李經(jīng)奇 李學(xué)山 姬仁磊 徐 瑋 麥康森 艾慶輝
(中國海洋大學(xué)教育部海水養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 農(nóng)業(yè)部海水養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青島 266003)
長鏈多不飽和脂肪酸(Long chain-polyunsaturated fatty acid; LC-PUFA)如DHA (22:3n-6)和EPA(20:3n-5)已被證實(shí)在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、心腦血管疾病和抗炎等生理過程中發(fā)揮著重要的作用[1—7], 目前脊椎動(dòng)物獲得LC-PUFA的途徑有2種方式, 一是從直接從食物中攝取, 二是以18碳鏈的不飽和脂肪酸(如亞油酸18:2n-6和亞麻酸18:3n-3)為前體通過一系列去飽和及延長反應(yīng)自身生物合成[6]。對(duì)于魚類, 尤其是海水魚類, 從食物中獲取LC-PUFA是其滿足自身生理需求的重要途徑。魚油中富含HUFA,是水產(chǎn)飼料中重要的脂肪源, 但隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展和魚油資源的短缺, 不平衡的供需關(guān)系導(dǎo)致產(chǎn)量高、價(jià)格相對(duì)低廉的植物油逐漸替代魚油成為飼料中的主要脂肪源。與淡水魚不同, 海水魚需要從食物中獲取外源LC-PUFA以滿足其正常生長、存活和生理功能的需要[8,9], 表明了海水魚類合成LC-PUFA的能力較弱[10,11]。由于植物油不含有EPA和DHA, 當(dāng)植物油高比例替代魚油, 會(huì)導(dǎo)致海水魚無法獲得足夠的LC-PUFA, 而對(duì)其生長和代謝產(chǎn)生不利的影響。在這種情況下, 通過自身合成就成為海水魚獲得能夠滿足其生理需求的LC-PUFA的最重要的途徑。
脊椎動(dòng)物進(jìn)行LC-PUFA生物合成過程是通過脂肪酸去飽和酶(Fads)和延長酶(Elovl)催化完成的,經(jīng)過連續(xù)的去飽和及延長反應(yīng), 將亞油酸(18:2n-6)和亞麻酸(18:3n-3)合成為DHA和EPA等高不飽和脂肪酸[12]。研究表明, Δ6Fad是亞油酸(18:2n-6)和亞麻酸(18:3n-3)合成LC-PUFA過程中的限速酶[13],Δ6Fad的活性的高低決定了合成LC-PUFA能力的高低。大量的研究表明, 脂肪酸能夠調(diào)控Δ6Fad基因表達(dá)和活性。研究發(fā)現(xiàn), 鯉(Cyprinus carpio)細(xì)胞培養(yǎng)過程中缺乏PUFA, 會(huì)促進(jìn)PUFA的合成[14], 植物油替代魚油也會(huì)造成大西洋鮭(Salmo salar)肝臟和腸的Δ6Fad基因的表達(dá)量上調(diào), 同時(shí)也增強(qiáng)了其自身合成LC-PUFA的能力[15—17], 董小敬[18]對(duì)大黃魚、虹鱒(Oncorhynchus mykiss)和鱸(Lateolabrax japonicus)的研究表明混合植物油逐漸替代魚油上調(diào)了Δ6Fad基因的表達(dá)量。
大黃魚(Larimichthys crocea)是目前我國產(chǎn)量最大的海水養(yǎng)殖魚類, 具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值, 但植物油高比例替代魚油的配合飼料的使用導(dǎo)致了魚體中的LC-PUFA含量下降, 營養(yǎng)品質(zhì)下降。本實(shí)驗(yàn)旨在探究用富含亞油酸的豆油和富含亞麻酸的亞麻籽油替代魚油對(duì)大黃魚肝臟和肌肉中脂肪酸組成和Δ6Fad基因表達(dá)的影響, 以期為提高海水魚的LC-PUFA合成能力提供理論基礎(chǔ)。
以酪蛋白和明膠為主要蛋白源, 亞麻籽油和豆油完全替代魚油, 制成3種等氮等脂的精制飼料, 分別以FO、LO和SO表示(表1、表2)。原料粉碎后過80目篩, 梯度混合均勻, 混勻后與卵磷脂和油源充分混合, 添加適量的水, 混合并過40目篩, 充分混勻后上機(jī)制粒, 恒溫風(fēng)箱55℃烘干10h, 待冷卻后置于-20℃保存待用。
養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)在福建省寧德市國家級(jí)大黃魚良種場所屬的海水浮動(dòng)網(wǎng)箱(2 m×2 m×2.5 m)中進(jìn)行, 為期10周, 實(shí)驗(yàn)開始前, 實(shí)驗(yàn)用魚被暫養(yǎng)(2周)在網(wǎng)箱(4 m×4 m×2.5 m)中, 暫養(yǎng)期間投喂對(duì)照組飼料, 每天飽食投喂兩次(6:00和17:00), 使之適應(yīng)養(yǎng)殖環(huán)境和飼料。實(shí)驗(yàn)開始前, 將魚饑餓24h, 然后用MS-222(100 mg/L)將魚麻醉, 選擇規(guī)格均勻體表無損傷的魚[平均體重(15.42±0.01) g], 隨機(jī)分配到12個(gè)網(wǎng)箱中, 每個(gè)網(wǎng)箱放入大黃魚120尾, 每個(gè)處理4個(gè)重復(fù), 每天記錄水溫和水質(zhì)指標(biāo)以及死魚的重量和數(shù)量。實(shí)驗(yàn)期間水溫在24—28℃, 鹽度在26‰—29‰,pH 7.4—7.8, 溶解氧在6—7 mg/L。
在樣品采集前, 所有實(shí)驗(yàn)用魚饑餓24h, 用MS-222 (100 mg/L)將魚麻醉, 對(duì)每個(gè)網(wǎng)箱中的魚進(jìn)行稱重計(jì)數(shù), 從每個(gè)網(wǎng)箱中隨機(jī)挑選6尾魚, 靜脈取血后于冰上解剖取出肝臟和肌肉樣品放入1.5 mL的無RNA酶的離心管, 并迅速放到液氮中, 最后轉(zhuǎn)移到-80℃冰箱保存, 用于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。3尾魚的組織樣品用于Δ6Fad mRNA表達(dá)量的檢測, 另外3尾魚的組織樣品用于脂肪酸的檢測。
脂肪酸樣品處理使用HCl-甲醇法, 具體步驟參照李松林[20]:(1) 取濕重1 g左右組織樣品, 剪碎并放入10 mL離心管中, 于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥過夜; (2) 配制1 N的KOH-甲醇溶液和3N的HCl-甲醇溶液。(3) 取100 mg冷凍干燥后的組織樣品放入10 mL的脂肪酸處理專用玻璃管中, 加入3 mL KOH-甲醇溶液, 密封, 78℃水浴20min, 冷卻至室溫, 然后加入3 mL的HCl-甲醇溶液, 密封, 78℃水浴20min, 冷卻至室溫, 然后加入1 mL的色譜級(jí)正己烷, 稍振蕩, 于暗處密封放置過夜。(4) 加入1 mL的水使分層, 小心取上清于2 mL進(jìn)樣瓶中, 用于保存或直接用于檢測。
脂肪酸的檢測使用HP6890氣相色譜儀(Aligents Technologies)進(jìn)行檢測, 色譜柱為石英毛細(xì)管柱(Hewlett Packard, Palo Alto, CA), 火焰電離檢測器進(jìn)行檢測, 按照如下程序升溫; 柱溫首先升溫至150℃, 1min, 然后以15℃/min升至200℃, 之后以2℃/min升至250℃。
表1 實(shí)驗(yàn)飼料配方以及化學(xué)組成(%干物質(zhì))Tab. 1 Formulation and chemical proximate composition of the experimental diets (% dry matter)
組織樣品在液氮中研磨后, 用Trizol法提取mRNA, 用NanoDrop-2000光譜儀(Thermo SCIENTIFIC, USA)測定mRNA的濃度和質(zhì)量, 1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測mRNA的完整性。用Prime ScriptTMRT試劑盒(TaKaRa, Japan)將提取的mRNA轉(zhuǎn)錄成cDNA。其中: 12.5 μL 2×SYBR Premix Ex TaqTMII, 1 μL上游引物(F: TTCGCTTCCTCTGCT GCTATG)(10 μmol/L), 1 μL下游引物(R: CCAGT CACGGTGCTTCTCG)(10 μmol/L), 1 μL cDNA(稀釋到80 ng/μL), 9.5 μL的雙蒸水, PCR的反應(yīng)條件為: 95℃ 2min, 1個(gè)循環(huán); 95℃ 15s, 60℃ 15s, 72℃20s, 40個(gè)循環(huán)。PCR反應(yīng)在Eppendorf Mastercycler gradient (Eppendorf, German)中進(jìn)行。
表2 飼料脂肪酸組成(%總脂肪酸)Tab. 2 Diet fatty acids composition (% total fatty acid)
實(shí)時(shí)熒光定量PCR的數(shù)據(jù)處理采用2-ΔΔCt法進(jìn)行計(jì)算(ΔΔCt=ΔCt目的基因-ΔCt內(nèi)參基因)。結(jié)果使用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA), 當(dāng)結(jié)果達(dá)到顯著差異(P<0.05)時(shí), 采用Tukey’s檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較或t-test, 數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 亞麻籽油和豆油替代魚油顯著降低了大黃魚的增重率、飼料效率和特定生長率(P<0.05), 在亞麻籽油和豆油組之間差異不顯著(P>0.05)。亞麻籽油和豆油全替代魚油降低了大黃魚的存活率, 豆油組的存活率顯著低于魚油組(P<0.05), 亞麻籽油組與魚油組和豆油組沒有顯著差異(P>0.05)。亞麻籽油和豆油替代魚油造成肝體指數(shù)和臟體指數(shù)有上升的趨勢(shì), 但各組間差異不顯著(P>0.05)(表3)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 亞麻籽油和豆油替代魚油顯著改變了大黃魚肝臟和肌肉中的脂肪酸組成。在大黃魚的肝臟中, 植物油替代魚油顯著降低了飽和脂肪酸(SFA)、20:4n-6(ARA)和n-3LC-PUFA的相對(duì)含量(P<0.05), 但在植物油替代組中沒有出現(xiàn)顯著差異(P>0.05)。在亞麻籽油替代組(LO)中, 18:3n-3(LNA)的相對(duì)含量顯著高于魚油組(FO)和豆油組(SO)(P<0.05), 而FO組和SO組之間差異不顯著(P>0.05)。18:2n-6(LA)和n-6PUFA的相對(duì)含量在豆油(SO)組中顯著高于FO組和LO組(P<0.05), FO組顯著低于LO組(P<0.05)。單不飽和脂肪酸在各組間沒有顯著差異(P>0.05)。在大黃魚肌肉中, LO組和SO組的SFA和n-3LC-PUFA顯著低于FO組(P<0.05), ARA相對(duì)含量在SO組顯著低于FO組(P<0.05), LO組和其他2組沒有顯著差異(P>0.05)。18:2n-6和n-6PUFA在不同處理的肌肉中的相對(duì)含量在豆油(SO)組中顯著高于FO組和LO組(P<0.05),FO組顯著低于LO組(P<0.05)。18:3n-3的相對(duì)含量在FO組中顯著低于豆油組和亞麻籽油組(P<0.05),豆油組顯著低于亞麻籽油組(P<0.05)(表4)。
表3 飼料脂肪酸對(duì)大黃魚生長和飼料利用的影響Tab. 3 Effects of dietary lipids on growth and feed utilization of large yellow croaker
對(duì)相同處理組中的肝臟和肌肉PUFA相對(duì)含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn), 在各處理組中, 肌肉中的ARA、EPA和DHA的相對(duì)含量顯著高于肝臟(P<0.05)。在魚油組中, 肌肉的LNA和LA的相對(duì)含量要高于肝臟(P>0.05), 但在亞麻籽油組和豆油組中, 肌肉中的LNA和LA的相對(duì)含量要低于肝臟(P>0.05)(圖1)。
亞麻籽油和豆油顯著上調(diào)了大黃魚肝臟和肌肉中Δ6Fad的基因表達(dá)量(P<0.05), 其表達(dá)量在肝臟中分別升高了7.6和6.5倍, 在肌肉中分別上升了2.2和2.8倍。在亞麻籽油和豆油組中沒有顯著差異(P>0.05)(圖2)。
本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 經(jīng)過10周的養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)后, 亞麻籽油組和豆油組的大黃魚的增重率和特定生長率顯著降低, 這表明當(dāng)亞麻籽油和豆油完全替代魚油后, 大黃魚不能很好的利用亞麻籽油和豆油, 從而對(duì)其生長產(chǎn)生了不利影響。這與在泥鰍( Misgurnus anguillicaudatus )的研究結(jié)果[21]不同。高堅(jiān)等[21]的研究結(jié)果表明, 當(dāng)用魚油、大豆油、玉米油、花生油和棕櫚油飼料飼喂泥鰍40d后, 其生長性能沒有顯著差異。彭墨等[22]的研究表明, 當(dāng)菜籽油全替代魚油后, 經(jīng)過92d飼喂, 大菱鲆(Scophthalmus maximus L.)幼魚的終末體重和特定生長率顯著降低。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是因?yàn)槟圉q是淡水魚類, 大黃魚是海水魚類, 而淡水魚類利用植物油的能力要強(qiáng)于海水魚類[23]。
表4 飼料脂肪源對(duì)大黃魚肝臟和肌肉脂肪酸組成的影響(%總脂肪酸)Tab. 4 Effect of dietary lipids on liver and muscle fatty acid composition of large yellow croaker (% total fatty acid)
圖1 相同處理組中大黃魚肝臟、肌肉及飼料的脂肪酸組成(%總脂肪酸)Fig. 1 Fatty acid composition in liver, muscle of large yellow croaker under each diet (% total fatty acid)
圖2 大黃魚肝臟和肌肉的Δ6Fad基因的表達(dá)量Fig. 2 The gene expression of Δ6Fad of large yellow croaker
植物油替代魚油會(huì)影響魚體脂肪酸組成[24], 進(jìn)而影響魚體的品質(zhì)[25]和相關(guān)代謝。植物油由于不含LC-PUFA, 當(dāng)植物油替代魚油時(shí)會(huì)造成魚體LCPUFA的含量下降和LC-PUFA相關(guān)代謝基因的變化[26]。對(duì)大黃魚、虹鱒和鱸的研究表明[18], 隨著植物油替代魚油的比例升高, 其DHA和EPA的相對(duì)含量顯著下降。對(duì)尖吻鯛(Diplodus puntazzo)[27]的研究表明, 大豆油和亞麻籽油替代魚油導(dǎo)致了肝臟中LC-PUFA相對(duì)含量的下降, 對(duì)大菱鲆[22]、赤點(diǎn)石斑魚(Epinephelus akaara)[28]和大西洋鮭(Salmo salar)[29]的研究也具有同樣的結(jié)果。本研究通過使用亞麻籽油和豆油完全替代魚油制備的精制飼料飼喂大黃魚, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 亞麻籽油和豆油替代魚油降低了大黃魚肝臟和肌肉的ARA、EPA和DHA的相對(duì)含量, LNA和LA相對(duì)含量升高, 組織脂肪酸組成反映了飼料脂肪酸組成, 與在尖吻鯛[27]、虹鱒[30]和大黃魚[19]的結(jié)果一致。
對(duì)肝臟和肌肉在相同處理組中的脂肪酸組成進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn), 在所有處理組中, ARA、EPA和DHA在肌肉中的相對(duì)含量均顯著高于肝臟, 但在亞麻籽油組和豆油組中肌肉的LA和LNA的相對(duì)含量均低于肝臟, 這與鱸的研究結(jié)果相一致[23]。造成這種現(xiàn)象的原因可能是, 一方面, 肝臟合成的LCPUFA可能通過脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)途徑轉(zhuǎn)運(yùn)至肌肉中; 一方面, 肌肉可能利用LNA和LA來合成LC-PUFA; 另一方面, 肌肉組織是氧化供能的主要組織, 而LNA被證明主要被用來進(jìn)行β氧化供能[31]。
魚類由于缺乏Δ12和Δ15去飽和酶, 所以無法從頭合成LC-PUFA, 只能通過攝食飼料中的亞麻酸和亞油酸進(jìn)行體內(nèi)合成LC-PUFA, Δ6Fad是LCPUFA合成過程中的關(guān)鍵酶, 飼料中脂肪酸的組成變化會(huì)對(duì)其基因表達(dá)產(chǎn)生影響, 魚油富含LC-PUFA,如DHA和EPA, LC-PUFA會(huì)抑制Δ6Fad基因的表達(dá)[32], 相應(yīng)的, 用不含LC-PUFA的植物油替代魚油會(huì)導(dǎo)致飼料中LC-PUFA含量下降, 則會(huì)上調(diào)Δ6Fad基因的表達(dá)[16—18,26]。本研究發(fā)現(xiàn)大黃魚肝臟和肌肉的Δ6Fad基因的表達(dá)量在豆油組和亞麻籽油組顯著升高, 這結(jié)果與金頭鯛(Sparus aurata)[33]和大西洋鮭[26,34]的結(jié)果相同, 發(fā)現(xiàn)隨著植物油替代魚油會(huì)上調(diào)Δ6Fad基因。這表明了飼料脂肪酸的組成的變化會(huì)影響機(jī)體合成LC-PUFA的能力。對(duì)大黃魚的肝臟和肌肉的Δ6Fad基因表達(dá)量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn), 植物油替代魚油后, 肝臟中Δ6Fad基因轉(zhuǎn)錄水平的變化較肌肉更為顯著, 表明了與肌肉相比, 肝臟能夠更敏感的響應(yīng)飼料脂肪酸, 可能是更為重要的LC-PUFA合成的部位。
綜上所述, 豆油和亞麻籽油替代魚油對(duì)魚類的生長產(chǎn)生了不利影響, 改變了魚體肌肉和肝臟脂肪酸組成, 降低了LC-PUFA的含量, 但顯著上調(diào)了Δ6Fad基因的表達(dá), 與肌肉組織相比, 肝臟中Δ6Fad基因能夠更顯著的響應(yīng)組織中脂肪酸的變化。
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