瘤胃微生物對(duì)飼料中霉菌毒素的脫毒作用

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院 龍 淼 李 鵬 張 燚

青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 朱連勤

吉林大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院 劉國文 王 哲

霉菌毒素是由真菌產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，其對(duì)動(dòng)物和人類的健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。在所有的動(dòng)物中，反芻動(dòng)物對(duì)霉菌毒素最不敏感。如美國FDA對(duì)霉菌毒素在飼料中的限量規(guī)定：黃曲霉毒素對(duì)育肥豬允許限量是200 μg/kg，而對(duì)育成牛為300 mg/kg，對(duì)未成熟家畜、家禽和奶牛，黃曲霉毒素可接受的最大限量只有20 μg/kg；伏馬毒素對(duì)反芻動(dòng)物最大限量為 60 μg/kg，豬為 10 μg/kg；脫氧雪腐鐮刀菌烯醇毒素最大限量反芻動(dòng)物為10 μg/kg，而其他家畜為5 μg/kg。這反映了反芻動(dòng)物比單胃動(dòng)物更能耐受霉菌毒素。對(duì)于反芻動(dòng)物能夠耐受霉菌毒素主要原因是由于反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)生存著大量的多種多樣的微生物，在微生物的直接作用或其分泌的酶作用下，許多霉菌毒素被菌體吸附或者降解成為無毒或者毒性小的物質(zhì)從而降低了其毒性作用。

1 瘤胃微生物對(duì)霉菌毒素的降解作用

1.1 瘤胃微生物對(duì)黃曲霉毒素的降解作用 黃曲霉毒素在瘤胃微生物作用下是否可以被降解，研究結(jié)論并不一致。Engel和Hagemeister（1978）報(bào)道，將黃曲霉毒素與瘤胃液在體外共同孵育，42%的黃曲霉毒素被降解。但Kiessling等（1984）在體外研究瘤胃原蟲、細(xì)菌對(duì)霉菌毒素的降解作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)瘤胃微生物不能降解黃曲霉毒素B1（AFB1）。 Westlake 等（1989）在研究瘤胃內(nèi) 4 株溶纖維丁酸弧菌（CE46、CE51、CE52 和 CE56）對(duì)霉菌毒素的降解作用時(shí)，結(jié)果顯示該菌株對(duì)AFB1沒有降解作用，他們推斷菌株必須在瘤胃內(nèi)才能發(fā)降解AFB1的活性。但瘤胃對(duì)AFB1的高效降解作用也有實(shí)驗(yàn)證明，在飼喂含黃曲霉毒素的飼料時(shí)，僅2%～5%的AFB1到達(dá)奶牛的腸道（Karlovsky，1999；Engel和 Hagemeister，1978）。 這可能由于不同種動(dòng)物及飼料成分影響瘤胃微生物對(duì)黃曲霉毒素的降解（Jones等，1996）。Upadhaya等（2009）證實(shí)韓國本地山羊瘤胃微生物和肉牛瘤胃微生物具有降解AFB1能力，并受到飼料成分的影響。但到目前為止，還沒有從反芻動(dòng)物瘤胃中分離鑒定出降解AFB1的純菌株。

1.2 瘤胃微生物對(duì)玉米赤霉烯酮的降解作用Kallela和Vasenius（1982）在體外將瘤胃液與不同含量的玉米赤霉烯酮（ZEN）在38℃、CO2存在條件下培育2 d，采用高效液相色譜法分別在0、4、24、48 h測(cè)定ZEN含量。結(jié)果表明，ZEN在4 h含量降低11%，24 h降低29%，48 h降低37.5%，這表明瘤胃液具有降解ZEN能力。Macri等（2005）采取不同部位的奶牛瘤胃液，在體外測(cè)定對(duì)ZEN降解能力。結(jié)果表明，采取背囊瘤胃內(nèi)容物進(jìn)行擠壓而獲取的瘤胃液和腹囊直接獲取的瘤胃液在與ZEN共同孵育24 h后，ZEN殘余量分別占63%和49%。Kiessling等（1984）研究綿羊瘤胃液和牛瘤胃液對(duì)霉菌毒素降解作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)在瘤胃液作用下，ZEN被轉(zhuǎn)化為α-玉米赤霉烯醇，β-玉米赤霉烯醇，該兩種物質(zhì)的雌激素活性要比ZEN活性高3～4倍，但他認(rèn)為在瘤胃微生物作用下，該轉(zhuǎn)化對(duì)動(dòng)物毒性增強(qiáng)還是毒性減弱要從ZEN發(fā)揮毒性的方式來看。由于α-玉米赤霉烯醇競(jìng)爭(zhēng)雌二醇激素在細(xì)胞上的結(jié)合位點(diǎn)能力強(qiáng)于ZEN，因此毒性增強(qiáng)。但由于肝臟對(duì)ZEN的代謝轉(zhuǎn)化主要是將其轉(zhuǎn)化為玉米赤霉烯醇，而該轉(zhuǎn)化所需要的酶是羥基脫氫酶，該酶與細(xì)胞內(nèi)類固醇的代謝密切相關(guān)，換句話說，ZEN會(huì)干擾細(xì)胞內(nèi)類固醇的代謝。另外玉米赤霉烯醇水溶性要強(qiáng)，不易透過細(xì)胞膜進(jìn)入血液，從而加速其從腸道的排出。所以從這個(gè)角度來講ZEN轉(zhuǎn)化為玉米赤霉烯醇對(duì)動(dòng)物的毒性減弱。

環(huán)境中的一些微生物可將ZEN轉(zhuǎn)為無雌激素活性的物質(zhì) （Cho 等，2010；Yu 等，2010；Molnar等，2004）。如果環(huán)境中降解ZEN為無毒的微生物在瘤胃中被分離鑒定出來，就會(huì)證明瘤胃微生物也可將ZEN降解為無毒物質(zhì)。因此，進(jìn)一步研究需要從瘤胃中分離鑒定出單菌株，然后進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)而確定瘤胃微生物否具有降解ZEN為無毒能力。

1.3 瘤胃微生物對(duì)赭曲霉毒素A的降解作用在霉菌毒素中，赭曲霉毒素A（OTA）首先被證明可為瘤胃微生物降解 （Hult等，1976）。Hult（1976）等將OTA分別與奶牛4個(gè)胃的內(nèi)容物進(jìn)行共同孵育，發(fā)現(xiàn)奶牛的前胃具有降解OTA為無毒的赭曲霉毒素α能力，而真胃不具有該能力，同時(shí)推斷奶牛能夠降解飼料中12 mg/kg的赭曲霉毒素污染量。Kiessling等（1984）認(rèn)為，降解OTA主要由瘤胃原蟲進(jìn)行，但瘤胃細(xì)菌也起到一定作用。很多證據(jù)表明對(duì)OTA的降解主要由原蟲完成，當(dāng)飼喂高精日糧時(shí)會(huì)導(dǎo)致OTA吸收到血液中，并能在牛奶中檢測(cè)到OTA的存在。這主要因?yàn)轱曃垢呔占Z時(shí)會(huì)降低瘤胃內(nèi)原蟲數(shù)量（Hohler等，1999）。但另外一些研究表明，瘤胃液中的細(xì)菌對(duì)OTA的降解也具有很強(qiáng)作用（Liu等，2010；Schatzmayr等，2006）。 Liu（2010）等研究表明，當(dāng)以100%粗飼料飼養(yǎng)韓國本土山羊，OTA主要由山羊瘤胃內(nèi)地衣芽胞桿菌降解。從泰國發(fā)酵大豆分離到的地衣芽胞桿菌也具有降解OTA能力（Petchkongkaew等，2008）。目前從瘤胃中分離到的細(xì)菌降解OTA能力很低，可能的原因是在實(shí)驗(yàn)室的條件下很難分離培養(yǎng)瘤胃內(nèi)相關(guān)的菌株，另外不同的細(xì)菌不同部分具有協(xié)同作用，所以共同培養(yǎng)要比單獨(dú)培養(yǎng)更具有高的降解OTA能力（Upadhaya 等，2009）。

1.4 瘤胃微生物對(duì)脫氧雪腐鐮刀菌烯醇的降解作用 脫氧雪腐鐮刀菌烯醇 （DON）又稱嘔吐毒素，是單端孢酶烯族毒素的代表。研究表明，DON在6 mg/kg情況下對(duì)奶產(chǎn)量無不良影響，并且在奶中沒有殘留（Charmley等，1993）。飼料中DON濃度為3.1～3.5 mg/mg時(shí)對(duì)奶牛健康未造成不良影響，但是增加了氨的濃度（Seeling等，2006）。這些研究證明，瘤胃微生物對(duì)DON具有脫毒作用。瘤胃微生物對(duì)（DON）的降解作用主要由于瘤胃微生物對(duì)DON具有脫乙酰基作用和脫環(huán)氧化作用。如來源于綿羊瘤胃的微生物具有脫乙?；饔茫↘iessling等，1984）；來源于奶牛的瘤胃液可將 DON代謝成環(huán)脫氧 DON （DOM-1）（He等，1992；Cote等 1986 ；Yoshizawa等，1983 ），瘤胃微生物還可將3-乙酰脫氧雪腐鐮刀菌烯醇 （3-ADON）轉(zhuǎn)化為 DON和 DOM-1（Binder等，1998），DOM-1的毒性是DON毒性的1/54。在牛瘤胃中分離到的真細(xì)菌菌株BBSH797，它可以在體內(nèi)及體外將DON降解成DOM-1，是目前DON毒素降解菌中最有效的菌株 （Binder等，1998；Schatzmayr等，1996）。

2 瘤胃微生物降解霉菌毒素的影響因素

Kiessling等（1984）指出，霉菌毒素不能完全被瘤胃微生物降解，降解程度受動(dòng)物種類、年齡、性別和飼喂方式等因素影響。因?yàn)檫@些因素會(huì)影響到瘤胃內(nèi)微生物菌群的種類和數(shù)量。另外，霉菌毒素對(duì)動(dòng)物的影響也會(huì)受到環(huán)境因素及動(dòng)物的生理學(xué)特性、動(dòng)物的抗應(yīng)激能力和對(duì)飲食的偏愛性影響（Whitlowa 和 Haggler，2004）。

2.1 飲食因素 任何影響瘤胃菌群的結(jié)構(gòu)與數(shù)量均影響瘤胃微生物對(duì)霉菌毒素的脫毒作用。因?yàn)轱嬍骋蛩兀ㄈ缛占Z組成、飼養(yǎng)水平、飼喂頻率等）會(huì)影響到瘤胃內(nèi)環(huán)境如瘤胃內(nèi)pH、滲透壓等。很多瘤胃微生物不耐受低pH，當(dāng)pH降低時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響其生物學(xué)功能，甚至有些種類會(huì)大量死亡。Upadhaya等（2011）在研究韓國本土山羊?qū)TA降解時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)瘤胃液pH值調(diào)至5.8時(shí)，瘤胃液對(duì)OTA的降解率明顯降低。

日糧組成會(huì)影響瘤胃微生物對(duì)霉菌毒素的降解。飼喂高精飼料瘤胃微生物對(duì)OTA的降解率降低 （?zpinar等，1999；Kiessling 等，1984）， 而對(duì)AFB1的降解率會(huì)從50%下降到25%（Upadhaya等，2009）。飼喂100%的粗飼料瘤胃液對(duì)OTA的降解率要明顯高于飼喂50%粗飼料的山羊瘤胃液 （Upadhaya等，2011）。飼料的成分也會(huì)影響AFB1的降解。對(duì)山羊飼喂梯牧草要比飼喂稻草降解AFB1能力要強(qiáng)一些，這可能是因?yàn)樘菽敛莸臓I養(yǎng)價(jià)值要比稻草高，進(jìn)而瘤胃微生物能更容易的獲得能量從而生長加速生物活性增強(qiáng)（Upadhaya等，2009）。在體外瘤胃液中添加葵花油和淀粉可以影響ZEN的降解，添加葵花油組降低了瘤胃微生物對(duì)ZEN的降解能力，添加淀粉提高了瘤胃微生物對(duì)ZEN降解能力，這是由于脂肪抑制瘤胃微生物活性，而淀粉可加速瘤胃微生物的生長（Macri等，2005）。

2.2 品種與個(gè)體 不同種類的反芻動(dòng)物降解霉菌毒素的能力不同。通過試驗(yàn)證明飼喂同樣的飼料韓國本土山羊降解AFB1能力 （20%～25%）要高于肉牛（10%～14%），而同種本地山羊不同個(gè)體對(duì)AFB1的降解能力也有差異（Upadhaya等，2009）。這可能因?yàn)閯?dòng)物的個(gè)體差異、器官大小、功能、感覺能力和微生物菌群不同。

2.3 飼喂時(shí)間 一些研究結(jié)果表明，飼喂時(shí)間會(huì)影響進(jìn)入消化道的霉菌毒素的生物轉(zhuǎn)化。微生物菌群數(shù)量和代謝能力在飼喂之后的一定時(shí)間內(nèi)會(huì)增加，從而提高對(duì)霉菌毒素的降解能力。在飼喂之后的不同時(shí)間間隔采取綿羊瘤胃液測(cè)定對(duì)OTA的降解能力，發(fā)現(xiàn)對(duì)OTA最高的降解活性是在飼喂之前，而活性最低在飼喂之后的1 h，此后降解活性逐漸增強(qiáng)直至下一次飼喂 （Kiessling等，1984）。但另有研究結(jié)果表明，瘤胃液的采取時(shí)間對(duì)AFB1的降解活性影響差異不顯著（Upadhaya等，2009）。

3 展望

采用微生物對(duì)霉菌毒素進(jìn)行生物脫毒是目前對(duì)飼料脫毒的最佳策略。瘤胃內(nèi)蘊(yùn)藏著豐富的對(duì)霉菌毒素生物轉(zhuǎn)化物種資源，但目前獲得的單菌株還很少，主要制約瓶頸是對(duì)瘤胃微生物的培養(yǎng)存在限制。未來的研究工作應(yīng)優(yōu)化瘤胃微生物的培養(yǎng)條件，利用分子生物學(xué)技術(shù)如16S rDNA技術(shù)分離純化鑒定具有降解霉菌毒素的瘤胃微生物并克隆編碼霉菌毒素降解酶基因，或者利用宏基因組技術(shù)直接獲取瘤胃微生物的降解酶基因，在工程菌中表達(dá)，開發(fā)出高純度、高活性的新型解毒酶飼料添加劑并將其運(yùn)用到飼料中，從而更加有效地控制飼料中霉菌毒素的污染。

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