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动物饲料常常受到由多种霉菌污染物的次级代谢产生的多个霉菌毒素污染。霉菌毒素可以在作物还在田地里生长时侵入到籽粒中。此外,霉菌的生长还可发生在谷物储存于饲料加工厂或者农场时。霉菌可感染各种饲料原料,如玉米、小麦、大麦和油料饲料。据世界粮农组织(Food and Agriculture Organization,FAO)估计,全世界有20 %的农产品有不同程度的霉菌毒素污染。霉菌毒素的产生会因多种因素的影响而增多,包括基质的含水量(10 %~20 %)、相对湿度(≥70 %)、温度(0 ℃~50 ℃,取决于霉菌种类)以及含氧量等。除了在加拿大存在较少的黄曲霉毒素外,养猪业面临的霉菌毒素主要有4种:玉米赤霉烯酮(Zearalenone)、赭曲霉毒素A(Ochratoxin A)、烟曲霉毒素B1(Fumonisin B1)以及单端孢霉烯族毒素类[Trichothecenes,如T-2/HT-2毒素和脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol)]。
玉米赤霉烯醇是一种由多种镰刀菌属的霉菌产生的非甾类雌激素类霉菌毒素。许多镰刀菌属产毒性霉菌是谷类作物的主要病原菌,可造成小麦和大麦的枯白穗以及玉米的棒腐病。仅含低到1.0 mg/kg玉米赤霉烯醇的日粮就可能会造成母猪雌激素过高症状。这类雌激素样作用包括:不发情、流产、胚胎和胎儿死亡增高、PGF2α诱情方案失败以及产死胎和八字腿仔猪比例升高。后备母猪比成年母猪更敏感。由加拿大食品检验局(Canadian Food Inspection Agency,CFIA)制定的猪饲料中玉米赤霉烯醇推荐容忍水平低于1 mg/kg饲料。然而,欧洲食品科学委员会(European Union Scientific Committee on Food)制定的短期耐受摄入量为每日0.2 μg/kg。
赭曲霉毒素A由曲霉属(A. ochraceus)和青霉菌属(P. verrucosum和P. carbonarius)的细菌产生。如果被猪长期摄入,这种毒素将污染大部分食用部位。赭曲霉毒素A中毒的主要症状包括:生长速度和饲料转化率降低。肝功能受损,但是主要影响肾脏,造成间质纤维化。饮水量和排尿量增多(烦渴和尿频)是该病症的特征。对于幼龄猪来说,可能会出现肾水肿和全身僵直。猪日粮中赭曲霉毒素A的推荐容忍水平为:低于0.2 mg/kg以防肾损伤,2 mg/kg以防生长速度减慢。
作物中含量最高的烟曲霉毒素是B1(Fumonisin B1,FB1),它是由串珠镰孢菌产生的。肺水肿、肺积液已在猪烟曲霉毒素中毒病案中发现,伴随着肝损伤和免疫机能减弱。美国推荐的猪烟曲霉毒素容忍水平为10 mg/kg。
T-2毒素和HT-2毒素是由多种镰孢菌属真菌产生的霉菌毒素。猪摄入的量达一定水平后,会出现拒食、体重减轻、免疫抑制进而对疾病的易感性增加、繁殖机能紊乱以及仔猪出生后死亡率升高。对于这些霉菌毒素,CFIA制定的推荐容受浓度为1.0 mg/kg。
在上述霉菌毒素中,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)亦被称作呕吐毒素(Vomitoxin),是加拿大生产的谷物中最常见的霉菌毒素。存在于大多数谷物中的霉菌毒素都不均匀,因此从许多谷物中采取的样本中含量差异巨大,影响大多数谷物中霉菌毒素含量结果的可靠性。正因如此,在大多数情况下要100 %精确测定霉菌毒素浓度实际上是不可能的。
1 DON对猪生长和繁殖性能的影响
霉菌毒素中毒通常很难发现,因为霉菌毒素对动物的影响千差万别,典型和非典型症状有所不同,非典型症状例如免疫抑制、腹泻、出血或者生长减慢和繁殖性能下降。猪对DON毒素非常敏感,由于谷物在猪日粮中的比例较高,因此猪会频繁接触这种霉菌毒素。
就猪而言,饲料转化率降低和增重减慢是摄入自然污染饲料中的镰刀菌属毒素如DON后的主要临床表现。这些影响最近被我们的研究结果所证实:断奶仔猪逐渐饲喂含有镰刀菌属毒素的日粮,采食量和体增重呈线性降低;当日粮中DON含量高于2.0 mg/kg时,增重减少和采食量下降表现极为显著。该值与美国食品与药品管理局兽医中心和加拿大食品监督局发布的建议水平一致,它们建议猪日粮中DON含量不应超过1.0 mg/kg。
Etienne(2007)发表的综述显示,当日粮中DON浓度达到1.0 mg/kg时,含量每增加1 mg/kg,猪饲料转化率将下降4 %~5 %,增重减少7 %。这种增重的减慢对于25 kg~125 kg的猪来说,意味着每头猪要多饲养9 d才能够达到屠宰体重,或者对于一个1 000头母猪规模的猪场来说,每年要少出栏190头猪(在全价料中DON在1.0 mg/kg基础上每增加1 mg/kg)。
母猪摄入DON后,繁殖性能会发生改变。多项研究报道,由于日粮污染了低水平的DON,母猪的繁殖能力受到了不良影响。近期的研究表明,母猪在35 d中经日粮摄入4.4 mg~9.6 mg DON/kg,其自身及其子代临床表现无显著影响,但是发现毒素通过胎盘转入胎儿组织。
2 DON和免疫反应
猪摄入DON后可能会造成免疫损伤,降低对传染病的抵抗力;然而,这些作用因摄入的剂量和摄入的频率不同而有所差别。众多研究表明,单端孢霉烯,如DON,既可以成为免疫刺激剂也可以是免疫抑制剂,这取决于摄入的剂量。体外试验表明,在猪巨噬细胞中,低浓度的DON能够上调TNFα、IL-6、IL-1α和COX-2的表达,从而起到免疫刺激作用。与此相反,高浓度的DON可以诱导巨噬细胞、T细胞和B细胞的凋亡,表明其具有免疫抑制作用。由DON造成的免疫抑制有降低动物抵抗传染性疾病能力的趋势。
养猪业面临许多会对经济有很大影响以及对全球养猪生产利润构成显著危害的疾病。在这些疾病中,猪繁殖与呼吸综合征(Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome,PRRS)、猪圆环病毒相关疾病(Porcine Circovirus-associated Disease,PCVAD)是困扰北美养猪业最重要的两种病毒性疾病。PRRS病毒(PRRSV)能够造成猪食欲减退、发烧以及嗜睡。对母猪来说,繁殖障碍的主要特征为怀孕后期流产、死胎和/或早产数增多、弱仔。此外,由PRRSV造成的呼吸问题(咳嗽和呼吸困难,由于继发性细菌感染而加重)往往在幼龄仔猪身上表现更为严重,但是可以影响所有年龄段的猪。我们早先的研究表明,摄入含有高浓度DON的日粮,可大大加重PRRSV感染的反应,表现为体重减轻、肺部损伤和死亡率升高,对病毒的增殖无显著提高,反而有降低的趋势(图1)。这些结果表明,猪饲喂含高浓度霉菌毒素的日粮后,更易受到PRRSV的侵袭,同时DON造成的食欲减退可能和PRRSV造成的食欲减退作用有叠加效应。另一方面,猪圆环病毒2型(Porcine Circovirus 2,PCV 2)参与PCVAD的发病机理,造成呼吸困难、增重变差以及衰竭综合征。早先的研究表明,通过实验性单一感染PCV2很难复制PCV相关疾病严重的临床症状。我们的研究结果表明,DON并不是PCV2相关疾病的强增效剂,尽管它能加快病毒在肺部的增殖。 免疫接种是控制PRRSV和PCV 2感染的主要手段。迄今为止,围绕此二种疾病已开发出了许多疫苗,包括由强野毒株经细胞培养减毒后制成的活疫苗、PRRSV弱毒株的灭活苗以及可以表达特定蛋白的亚单位疫苗。基于PCV2a基因型的灭活苗和亚单位疫苗已经供应市场,且研究表明可有效降低商业化猪场的猪死亡率,并提高其生长参数。
已有实验证明DON能够改变猪对于卵清蛋白(一种实验性抗原)的免疫应答反应。此外,我们的试验表明,1.5 mg/kg和3.5 mg/kg的DON能够降低猪实验性感染PRRSV(图2)和PCV2(图3)后的抗体应答水平。因此,这些疫苗的免疫效果也许会相应地受到日粮中DON水平的影响(高浓度的DON对免疫接种反应影响更大)。这为开发能够消除或减轻DON危害并能维护对PRRSV和PCV2的免疫应答反应及保护力的抗霉菌毒素添加剂打来了一扇门。
3 DON、饲料添加剂和抗氧化剂
当饲料受到DON污染后,养猪生产者在减轻其对动物造成的不利影响方面能采取的措施非常有限。使用饲料添加剂、将污染饲料与未污染饲料混合或者将污染饲料用于敏感性低的动物(如反刍动物)是仅有的选择,但这些方法均需要投入。然而,这一投入是由生产者独立承担的。同时摄入多种霉菌毒素,可能会引发交互影响的毒性作用。对于猪来说,同时摄入DON和烟曲霉毒素B1或者DON和镰刀菌酸,会产生协同或叠加的相互影响效应,并会对动物生产性能产生不利影响。
本研究试图用多种手段来解毒或净化饲料中的霉菌毒素,初见成效。其中一种清除饲料中霉菌毒素的方案是在日粮中添加非营养性吸附剂,如可牢牢吸附霉菌毒素的铝硅酸盐或活性炭,或者被认为能够在动物胃肠道中吸附或降解霉菌毒素的酵母细胞壁产物或酶类物质和细菌。
加拿大尚无经联邦批准的霉菌毒素吸附剂或解毒剂类饲料添加剂;在投放市场前,其功效仍需证实。然而,一些饲料公司和生产者正利用这些产品作为霉菌毒素拮抗剂。因此,有必要为供应商、饲料营养师和兽医制定标准化协议,以便充分评估不同饲料添加剂对动物健康和生长性能的影响。拉瓦尔大学Guay等未发表的数据表明,加拿大大多数获批的饲料添加剂不能恢复动物的增重、采食量、肠绒毛长度,或者降低猪血清中的DON浓度。最近,有研究表明,一种商业上纯化和活化的硅酸盐类物质能减轻天然污染DON和ZEA对初情期前后备母猪的毒害作用。这些令人振奋的结果应该在DON污染和病毒感染(如:PRRS和PCV)共存的情况下进行验证。
在DON的许多毒害作用中,氧化应激已经通过许多动物细胞进行了研究,包括肝细胞和肠道细胞。这种氧化应激表明产生了大量活性氧簇,并需要使用抗氧化剂。另一方面,经抗氧化剂(如黄酮类或叶黄素)处理的细胞可以防止它们的死亡。所以,通过添加抗氧化物质来控制由DON引起的猪氧化应激反应是可行的。
原题名:DON:Canadian Risks and Solutions for Pigs (英文)
原作者:Christian Savard和Younes Chorfi(魁北克蒙特利尔大学兽医学院)
玉米赤霉烯醇是一种由多种镰刀菌属的霉菌产生的非甾类雌激素类霉菌毒素。许多镰刀菌属产毒性霉菌是谷类作物的主要病原菌,可造成小麦和大麦的枯白穗以及玉米的棒腐病。仅含低到1.0 mg/kg玉米赤霉烯醇的日粮就可能会造成母猪雌激素过高症状。这类雌激素样作用包括:不发情、流产、胚胎和胎儿死亡增高、PGF2α诱情方案失败以及产死胎和八字腿仔猪比例升高。后备母猪比成年母猪更敏感。由加拿大食品检验局(Canadian Food Inspection Agency,CFIA)制定的猪饲料中玉米赤霉烯醇推荐容忍水平低于1 mg/kg饲料。然而,欧洲食品科学委员会(European Union Scientific Committee on Food)制定的短期耐受摄入量为每日0.2 μg/kg。
赭曲霉毒素A由曲霉属(A. ochraceus)和青霉菌属(P. verrucosum和P. carbonarius)的细菌产生。如果被猪长期摄入,这种毒素将污染大部分食用部位。赭曲霉毒素A中毒的主要症状包括:生长速度和饲料转化率降低。肝功能受损,但是主要影响肾脏,造成间质纤维化。饮水量和排尿量增多(烦渴和尿频)是该病症的特征。对于幼龄猪来说,可能会出现肾水肿和全身僵直。猪日粮中赭曲霉毒素A的推荐容忍水平为:低于0.2 mg/kg以防肾损伤,2 mg/kg以防生长速度减慢。
作物中含量最高的烟曲霉毒素是B1(Fumonisin B1,FB1),它是由串珠镰孢菌产生的。肺水肿、肺积液已在猪烟曲霉毒素中毒病案中发现,伴随着肝损伤和免疫机能减弱。美国推荐的猪烟曲霉毒素容忍水平为10 mg/kg。
T-2毒素和HT-2毒素是由多种镰孢菌属真菌产生的霉菌毒素。猪摄入的量达一定水平后,会出现拒食、体重减轻、免疫抑制进而对疾病的易感性增加、繁殖机能紊乱以及仔猪出生后死亡率升高。对于这些霉菌毒素,CFIA制定的推荐容受浓度为1.0 mg/kg。
在上述霉菌毒素中,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)亦被称作呕吐毒素(Vomitoxin),是加拿大生产的谷物中最常见的霉菌毒素。存在于大多数谷物中的霉菌毒素都不均匀,因此从许多谷物中采取的样本中含量差异巨大,影响大多数谷物中霉菌毒素含量结果的可靠性。正因如此,在大多数情况下要100 %精确测定霉菌毒素浓度实际上是不可能的。
1 DON对猪生长和繁殖性能的影响
霉菌毒素中毒通常很难发现,因为霉菌毒素对动物的影响千差万别,典型和非典型症状有所不同,非典型症状例如免疫抑制、腹泻、出血或者生长减慢和繁殖性能下降。猪对DON毒素非常敏感,由于谷物在猪日粮中的比例较高,因此猪会频繁接触这种霉菌毒素。
就猪而言,饲料转化率降低和增重减慢是摄入自然污染饲料中的镰刀菌属毒素如DON后的主要临床表现。这些影响最近被我们的研究结果所证实:断奶仔猪逐渐饲喂含有镰刀菌属毒素的日粮,采食量和体增重呈线性降低;当日粮中DON含量高于2.0 mg/kg时,增重减少和采食量下降表现极为显著。该值与美国食品与药品管理局兽医中心和加拿大食品监督局发布的建议水平一致,它们建议猪日粮中DON含量不应超过1.0 mg/kg。
Etienne(2007)发表的综述显示,当日粮中DON浓度达到1.0 mg/kg时,含量每增加1 mg/kg,猪饲料转化率将下降4 %~5 %,增重减少7 %。这种增重的减慢对于25 kg~125 kg的猪来说,意味着每头猪要多饲养9 d才能够达到屠宰体重,或者对于一个1 000头母猪规模的猪场来说,每年要少出栏190头猪(在全价料中DON在1.0 mg/kg基础上每增加1 mg/kg)。
母猪摄入DON后,繁殖性能会发生改变。多项研究报道,由于日粮污染了低水平的DON,母猪的繁殖能力受到了不良影响。近期的研究表明,母猪在35 d中经日粮摄入4.4 mg~9.6 mg DON/kg,其自身及其子代临床表现无显著影响,但是发现毒素通过胎盘转入胎儿组织。
2 DON和免疫反应
猪摄入DON后可能会造成免疫损伤,降低对传染病的抵抗力;然而,这些作用因摄入的剂量和摄入的频率不同而有所差别。众多研究表明,单端孢霉烯,如DON,既可以成为免疫刺激剂也可以是免疫抑制剂,这取决于摄入的剂量。体外试验表明,在猪巨噬细胞中,低浓度的DON能够上调TNFα、IL-6、IL-1α和COX-2的表达,从而起到免疫刺激作用。与此相反,高浓度的DON可以诱导巨噬细胞、T细胞和B细胞的凋亡,表明其具有免疫抑制作用。由DON造成的免疫抑制有降低动物抵抗传染性疾病能力的趋势。
养猪业面临许多会对经济有很大影响以及对全球养猪生产利润构成显著危害的疾病。在这些疾病中,猪繁殖与呼吸综合征(Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome,PRRS)、猪圆环病毒相关疾病(Porcine Circovirus-associated Disease,PCVAD)是困扰北美养猪业最重要的两种病毒性疾病。PRRS病毒(PRRSV)能够造成猪食欲减退、发烧以及嗜睡。对母猪来说,繁殖障碍的主要特征为怀孕后期流产、死胎和/或早产数增多、弱仔。此外,由PRRSV造成的呼吸问题(咳嗽和呼吸困难,由于继发性细菌感染而加重)往往在幼龄仔猪身上表现更为严重,但是可以影响所有年龄段的猪。我们早先的研究表明,摄入含有高浓度DON的日粮,可大大加重PRRSV感染的反应,表现为体重减轻、肺部损伤和死亡率升高,对病毒的增殖无显著提高,反而有降低的趋势(图1)。这些结果表明,猪饲喂含高浓度霉菌毒素的日粮后,更易受到PRRSV的侵袭,同时DON造成的食欲减退可能和PRRSV造成的食欲减退作用有叠加效应。另一方面,猪圆环病毒2型(Porcine Circovirus 2,PCV 2)参与PCVAD的发病机理,造成呼吸困难、增重变差以及衰竭综合征。早先的研究表明,通过实验性单一感染PCV2很难复制PCV相关疾病严重的临床症状。我们的研究结果表明,DON并不是PCV2相关疾病的强增效剂,尽管它能加快病毒在肺部的增殖。 免疫接种是控制PRRSV和PCV 2感染的主要手段。迄今为止,围绕此二种疾病已开发出了许多疫苗,包括由强野毒株经细胞培养减毒后制成的活疫苗、PRRSV弱毒株的灭活苗以及可以表达特定蛋白的亚单位疫苗。基于PCV2a基因型的灭活苗和亚单位疫苗已经供应市场,且研究表明可有效降低商业化猪场的猪死亡率,并提高其生长参数。
已有实验证明DON能够改变猪对于卵清蛋白(一种实验性抗原)的免疫应答反应。此外,我们的试验表明,1.5 mg/kg和3.5 mg/kg的DON能够降低猪实验性感染PRRSV(图2)和PCV2(图3)后的抗体应答水平。因此,这些疫苗的免疫效果也许会相应地受到日粮中DON水平的影响(高浓度的DON对免疫接种反应影响更大)。这为开发能够消除或减轻DON危害并能维护对PRRSV和PCV2的免疫应答反应及保护力的抗霉菌毒素添加剂打来了一扇门。
3 DON、饲料添加剂和抗氧化剂
当饲料受到DON污染后,养猪生产者在减轻其对动物造成的不利影响方面能采取的措施非常有限。使用饲料添加剂、将污染饲料与未污染饲料混合或者将污染饲料用于敏感性低的动物(如反刍动物)是仅有的选择,但这些方法均需要投入。然而,这一投入是由生产者独立承担的。同时摄入多种霉菌毒素,可能会引发交互影响的毒性作用。对于猪来说,同时摄入DON和烟曲霉毒素B1或者DON和镰刀菌酸,会产生协同或叠加的相互影响效应,并会对动物生产性能产生不利影响。
本研究试图用多种手段来解毒或净化饲料中的霉菌毒素,初见成效。其中一种清除饲料中霉菌毒素的方案是在日粮中添加非营养性吸附剂,如可牢牢吸附霉菌毒素的铝硅酸盐或活性炭,或者被认为能够在动物胃肠道中吸附或降解霉菌毒素的酵母细胞壁产物或酶类物质和细菌。
加拿大尚无经联邦批准的霉菌毒素吸附剂或解毒剂类饲料添加剂;在投放市场前,其功效仍需证实。然而,一些饲料公司和生产者正利用这些产品作为霉菌毒素拮抗剂。因此,有必要为供应商、饲料营养师和兽医制定标准化协议,以便充分评估不同饲料添加剂对动物健康和生长性能的影响。拉瓦尔大学Guay等未发表的数据表明,加拿大大多数获批的饲料添加剂不能恢复动物的增重、采食量、肠绒毛长度,或者降低猪血清中的DON浓度。最近,有研究表明,一种商业上纯化和活化的硅酸盐类物质能减轻天然污染DON和ZEA对初情期前后备母猪的毒害作用。这些令人振奋的结果应该在DON污染和病毒感染(如:PRRS和PCV)共存的情况下进行验证。
在DON的许多毒害作用中,氧化应激已经通过许多动物细胞进行了研究,包括肝细胞和肠道细胞。这种氧化应激表明产生了大量活性氧簇,并需要使用抗氧化剂。另一方面,经抗氧化剂(如黄酮类或叶黄素)处理的细胞可以防止它们的死亡。所以,通过添加抗氧化物质来控制由DON引起的猪氧化应激反应是可行的。
原题名:DON:Canadian Risks and Solutions for Pigs (英文)
原作者:Christian Savard和Younes Chorfi(魁北克蒙特利尔大学兽医学院)