中财网武汉狗狗市场:自由基与水产动物营养的研究进展
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/05/09 14:47:15
刘瑞丽 徐建雄
水产动物在疾病和应激时，机体会产生大量自由基。如果动物自身的抗氧化系统不能及时将自由基清除，将会对水产动物造成严重的氧化损伤。在水产饲料中添加外源抗氧化剂，可以减轻或消除自由基对水产动物的氧化损伤。随着自由基研究和水产动物营养学的发展， 人们认识到抗氧化剂在保护水产动物不受自由基所致的氧化损伤、提高抗病性方面具有十分重要的作用。因此，许多学者主张水产饲料中添加抗氧化剂。
1 自由基
任何包含有一个未成对电子的原子或原子团，均称之为自由基。在生命活动的氧化代谢过程中会不断地产生各种自由基，其中超氧阴离子自由基（O2－·）﹑羟基自由基（OH·）和脂自由基（ROO·）是三种具有代表性的自由基。其中，O2－·形成最早，而OH·作用最强。OH·是一个氧化能力很强的自由基，可以发生电子转移，夺取氧原子和羟基化等反应，能使糖类、氨基酸、蛋白质、核酸和脂类等发生氧化。O2－·不仅自身具有毒性，而且可以经过一系列反应生成其它氧自由基，进一步对生物体产生损伤作用。自由基有三个明显的特点：一是反应性强，大多数自由基都很活泼，反应性很强，易生成稳定物质；二是具有顺磁性，未成对电子都有自旋磁距，这就是电子顺磁共振（ESR）技术的理论依据；三是寿命短，大多数自由基反应性强，寿命短。
2 自由基的产生
水产动物在正常的生理代谢过程中有自由基的产生，在身体遭受创伤、组织缺氧的病态中自由基的产生会加强。一般来说，主要产生于以下几种情况。
2.1 辐射分解
电离辐射可使许多物质发生分解而产生自由基。电离辐射可使人和其它动物发生放射病，其原因就在于自由基的作用。在水产养殖过程中，对养殖水体进行紫外线照射消毒，就是利用了这一原理达到杀死水中有害生物的目的。
2.2 细胞正常代谢
细胞进行正常有氧代谢时，线粒体呼吸链可产生副产物O2－·、H2O2、OH·和半醌自由基等， 如下列黄素辅酶氧化还原反应可形成黄素半醌自由基：
2.3 吞噬作用和病毒感染
巨噬细胞吞噬作用和病毒感染时，呼吸释放的产物有NO、O2、H2O2和Cl 等。细胞色素P450 系统在发挥其解毒作用时也能产生氧自由基。孙虎山等（2004）用从病贝体内分离的非包涵体球形病毒感染栉孔扇贝后，扇贝血清和血细胞中过氧化氢酶（CAT）活力和过氧化物酶（POD）活力明显升高，说明病毒感染使扇贝产生H2O2的量增多。
2.4 环境变化
养殖环境变化会使水产动物发生应激反应，从而产生自由基。Giesrg 等（2000）研究发现，无论是南极鱼还是温带鱼在水温变化时，体内自由基的产量都有所增加，且南极鱼表现出了更强的抗氧化能力。曹剑辉等（2004）研究发现，一定浓度的镉可刺激草鱼肝脏自由基的产生，使SOD 活性增加。Oakes 等（2003）将胭脂鱼暴露于纸浆工厂废水中发现，污染物可以刺激自由基的产生。
3 自由基对水产动物的损伤机理
在正常情况下，水产动物体内自由基的产生和清除基本处于动态平衡状态。水产动物体内有一套完整的防御体系来保护自身不受自由基的氧化损伤。但在病态、应激和衰老情况下，水产动物体内抗氧化酶活力下降，自由基不能被及时清除，从而引起自由基浓度过高，使肌体出现氧化损伤和疾病。李飞等（2005）研究发现，在一定氨氮浓度范围内，南方鲶体内氧自由基产生随氨氮浓度的升高而增加。高晓莉等（2004）将鲤鱼置于不同浓度的Zn2+溶液中96 h，随Zn2+浓度的增加，SOD 的活性持续上升，CAT 的活性则先升后降，表明在一定Zn2+浓度范围内，超氧阴离子自由基（O2－·）和H2O2含量都有所增加。
3.1 对脂类的损伤
细胞膜和细胞器膜中含有大量不饱和脂肪酸侧链。自由基能氧化不饱和脂肪酸，引起脂质过氧化链式反应，生成脂质过氧化物（LPO）。LPO 分解时产生的丙二醛（MDA）能使DNA 蛋白质发生交联，导致细胞死亡。脂质过氧化可引起膜通透性增强、线粒体膨胀、溶酶体酶的释放、酶的失活等损伤，从而导致细胞膜的结构和功能改变，出现细胞的变性和坏死。
3.2 对蛋白质的损伤
蛋白质是生物有机体的主要组成物质之一，在生命活动中发挥着不可替代的作用。脂质过氧化物易与蛋白质和酶发生交联，形成不溶性蛋白质多聚物，导致结缔组织中的胶原蛋白缩短变硬、失去张力和弹性。当自由基攻击血液中的脂蛋白时，会使具独立功能的几个脂蛋白粘连在一起，沉附于血管壁上，导致血管粥样硬化。自由基与不饱和脂肪酶蛋白和血红蛋白反应时，会使水产动物出现溶血症。
3.3 对核酸的损伤
核酸是生物体的遗传物质，尤其是DNA 携带着几乎全部生物的遗传信息，指导各种蛋白质的生物合成。核酸被破坏，将会给生物带来毁灭性的灾害。活性氧自由基既可以直接损伤DNA 和RNA，也可通过脂质过氧化间接损伤二者。OH·可与核酸的碱基发生化学发应，破坏碱基，从而产生突变。OH·能夺取DNA 碱基上的H 原子，具有脱嘌呤和脱嘧啶的作用。自由基与脂质过氧化物容易和DNA 在碱基位置上共价结合，使碱基发生修饰。自由基的反应产物可使核酸交联，DNA 复制受阻。
3.4 对多糖的损伤
自由基可作用于细胞膜上的寡糖链中糖分子的羟基碳，使之氧化成为不饱和碳基或二聚体，引起细胞的多糖链破坏，造成细胞自溶。
4 水产动物体内自由基的稳衡系统
水产动物的生命活动都需要氧的参与，要求水中有一定的溶解氧（DO）浓度。正常情况下，水产动物体内自由基的产生与代谢处于动态平衡，这就是动物体内的自由基稳衡系统在起作用，主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）和其它一些非特异性抗氧化酶。
4.1 超氧化物歧化酶（SOD）
超氧化物歧化酶属酸性蛋白酶，是歧化超氧阴离子的特异酶，主要有CuZnSOD、MnSOD 和FeSOD 三种。CuZnSOD 存在于所有真核生物中，但在蓝绿藻等原核生物中并不普遍， 氰化物是它的强抑制剂；MnSOD和FeSOD 在大肠杆菌中被发现。SOD 清除O2－·的作用机理为：
SOD（氧化型）＋O2－·→SOD－（还原型）＋·O2
SOD－（还原型）＋O2－·→SOD（氧化型）＋H2O2
总反应式为： 2O2－·＋2H→H2O2+O2
SOD 的另外一个作用是保护脱氢酶免受超氧自由基影响而失活。
4.2 过氧化氢酶（CAT）
H2O2对生物体的损伤主要是生成OH·。过氧化氢酶是清除H2O2的一种酶，大部分需氧生物都含有此酶。动物所有组织中都有过氧化氢酶，肝和红细胞中尤为集中，脑、心脏和肌肉中含量较少。该酶催化H2O2分解的机理为：
CAT-Fe（Ⅲ）+ H2O2→化合物-Ⅰ
化合物-Ⅰ+H2O2→CAT-Fe（Ⅲ）+2H2O+O2
总反应式为：2H2O2→2H2O+O2
4.3 谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）
谷胱甘肽过氧化物酶主要存在于动物组织中，在高等植物和细菌中并不常见。GPX是一种含硒酶，其作用底物是谷胱甘肽（GSH），主要功能是清除H2O2。它在催化GSH 转化为氧化形式的谷胱甘肽（GSSG）消耗一个H2O2，该反应式为：
H2O2+GSH→GSSG+2H2O
过氧化氢酶和过氧化物酶都是清除H2O2的酶，二者在生物体内各有分工。在脑和精原体中，几乎不含CAT，发挥作用的是谷胱甘肽过氧化物酶。在肝脏中二者共存，CAT 主要集中在过氧化物酶体中，而谷胱甘肽过氧化物酶体主要在细胞质里，少量在线粒体中。在其它组织中，谷胱甘肽过氧化酶清除H2O2的能力主要取决于过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶和戊糖磷酸的酶活性。
5 抗氧化剂对水产动物的作用
任何物质当以低于氧化底物浓度存在时，可以明显推迟或抑制底物的氧化，该物质就成为抗氧化剂。抗氧化剂的抗氧化作用可以通过抑制自由基的产生，或直接清除自由基，甚至可以通过提高内源性抗氧化物质的水平来实现。
水产饲料在氧化、酸败过程中都有可能产生自由基，不仅影响了饲料的适口性，还产生了一些有毒有害物质，对水产动物直接构成了危害。鲤鱼瘦背病就是吃了酸败饲料所致。因此，在水产饲料中添加适当的抗氧化剂具有十分重要的意义。抗氧化剂的种类有很多，常用的水产饲料抗氧化剂主要有以下几种。
5.1 维生素E
VE 又叫生育酚，能保护细胞膜和亚细胞膜，如红血球膜、线粒体膜免受过氧化损害，防止活性细胞膜磷脂过氧化物的生成。VE 还可防止肠道内VA、胡萝卜素以及B 族维生素的氧化，避免出现白肌病或肌肉萎缩、脂肪炎及脂肪肝等，故VE 被称为生物体内最重要的脂溶性抗氧化剂。蔡中华等（2001）用VE 饲喂鲤鱼，结果表明VE 不仅本身具有抗氧化能力，还可显著提高机体SOD的产生能力，显著降低氧化代谢产物MDA 的量。
5.2 维生素C
VC 又叫抗坏血酸，是血浆中最有效的水溶性抗氧化剂。VC 极易解离出氢离子，是强还原剂。抗坏血酸能与脂自由基发生作用，生成抗坏血酸自由基，再与另一脂自由基作用形成脱氢抗坏血酸，后者在酶催化下与GSH 发生还原反应，部分生成草酸和苏阿糖酸。大量的研究证明，在动物体内 L -古洛糖酸内酯氧化酶是机体能否合成VC 的决定性酶。除鲤鱼、金鱼、湖鲟等少数鱼类可以自身合成少量VC 外，其它水产动物都没有自身合成VC 的能力，原因可能是 L-古洛糖酸内酯氧化酶基因缺损所致。因此，在水产饲料中添加VC 是十分必要的。范丽君等（2007）用VC 处理被氯化镉损伤的河蟹精子DNA 发现，VC 浓度为3 mmol/L时，对受损DNA 保护效果最佳。唐学玺等（2000）在扁藻培养基中添加15 mg/L 的VC，介质中MDA 的含量明显降低，有效抑制了自由基对扁藻和水产动物的毒害。
5.3 还原型谷胱甘肽（GSH）
还原型谷胱甘肽（GSH）由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成，含有疏基（-SH）的天然三肽。作为真核细胞内普遍存在的小分子抗氧化剂，在机体内的氧自由基消除上起关键作用。张国良等（2007）在罗非鱼日粮中添加GSH，能改善鱼体肌肉组织的抗氧化能力。刘晓华等（2007）在凡纳滨对虾饵料中添加不同水平的GSH，结果表明GSH 能提高凡纳滨对虾生长性能和肝胰腺抗氧化能力，并降低脂质过氧化物含量。
5.4 类胡萝卜素
虾青素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、红木素等都属于类胡萝卜素。类胡萝卜素分子结构中含有多个共轭双键，具有捕获动物体内过量的活性氧和自由基的能力，可减少自由基对细胞遗传物质和细胞膜的损伤，阻止光氧化和脂质的氧化，是一种有效的抗氧化剂。虾青素的活性是β-胡萝卜素的1.7~3.8 倍。Jensen等（1998）认为，饲喂低浓度虾青素的虹鳟鱼脂类氧化严重，而饲喂高浓度虾青素则可在生肉冷藏中起到显著的保鲜作用。
5.5 牛磺酸
牛磺酸是一种含硫的β-氨基酸，俗称牛胆碱、牛胆素，主要以游离状态存在于动物体内各组织器官的组织间液和细胞内液中，是一种条件必需氨基酸。牛磺酸能够清除体内过多的自由基，增强SOD、GPx 等抗氧化酶的活性，减少MDA 等脂质过氧化物的生成，维护生物膜的完整性，具有明显的抗氧化作用。此外，牛磺酸在增强水产动物缺氧耐受力方面也有很大作用。因此，牛磺酸逐渐成为一种重要的水产动物抗氧化剂。
5.6 微量元素
近年来研究表明，微量元素锌、硒和铜在动物机体内以不同方式发挥着重要的抗氧化作用。方展强等（2004）研究表明，硒对汞致剑尾鱼肝氧化性损伤有明显的保护作用。铜、锌是CuZnSOD 的重要组成部分，许多研究结果表明，当动物日粮缺铜时，可降低其许多组织中CuZnSOD 的活性，诱发类似于局部缺血、心血管异常。但是，由于铜、锌又是重金属，如果过量也会对水产动物产生毒害作用。
5.7 中草药
近年来，中草药作为一种纯天然的、健康的、生态的环保型饲料添加剂在水产养殖中的应用越来越普遍。由于中草药成分复杂，其抗氧化机理研究还不甚清楚，但其表现出的抗氧化效果已很明显。王宜艳等（2002）将中国对虾口服由草本植物和中草药提取的复合免疫药物，对虾机体的SOD 和CAT 活力明显升高。大蒜素、杜仲、五味子、茶多酚等作为抗氧化剂的应用也相当广泛。
5.8 其它
随着海洋科学的发展，一些海洋生物抗氧化剂逐渐被开发出来。海洋生物抗氧化剂可通过各种途径清除内源性和外源性自由基，具有抗氧化作用强、种类多、结构复杂、副作用低等特点。刘恒等（1998）用海藻多糖作为饵料饲喂南美白对虾，结果表明试验组对虾的SOD 活力是对照组的4.49 倍。
6 结语
近年来，关于自由基以及抗氧化剂的研究已相当广泛，但大多是针对人和畜禽的。氧化应激所造成的危害在水产养殖中已有发生，需要引起广大水产工作者足够的重视。目前，人们对水产动物自由基的研究还十分肤浅，大多只停留在自由基的体外清除上。各种抗氧化剂的最适添加量和抗氧化机理还不甚清楚，要从遗传角度解释其抗氧化作用还需要做进一步研究。于此同时，还需要开发更多的抗氧化剂，尤其是复方抗氧化剂，利用它们之间的协同增效作用，以期获得更好的效果。