磷含量,提高胫骨骨重和粗灰分含量,与上述研究结果一致。
骨小梁是组成骨松质的成分,骨小梁组成立体的网状结构。高志[14]在大鼠试验中发现,试验组骨小梁分布均匀,排列规则,表面光滑,未见有骨小梁中断。本试验结果发现,5~16周龄五龙鹅饲粮中添加8 mg/kg维生素K3时骨小梁分布均匀,排列规则,骨小梁间距适中,可见成骨细胞与破骨细胞分布于骨小梁上,骨小梁相对致密,当饲粮中维生素K3添加水平过高时,其促进鹅胫骨发育效果呈下降趋势。
3.2 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅免疫器官指数的影响胸腺、法氏囊及脾脏的重量可用于评价雏禽的免疫状态,其绝对重量和相对重量越大,说明机体的细胞免疫和体液免疫机能越强。迄今为止,国内外关于维生素K影响家禽免疫性能的报道较少,主要集中在水产方面研究较多。元江[17]研究表明,在幼建鲤饲料中添加维生素K3并使用磺胺脒抑制肠道微生物产生维生素K,试验组免疫性能显著加强。有报道指出,维生素K3有联合免疫球蛋白治疗哮喘、抑制结石等生物功能[18-19]。吴亚锋[20]试验结果表明, 饲料中添加酵母多糖、壳聚糖和维生素K对异育银鲫非特异性免疫功能具有一定的促进作用。本试验结果表明,饲粮中添加维生素K3对4和16周龄五龙鹅免疫器官指数均没有显著影响,与上述在鱼类方面的研究结果不一致,这可能与动物种类和饲粮组成有关。本试验结果显示,饲粮维生素K3添加水平不影响鹅免疫器官的发育。
3.3 饲粮维生素K3添加水平对五龙鹅血清抗氧化指标的影响维生素K3具有抗氧化性,但不同添加水平对抗氧化性能有不同影响,添加水平不足或过多会抑制体内抗氧化反应[21]。潘春芳等[22]以去卵巢大鼠为模型比较补充和不补充维生素K对机体抗氧化性能的影响,结果发现,补充维生素K能提高大鼠机体SOD和CAT活性,降低MDA含量,缓解氧化应激状态。维生素K在小肠被吸收后经淋巴系统进入血液,参与非酶系统机体自由基代谢。T-AOC高低能反映机体抗氧化酶系统和非酶抗氧化系统在面对外来刺激时的应对能力[23]。王连生等[24]研究表明,在西伯利亚鲟饲料中添加26.24 mg/kg维生素K能显著提高肝胰脏T-AOC,但添加水平达到990.00 mg/kg时,T-AOC显著低于添加水平为16.24 mg/kg时。本试验结果表明,饲粮中添加适宜水平维生素K3能提高五龙鹅血清T-SOD活性和T-AOC,降低血清MDA含量,当添加水平不足或过量时,抗氧化性能会有所下降。主要是维生素K3进入鹅体内首先参与非酶抗氧化系统,转移电子清除自由基,从而提高鹅抗氧化性能;但维生素K3添加水平过量时,能够被烟酰胺腺嘌呤二核苷酸醌氧化还原酶还原成多氧自由基,而增加机体抗氧化负担。
4 结论1~4周龄和5~16周龄五龙鹅饲粮中维生素K3添加水平分别为4和8 mg/kg时,提高了胫骨粗灰分、钙、磷含量及骨密度、骨强度,改善鹅胫骨发育状况;提高了血清T-SOD活性和T-AOC,降低了血清MDA含量,进而提高了五龙鹅抗氧化性能。
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