元素硒對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物影響的研究進(jìn)展

王夢(mèng)杰 陳建華 王海華

(1.淮海工學(xué)院海洋生命與水產(chǎn)學(xué)院/江蘇省海洋生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇連云港 222005；2.江西省水產(chǎn)科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)部湖泊漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，江西南昌 330039)

硒作為一種必需的微量元素，最早由瑞典科學(xué)家Berzelius于1817年發(fā)現(xiàn)并命名，它對(duì)動(dòng)物的生長發(fā)育起至關(guān)重要的作用。在20世紀(jì)40年代以前，硒一直作為有毒物質(zhì)所被人關(guān)注[1]。直到1957年，Shcwarz等的研究發(fā)現(xiàn)硒可以防止?fàn)I養(yǎng)性肝壞死，對(duì)保護(hù)肝臟起到重要的作用，人們才逐漸意識(shí)到硒是動(dòng)物體內(nèi)一種重要的營養(yǎng)元素[2]。1996年Clark研究指出，日常膳食中以富硒酵母作為硒源補(bǔ)充硒的攝入，可以使癌癥的發(fā)病率、死亡率下降50%左右[3]。至此硒的營養(yǎng)價(jià)值才受到學(xué)術(shù)界的重視。

一般動(dòng)物體內(nèi)硒含量為20～50 μg/kg，所有組織均含有硒，且機(jī)體硒含量以肝、腎、皮毛中的最高，肌肉、骨、血液中次之，脂肪中最低[4]。在水產(chǎn)動(dòng)物中，硒同樣被證明能有效地提高免疫功能和抗氧化能力，同時(shí)微量元素硒還能促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物生長和提高產(chǎn)品質(zhì)量。硒的缺乏會(huì)引起含硒酶活性降低，導(dǎo)致氧自由基清除受阻，生物膜損傷，解毒和免疫功能減退等一系列機(jī)體的功能障礙。硒也能通過影響激素的分泌與降解調(diào)節(jié)動(dòng)物體的蛋白質(zhì)、核酸、脂肪、碳水化合物和維生素以及微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)的代謝。

1 硒對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物生長性能的影響

甲狀腺激素的水平高低對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的生命代謝活動(dòng)起著很重要的調(diào)節(jié)作用[5]。四碘甲狀腺原氨酸(T4)是甲狀腺的主要分泌產(chǎn)物，是甲狀腺激素的非活性形式；T4通過脫碘酶生成三碘甲狀腺原氨酸(T3)，即為甲狀腺激素的活性形式。硒以硒半胱氨酸(Sec)的形式存在于脫碘酶的活性中心，從而間接影響著水產(chǎn)動(dòng)物的生長性能。Arthur等[6]的研究表明硒促進(jìn)動(dòng)物生長和蛋白質(zhì)合成的主要途徑是通過提高血液中T3的水平來提高生長激素的合成與分泌。

金明昌[7]在對(duì)幼鯉的研究中證明，日糧中硒添加量的增多能增加幼鯉的成活率；當(dāng)硒添加量為0.4mg/kg時(shí)，幼鯉增重率比對(duì)照組提高了19.9%，生產(chǎn)性能最佳(P<0.05)。在對(duì)草魚(Ctenopharyngodonidellus)的餌料中添加不同濃度納米硒的研究結(jié)果來看，納米硒組增重率、肥滿度比對(duì)照組分別提高了25.7%和1.89%，表明硒對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的生長有促進(jìn)作用[8]。梁萌青等[9]研究發(fā)現(xiàn)飼料中缺硒會(huì)對(duì)鱸魚(Lateolabraxjaponicus)的生長產(chǎn)生抑制作用，但隨著飼料中硒水平的提高，鱸魚的生長狀況得到顯著改善，而且硒添加量為0.4 mg/kg時(shí)鱸魚的生長性能達(dá)到最佳狀態(tài)。

2 硒對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物抗氧化功能的影響

水產(chǎn)動(dòng)物在生命活動(dòng)中不斷產(chǎn)生的自由基會(huì)對(duì)酶、蛋白質(zhì)分子乃至整個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生危害，是引發(fā)脂類氧化造成機(jī)體損傷及衰老的主要原因之一[10]。谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)可以催化還原型谷胱甘肽(GSH)產(chǎn)生氧化型谷胱甘肽(GSSG)，使有毒的氧化物還原成無毒的羥基化合物和水，同時(shí)促進(jìn)過氧化氫的分解，以達(dá)到保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及功能不受過氧化氫損害的作用。GSH-Px的活性中心是Sec，從而機(jī)體硒水平可以反映GSH-Px活性。在水產(chǎn)動(dòng)物中，存在著4種主要的含硒谷胱甘肽過氧化物酶同工酶，即胞質(zhì)GSH-Px、胃腸道GSH-Px、血清GSH-Px和磷脂氫GSH-Px。其中，胞質(zhì)GSH-Px、血清GSH-Px和磷脂氫GSH-Px在不同組織中廣泛存在。

Monteiro等[11]對(duì)頭石脂鯉(Bryconcephalus)的研究中指出硒水平的提高可以抑制磷脂過氧化，提高魚鰓和肌肉中GSH-Px活性，保護(hù)機(jī)體免受甲基對(duì)硫磷誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激影響。胡俊茹等[12]在對(duì)黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)幼魚的抗氧化能力的研究中證明，全魚硒含量和肝臟GSH-Px活性隨著硒含量的增加而升高，二者與飼料硒含量呈正相關(guān)。楊原志等[13]在對(duì)軍曹魚(Rachycentroncanadum)幼魚的研究中得出相似結(jié)論，硒水平顯著影響肝臟GSH-Px含量及血清GSH-Px活性，肝臟和血清GSH-Px活性隨著硒水平的升高呈先升高后穩(wěn)定趨勢(shì)。羅莉[14]研究了硒代蛋氨酸和亞硒酸鈉對(duì)湘云鯽魚抗氧化能力的影響。結(jié)果指出：日糧中添加硒能顯著提高湘云鯽魚血清GSH-Px和超氧化物歧化酶(SOD)活性,降低脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量；并且硒代蛋氨酸在提高全魚和肝胰臟硒含量及機(jī)體抗氧化能力的作用方面明顯好于無機(jī)硒。龍萌等[15]在酵母硒對(duì)團(tuán)頭魴(Megalobramaamblycephala)的抗氧化活力的研究中得出，當(dāng)酵母硒添加量為0.25 mg/kg和0.50 mg/kg時(shí)，GSH-Px活性與對(duì)照組相比分別提高了17%和20%。

3 硒對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物免疫功能的影響

頭腎和脾臟是魚類的主要免疫器官，頭腎主要是造血和分泌功能，脾臟是魚類紅細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和線粒白細(xì)胞生產(chǎn)、貯存和成熟的主要場(chǎng)所。硒以Sec的形式存在于硒蛋白中發(fā)揮其生物學(xué)作用，在水產(chǎn)動(dòng)物中硒蛋白幾乎能調(diào)節(jié)所有機(jī)體代謝的活性氧簇(ROS)和氧化還原狀態(tài)，從而對(duì)機(jī)體炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答產(chǎn)生重要影響[16]。中性粒細(xì)胞通過產(chǎn)生ROS參與殺傷外源微生物，但ROS同樣會(huì)殺傷中性粒細(xì)胞，GSH-Px通過清除ROS參與了中性粒細(xì)胞的保護(hù)系統(tǒng)[17]。缺硒會(huì)使淋巴器官變得結(jié)構(gòu)疏松，吞噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞數(shù)目減少，網(wǎng)狀細(xì)胞增生，導(dǎo)致不同程度的免疫抑制或衰退。缺硒時(shí)，白細(xì)胞GSH-Px活性降低，白細(xì)胞殺死微生物能力降低，從而降低水產(chǎn)動(dòng)物的免疫力。硒本身沒有絲裂原作用，不能引起T淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，只能增大T淋巴細(xì)胞或脾細(xì)胞對(duì)絲裂原刺激的轉(zhuǎn)化能力，同時(shí)增強(qiáng)T淋巴細(xì)胞的細(xì)胞毒作用[18]。

在用一定濃度的愛德華菌(Edwardsiellaictaluri)對(duì)斑點(diǎn)叉尾鮰(Ictaluruspunctatus)進(jìn)行毒性攻擊的實(shí)驗(yàn)中，魚體抗體的生成隨飼料中硒濃度升高而升高，并且硒蛋氨酸或硒酵母均能提高巨噬細(xì)胞趨勢(shì)化反應(yīng)能力[19]。沈振華[20]發(fā)現(xiàn)在亞硝酸鹽脅迫下，飼料補(bǔ)充硒對(duì)中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)幼蟹的非特異性免疫性能的影響的研究中，幼蟹的生長性能、抗氧化能力、滲透壓調(diào)節(jié)以及免疫抗病能力在高pH脅迫下會(huì)造成不良影響，而硒含量的增加可提高機(jī)體抗氧化能力，增強(qiáng)機(jī)體非特異性免疫抗病力。凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)飼料中添加不同濃度硒，當(dāng)硒含量為1.6～3.2 mg/kg時(shí)，體長10 cm以上的凡納濱對(duì)蝦肌肉SOD、GSH-Px和堿性磷酸酶(AKP)活性有明顯的增強(qiáng)作用，并且表現(xiàn)出劑量效應(yīng)關(guān)系，硒含量過高或過低都會(huì)降低這三種酶的活性，證明硒有增強(qiáng)凡納濱對(duì)蝦免疫力和抗病力的功能[21]。王蔚芳等[22]以皺紋盤鮑(HaliotisdiscushannaiIno)為研究對(duì)象，當(dāng)飼料中硒添加量為2.63 mg/kg時(shí)血清中的谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)達(dá)到最大值并且不再升高，并且在添加量分別為0.88mg/kg和1.55mg/kg時(shí)超氧化物歧化酶(SOD)、酚氧化酶(PO)和溶菌酶(LSZ)的活力分別達(dá)到最大值并且都隨著硒含量的增加呈顯著降低趨勢(shì)，實(shí)驗(yàn)證明了飼料中的硒能夠顯著地影響機(jī)體免疫功能。

4 硒與維生素E的協(xié)同作用

維生素E是一種非特異性的生物抗氧化劑，通過結(jié)合在細(xì)胞膜上使細(xì)胞受自由基的進(jìn)攻和過氧化的損傷。硒通過GSH-Px的形式阻斷自由基對(duì)抗體的損傷，硒有助于維生素E的吸收和利用，并協(xié)同維生素E維持細(xì)胞的正常功能和細(xì)胞膜完整性[23]。但是兩者不可互換，因?yàn)槠浒l(fā)揮功能的部位不同，維生素E在細(xì)胞外起抗氧化作用，硒是在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用[24]。

Poston等人[25]在大西洋鮭(Salmosalar)的研究中，硒與維生素 E同時(shí)存在能顯著降低幼魚死亡率；剛孵化的仔魚使用缺硒及維生素E的飼料飼喂4周后的死亡率為49.6%，單獨(dú)使用加硒或維生素E的飼料不能降低死亡率，只有兩者同時(shí)添加，死亡率才可顯著降低(28.4%)。相似的結(jié)果在刺參(Apostichopusjaponicus)的研究中也得到證明，使用含維生素E和富硒酵母的飼料時(shí)，在基礎(chǔ)飼料中分別添加0mg/kg和250mg/kg維生素E，每個(gè)維生素E水平下分別添加0mg/kg、100mg/kg、300mg/kg、600mg/kg富硒酵母；各組飼料飼喂刺參8周以后，用燦爛弧菌(Vibriosplendidus)對(duì)刺參進(jìn)行攻毒。結(jié)果表明，飼料中無維生素E時(shí)，刺參累計(jì)死亡率隨硒添加量增加而降低，而當(dāng)飼料中添加維生素E時(shí)，各加硒組刺參累計(jì)死亡率顯著低于對(duì)照組[26]。在萬敏等人[27]對(duì)皺紋盤鮑(HaliotisdiscushannaiIno)的研究中，通過在飼料中添加維生素E和不同水平的硒，顯示二者對(duì)皺紋盤鮑血清中GSH-Px、谷胱甘肽還原酶(GR)和過氧化氫酶(CAT)的活力都有不同程度的交互作用。

5 硒對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的毒性作用

硒作為動(dòng)物體內(nèi)必需的微量元素，機(jī)體對(duì)其的需求量和產(chǎn)生毒性的濃度之間的范圍很窄。水產(chǎn)動(dòng)物細(xì)胞中攝入過高水平硒，硒會(huì)取代細(xì)胞中的硫，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成紊亂，蛋白質(zhì)功能喪失，硒也會(huì)在食物鏈中積累，從而對(duì)機(jī)體造成損害。在還原反應(yīng)中，Se4+可以自動(dòng)地與4個(gè)—SH反應(yīng)，由于硒摻到兩個(gè)硫原子中間形成—S—Se—S—的三硫橋化合物，破壞含—SH酶的天然結(jié)構(gòu)，使其活性降低或喪失[28]。研究發(fā)現(xiàn)，低濃度硒主要以消除自由基為主，表現(xiàn)出有益的機(jī)體反應(yīng)；而在較高濃度時(shí)則會(huì)產(chǎn)生ROS，產(chǎn)生細(xì)胞毒性[24]。

Hilton等人[29]研究發(fā)現(xiàn)，在養(yǎng)殖溫度15 ℃，以11.4 μg/g的硒添加量，連續(xù)喂養(yǎng)虹鱒(Oncorhynchusmykiss)16周，會(huì)出現(xiàn)魚體重量減輕、死亡率增加的現(xiàn)象。通過解剖及生理生化研究發(fā)現(xiàn)，90%的虹鱒發(fā)生鈣質(zhì)沉積，肝腎中鎂和鈣含量明顯增加，鏡檢也發(fā)現(xiàn)過度補(bǔ)硒造成的腎臟損傷。梁萍等[30]報(bào)道了Se4+和Se6+對(duì)文昌魚(Branchiostomabelcheri)的毒理效應(yīng)及生長發(fā)育的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，較低濃度的Se4+可明顯地促進(jìn)文昌魚的生長，而在高濃度環(huán)境下，Se4+的毒性大于Se6+。通過組織學(xué)觀察，發(fā)現(xiàn)文昌魚的中毒器官主要是鰓、腸和肌肉。Tashjian等[31]通過在白鱘(Acipensertransmontanus)幼魚餌料中添加硒蛋氨酸，當(dāng)硒濃度超過20.5 μg/g時(shí)，肝臟和腎臟發(fā)生組織病理學(xué)的改變。Li等[32]以青鱂(Oryziaslatipes)為研究對(duì)象，比較了納米硒和無機(jī)硒的毒性的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米硒可在魚體內(nèi)具有更高的蓄積濃度，進(jìn)而表現(xiàn)出更強(qiáng)的毒性。

6 有機(jī)硒與無機(jī)硒

硒主要是以有機(jī)硒和無機(jī)硒兩種形式存在，無機(jī)硒主要以亞硒酸鹽和硒酸鹽等形式存在，兩者均具有毒性，亞硒酸鈉的毒性略強(qiáng)于硒酸鈉的毒性。由于兩者均具有不易被吸收利用的特性，所以不適合作為人和動(dòng)物的直接硒源物質(zhì)來使用。而有機(jī)硒主要以硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸和硒代胱氨酸等形式存在。無機(jī)硒主要以Se4+被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，而有機(jī)硒是以氨基酸的形式所被動(dòng)物主動(dòng)吸收；無機(jī)硒在腸道吸收很快就被還原成硒化物，而有機(jī)硒與血漿蛋白結(jié)合后運(yùn)輸?shù)礁魏铣晌鞍?，硒蛋氨酸和Sec隨機(jī)分布于蛋白質(zhì)中，蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)使硒蛋氨酸和Sec成為游離的氨基酸庫，供所需硒蛋白合成，所以有機(jī)硒比無機(jī)硒更能被機(jī)體有效吸收利用[33]。

王國霞等[34]分別以不同硒源(無機(jī)硒和酵母硒)處理的飼料喂養(yǎng)羅非魚(Oreochromisspp.)幼魚，研究不同硒源對(duì)其生長的影響。結(jié)果顯示，飼料中適量添加硒可改善羅非魚肉質(zhì)，增加硒含量，以組織中的沉積量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，羅非魚對(duì)酵母硒的利用效果好于無機(jī)硒。吳東等[35]在添加無機(jī)硒和昆蟲蛋白硒對(duì)克氏螯蝦(Procambarusclarkii)吸收利用的研究中，各組蝦肉的水分含量、pH1、pH24和滴水損失各組間差異不顯著，蝦肉(風(fēng)干態(tài))中硒含量，1.50mg/kg和3.00mg/kg組相較于對(duì)照組差異極顯著(P<0.01)，昆蟲硒蛋白較無機(jī)硒在克氏螯蝦體內(nèi)沉積率高171.15%～218.18%。

7 硒蛋白分子

Rotruck等[36]在1973年從老鼠血液中發(fā)現(xiàn)硒是紅細(xì)胞谷胱甘肽過氧化物酶活性的重要影響因素。同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)了I型碘甲狀腺原氨酸脫碘酶(ID)、硫氧還蛋白還原酶(TR)等多種含硒蛋白，構(gòu)成其活性主要體現(xiàn)在Sec[37，38]，而Sec的遺傳密碼子是UGA，UGA同時(shí)又是三個(gè)終止密碼子之一。在轉(zhuǎn)譯的過程中，需要有一個(gè)莖環(huán)結(jié)構(gòu)的Sec插入序列SECIS來識(shí)別UGA作為Sec的密碼子而不是遺傳密碼子[39]。目前，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)至少發(fā)現(xiàn)了35種硒蛋白，其中人類含有25種，但是在水產(chǎn)動(dòng)物中的研究報(bào)道卻很少[40]。

張?chǎng)蔚萚41]首次從雜色鮑(Haliotisdiversicolor)中克隆出硒結(jié)合蛋白1(SBP1)基因序列，且利用高溫、缺氧和副溶血弧菌感染等對(duì)雜色鮑進(jìn)行應(yīng)激措施。結(jié)果顯示，不同應(yīng)激條件都會(huì)造成SBP1在不同組織中表達(dá)量的顯著變化，說明SBP1在雜色鮑的免疫反應(yīng)中可能扮演著重要角色。Song等[42]利用表達(dá)序列標(biāo)簽(EST)和RACE技術(shù)從櫛孔扇貝(Chlamysfarreri)中克隆出硒結(jié)合蛋白cDNA序列，并用微生物感染刺激，結(jié)果刺激后SBP的表達(dá)量逐漸上升，SBP在介導(dǎo)海洋無脊椎動(dòng)物的抗氧化機(jī)制和免疫應(yīng)答方面起重要作用。

8 展望

人體攝入的硒幾乎全部都是來源于外界食物，而魚肉易于消化吸收，可以作為很好的硒源[43]。雖然硒在人類和畜禽中的生物學(xué)特性和功能的研究已非常豐富，但在水產(chǎn)動(dòng)物中的研究才剛剛開始，無論是從研究數(shù)量還是質(zhì)量上都還非常不足。綜合目前文獻(xiàn)綜述，硒蛋白是硒作用于機(jī)體的關(guān)鍵，在哺乳動(dòng)物和人類的研究較為深入，而對(duì)魚類免疫功能的影響研究報(bào)道較少；同時(shí)有機(jī)硒的作用效果明顯好于無機(jī)硒，但有機(jī)硒成本過高，應(yīng)通過科學(xué)手段降低有機(jī)硒成本或提高無機(jī)硒的吸收利用率。此外，硒蛋白的分子生物學(xué)研究、新型硒源(如納米硒)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響等研究有待深入，這對(duì)于進(jìn)一步了解硒元素的作用機(jī)理是一個(gè)很好的研究方向。