2. 大连鑫玉龙海洋生物种业科技股份有限公司, 大连 116023;
3. 安琪酵母股份有限公司, 宜昌 443000
2. Dalian Xinyulong Marine Biological Seed Technology Co., Ltd., Dalian 116023, China;
3. Angel Yeast Co., Ltd., Yichang 443000, China
硒是人体必需的微量元素之一[1],它影响活体细胞的新陈代谢、抗氧化能力和免疫功能[2]。无机硒毒性较大且生物利用率远低于有机硒[3],有机硒通过天然或人工转化成为富含有机硒的食品,尤其是动物源富硒食品,在富硒食品的安全性上有很大的提高,科学补硒已成为当前人们防治疾病、保持健康和延缓衰老的重要举措之一[4]。利用微生物将无机硒转化为有机硒生产富硒产品是既安全又有效的方法,目前,生产富硒酵母是最普遍、最便捷的途径[5]。酵母硒(selenium yeast,SY)是采用天然非基因工程菌株,在液体培养酵母的过程中加入硒元素,使酵母细胞在发酵过程中将无机硒转化到细胞内的有机分子上,将无机硒转化为有机硒的一种微生物发酵产物。酵母硒通过生物富集硒,是一种绿色饲料添加剂,在满足动物对硒的生理需求后,可以在动物体内储存,避免短期内再次缺硒[6],而且在消化吸收过程中不会产生毒副作用,其代谢产物也不会对环境造成污染,是唯一经过美国FDA和欧盟认证的有机硒源[3]。在水产动物养殖方面,酵母硒作为饲料添加剂在鱼虾等养殖中的应用较多,李宁[7]在饲料中添加0.5 mg/kg酵母硒(总硒含量为1.29 mg/kg)可显著提高大口黑鲈(Micropterus salmoides)肝脏的总抗氧化能力(T-AOC),从而起到保护肝脏的作用;李小霞等[8]在饲料中添加酵母硒(0.6 mg/kg)投喂凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei),发现随着饲料中硒水平的增加,凡纳滨对虾的增重率和特定生长率不断升高,且对机体抗氧化能力有一定的促进作用;饲料中添加0.3 mg/kg的酵母硒能显著提高鲫鱼(Carassius auratus)的增重率,并降低饲料系数[9]。
刺参(Apostichopus japonicus)隶属于棘皮动物门(Echinodermata),海参纲(Holothuroidea),仿刺参属(Apostichopus)[10-11],是我国北方重要的海珍品养殖品种[12],具有丰富的营养价值,富含多种生物活性成分,但活刺参中的硒元素含量仅为200 μg/kg,远低于包括鱼、虾蟹、贝在内的大部分海产品(400~1 000 μg/kg)。伴随着产业的深入发展,通过富硒技术提高刺参养殖的生产效果和产品的营养价值,开始受到广大学者的关注[13]。张琴等[14]认为,与其他水产动物一样,刺参饲料中添加硒酵母可提高刺参的特定生长率、免疫力和抗病力。但目前刺参饲料中富硒饲料主要应用蛋氨酸硒、硒代蛋氨酸硒等。王吉桥等[15]研究表明刺参饲料中添加0.4~0.6 mg/kg的蛋氨酸硒可以提高其特定生长率及免疫力;周玮等[16]研究同样表明添加0~1 mg/kg的蛋氨酸硒可显著促进刺参的消化和生长,且随着饲料中蛋氨酸硒含量的增加,刺参的消化能力和生长速率均呈上升趋势。其中有机硒(硒代蛋氨酸硒)的促生长效果优于无机硒(硒酸钠和亚硒酸钠),且硒代蛋氨酸对幼参的促生长效果要优于成参[17]。目前酵母硒作为刺参饲料添加剂的研究与应用较少,另外刺参有“夏眠”(aestivation)特性,当水温高于25 ℃时,刺参会进入夏眠状态,在夏眠期刺参会出现消化道萎缩,摄食减少直至停止,此时没有外源物质摄入只能消耗自身物质来维持基本的代谢活动[18],且目前尚无关于刺参夏眠前后体壁中硒含量变化的相关研究。因此,本研究拟探讨饲料中添加酵母硒对刺参生长、抗氧化和夏眠前后体壁中硒的富集规律,以期为富硒刺参的生产提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验用刺参是由大连鑫玉龙海洋生物种业科技股份有限公司提供的平均体重为(140.00±0.21) g的2龄刺参。基础饲料(粗蛋白质含量为8.9%,粗脂肪含量为3.2%)主要成分为海泥35%、大叶菜45%、石莼10%、海虹粉3%、扇贝边3%、多维2%、无硒酵母片1%~2%。
酵母硒由安琪酵母股份有限公司提供,硒含量为2 000 mg/kg。
1.2 试验设计与饲养管理试验在大连鑫玉龙海洋生物种业科技股份有限公司的育苗室进行,在基础饲料中添加酵母硒,并等量减少无硒酵母片,酵母硒添加水平分别为0.5、1.0、1.5和2.0 mg/kg,以未添加酵母硒组为对照组,制作成颗粒料,每日投喂2次(07:00和15:00),饲料中总硒含量实测值分别为0.40、0.94、1.55、2.08和2.40 mg/kg,每组设置3个平行。试验分为2个阶段:第1阶段(共45 d),试验期间水温13.0~19.2 ℃,此期间饵料投喂以刺参表观饱食为准,当饲料投喂试验进行到45 d时,大部分刺参摄食量减少,进入夏眠阶段,为保证摄食生长试验数据的准确性,第1阶段试验结束,进行取样备测;第2阶段,刺参夏眠期为2个月(60 d),且刺参夏眠期间不投料,待刺参有活动迹象时进行少量的饲料投喂,若有少量的摄食和明显的活动迹象则表明刺参夏眠期结束,随机挑选夏眠结束的刺参进行取样,备测。采用虹吸法清除残饵和粪便,日换水量为1/2,水质指标:溶氧含量为9.95~10.05 mg/L、pH为8.0±0.1、氨氮和亚硝酸盐含量均低于0.1 mg/L。
1.3 样品采集在45 d养殖试验(第1阶段)结束后,停料48 h,并清理残饵,使刺参肠道内容物排空后称其终末体体重。并随机挑选5头刺参进行解剖,将收集的体腔液离心(3 000 r/min,4 ℃,5 min)取上清放于液氮中冷冻,并放于-80 ℃冰箱中保存,用于测定抗氧化酶活性,剩余的体壁放于-80 ℃冰箱中冷冻保存,用于测定夏眠前体壁中硒的含量。刺参夏眠结束后,每个水槽随机挑选5头进行解剖,将体壁放于-80 ℃冰箱中冷冻保存备用,用于检测刺参夏眠结束后体壁中硒的含量。
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体腔液中超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽转移酶(GSH-ST)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量和T-AOC的测定均采用南京建成生物工程研究所的试剂盒。
1.5 硒含量测定采用氢化物发生-原子吸收光谱法,用通用的TAS-990AFG型原子吸收分光光度计测定刺参体壁中硒的含量。样品经冷冻干燥后,用10~15 mL浓硝酸-高氯酸消解,在波长为196 nm、载气流量为150~180 mL/min条件下测定[15]。
1.6 统计分析所有试验数据采用SPSS 22.0软件进行分析,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)及Tukey多重比较对不同组间各检测指标进行分析,采用t检验(t-test)对同一组刺参夏眠前后体壁中的硒含量进行分析,以P < 0.05表示有显著差异,P < 0.01表示有极显著差异。数据统计结果以平均值±标准误(mean±SE)表示。
2 结果 2.1 酵母硒对刺参生长性能的影响由表 1可知,饲料中添加酵母硒未显著影响刺参的成活率(P>0.05)。饲料中适量添加酵母硒具有显著促生长效果,当饲料中酵母硒添加水平为0.5 mg/kg时,刺参增重率最高(31.30%),显著高于1.0 mg/kg组(P < 0.05)。
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表 1 饲料中添加酵母硒对刺参生长性能的影响 Table 1 Effects of dietary selenium yeast on growth performances of Apostichopus japonicus |
由表 2可知,对照组刺参体腔液中SOD、GSH-ST和GSH-Px活性均最高,且均与0.5 mg/kg组无显著差异(P>0.05),但均显著高于2.0 mg/kg组(P < 0.05);0.5 mg/kg组CAT活性显著高于对照组(P < 0.05),但与其他3组之间没有显著差异(P>0.05);1.0 mg/kg组刺参体腔液中MDA含量与0.5 mg/kg组无显著差异(P>0.05),但均显著高于其他3组(P < 0.05);T-AOC在1.0 mg/kg组中最低,显著低于对照组(P < 0.05)。
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表 2 饲料中添加酵母硒对刺参体腔液中抗氧化指标的影响 Table 2 Effects of dietary selenium yeast on antioxidant indexes of Apostichopus japonicus |
由图 1可知,鲜活刺参在夏眠前体壁中富集的硒含量随着饲料中酵母硒添加水平的增加而显著升高(P < 0.05);刺参在夏眠结束后体壁中富集的硒含量中,2.0 mg/kg组显著高于其他4组(P < 0.05),依次为1.5 mg/kg组(体壁中硒含量为0.49 mg/kg)、0.5 mg/kg组(体壁中硒含量为0.36 mg/kg)、1.0 mg/kg组(体壁中硒含量为0.29 mg/kg),最低为对照组(体壁中硒含量为0.17 mg/kg);且对照组显著低于1.5 mg/kg组和2.0 mg/kg组(P < 0.05),但对照组与0.5 mg/kg组和1.0 mg/kg组之间无显著差异(P>0.05);刺参夏眠前与夏眠结束后体壁中硒含量在1.0 mg/kg组和1.5 mg/kg组间差异极显著(P < 0.01)。
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夏眠前后数据柱分别标注不同小写字母表示不同硒添加水平间差异显著(P < 0.05);*表示同一酵母硒添加水平下夏眠前后硒含量差异极显著(P < 0.01)。下图同。 Data columns with different small letters mean significant difference among different selenium supplemental levels before and after aestivation, respectively (P < 0.05), and with * mean significant difference between before and after aestivation at the same selenium supplemental level (P < 0.01). The same as below. 图 1 刺参夏眠前后体壁中硒含量的富集 Fig. 1 Enrichment of selenium in body wall before and after aestivation of Apostichopus japonicus |
由图 2可知,刺参夏眠结束后体壁中硒元素的保留率2.0 mg/kg组最高,为90.38%,显著高于1.0 mg/kg组(P < 0.05),1.0 mg/kg组硒元素的保留率最低,为51.12%;其次分别为0.5 mg/kg组(79.48%)、1.5 mg/kg组(67.91%)和对照组(67.89%),且3组之间无显著差异(P>0.05)。
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图 2 刺参夏眠结束后体壁中硒元素的保留率 Fig. 2 Selenium retention rate in body wall after aestivation of Apostichopus japonicus |
本研究表明,饲料中添加0.5 mg/kg酵母硒提高了刺参的生长性能,饲料中添加中高水平酵母硒(1.0~2.0 mg/kg)与低水平(0.5 mg/kg)组相比不同程度地降低了刺参的生长性能。由于本试验基础饲料中含有一定量的硒元素,满足了刺参对硒的部分需求,因此在生产上应考虑基础饲料中硒的含量,酌情添加酵母硒,过量添加则会抑制刺参生长。另外酵母本身含有丰富的营养物质包括蛋白质、氨基酸、维生素和矿物质元素等,是一种优质的蛋白质饲料,且硒元素可促进生长激素合成与分泌,从而加快动物的生长和蛋白质合成[19]。本试验的研究结果与张琴[14]在饲料中添加0.6 mg/kg硒酵母显著促进幼参的特定生长率的结果一致。另外,刘金凤[20]研究发现,饵料中添加富硒酵母菌液浓度为107~108 CFU/g时可以显著提高刺参幼参的生长性能;李小霞等[8]发现,在凡纳滨对虾饲料中添加0.98 mg/kg的酵母硒能够显著提高凡纳滨对虾的生长性能,降低饲料系数;胡先勤等[9]在鲫鱼饲料中添加酵母硒的研究表明,当酵母硒的添加水平为0.3 mg/kg时能显著提高鲫鱼的增重率,并降低饲料系数;魏文志等[21]发现在异育银鲫(Carassius auratus gibelio)饲料中添加0.2 mg/kg的富硒酵母也显著提高了动物的增重率。
3.2 饲料中添加酵母硒对刺参抗氧化指标的影响硒元素广泛分布于生物界,主要生物学功能是催化生物体内自由基的歧化反应,从而消除自由基对生物体的毒性,保护细胞膜的正常功能,防止细胞和亚细胞膜受到过氧化物的破坏[22]。动物体通过抗氧化或自由基防御系统能有效地清除脂质过氧化物等活性氧,并终止自由基链式反应,从而对脂质过氧化作用的损伤进行防御[7],且硒也是GSH-Px的活性中心,是抗氧化体系重要的组成部分,对动物的正常生长发育有重要的生物学作用[23-24]。饲料中适量添加外源硒可以提高养殖动物的抗氧化能力,增强其免疫功能,从而提高其抗病能力[25]。硒元素能增强刺参免疫力,降低刺参死亡率[5, 14],GSH-Px、SOD活性及T-AOC是评价动物机体抗氧化能力的重要指标,其活性影响MDA含量[26]。刺参体腔液中的GSH-Px、GSH-ST、SOD活性、T-AOC和MDA含量是反映机体抗氧化能力的重要指标[27]。本试验结果表明,0.5 mg/kg组与对照组的SOD、GSH-Px及GSH-ST活性无显著差异,赵吉伟等[28]的研究发现,饲料中添加不同形式的硒均未对虹鳟(Oncorhynchus mykiss)生长和抗氧化能力产生显著影响,这可能是由于对照组饲料中的鱼粉等原料也含有一定量的硒元素,满足了动物对硒元素的需求。但是,本研究同时发现添加高水平(2.0 mg/kg)酵母硒组刺参的SOD、GSH-Px及GSH-ST活性显著低于0.5 mg/kg组,这说明饲料中过量添加酵母硒会降低刺参抗氧化能力。此前有学者发现在饲料中添加低水平(0.6 mg/kg)的酵母硒显著提高了刺参的吞噬、呼吸爆发、酚氧化酶和酸性磷酸酶活性,增强刺参免疫力及抗病能力[14];养殖对虾添加低水平(0.6 mg/kg)的酵母硒提高了其T-AOC和GSH-Px的活性,降低了机体自由基和脂质过氧化物的积聚,从而能够有效抵抗氧化损伤[7]。
3.3 刺参夏眠前后体壁中硒元素含量的变化情况饲料中的硒是动物体内硒的主要来源,饲料中添加硒可以有效地提高动物体中硒的含量[29]。研究表明,有机硒会主动被运输穿送过肠壁,生物利用率高,能更有效地在组织中沉积,而无机硒只是通过肠壁被动的扩散[30],利用率低,容易对环境造成污染。在刺参开展的有机硒相关研究中,研究者多是通过添加蛋氨酸硒来评估其生理特性及沉积性能。王吉桥等[15]在仿刺参幼参饲料中添加不同含量的蛋氨酸硒,结果表明仿刺参体壁中硒元素的富集量随着饲料中蛋氨酸硒含量的增加而增加。周玮等[31]研究表明,饲料中蛋氨酸硒含量的增加与刺参体壁硒元素的沉积呈正相关,与本研究中添加酵母硒对夏眠前刺参体壁中硒含量的变化结果相一致。
另外,硒是GSH-Px的组分,在提高动物抗应激、抗氧化能力、增强免疫性能、抗病力及促进生长等方面发挥着不可忽视的作用[32]。但是,在一般条件下,硒元素在动物体内含量随着时间的延长而逐渐衰减[33],这可能是由于抵抗应激消耗所致。有研究表明,饲料中添加0.50 mg/kg酵母硒可以缓解团头鲂(Megalobrama amblycephala)对亚硝酸盐的应激[34];饲料中添加0.30 mg/kg酵母硒对黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)幼鱼具有抵抗低温应激的作用[35]。但刺参具有“夏眠”特性,大量研究表明刺参夏眠采取多种生存策略包括代谢减退、能量重新分配、机体防御启动等,以有限的内源能量维持体内稳态[36],在夏眠期,刺参的摄食能和排粪能基本为零,为维持正常的生命活动,抵抗高温带来的损伤,不得不动用以往贮存于体内的营养素,用于维持正常呼吸、排泄等生理过程[37]及免疫、抗氧化等机体防御能力。本研究发现,夏眠结束后刺参体壁中硒含量较夏眠前显著降低,这进一步说明夏眠期间刺参对硒的特殊需求,硒可能是通过提高刺参的抗氧化能力来应对夏季高温和底质恶化产生的应激。张津源[38]发现在停止投喂富硒的强化饲料后刺参成参和幼参体壁中的硒含量均出现衰减现象,但3种硒源(硒代蛋氨酸、亚硒酸钠、硒酸钠)的衰减规律未发现明显区别。因此,建议在刺参夏眠前的饲料中适量添加硒以帮助其更好度过高温季节,同时夏眠结束后通过投喂富硒饲料进一步强化饲养,从而确保秋捕时的刺参达到富硒标准。
4 结论综上所述,饲料中添加0.5 mg/kg酵母硒可以提高刺参的增重率、抗氧化能力和夏眠前体壁中硒的富集量,添加中高水平(1.0~2.0 mg/kg)酵母硒虽然进一步提高了夏眠前后刺参体壁中硒的富集量,但降低了刺参的抗氧化酶活性,同时也增加了饲料成本。
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