时间:2016-05-21来源:飞测生物点击量:
作者:John A. Doerr
摘要
酪农业者常常面临一个难题,那就是不知如何评估霉菌毒素对动物影响的程度?这篇报告文献提供了牛群在存在着各种霉菌毒素情况下之临床病征和症状,同时在此篇文章还提到了在牛场中霉菌毒素可能存在的程度及其影响之深远。在一个发生多种霉菌毒素交叉感染,同时存在着多种饲养紧迫的乳牛场也许是没有意义的,去思考霉菌毒素的种类及含量此些问题,但对一个精益求精之酪农业者而言,这却是许多莫名怪症之疾病唯一答案。然而在一些试验及研究中发现,瘤胃部分的微生物虽然可以与某些特定的霉菌毒素发生代谢作用,但往往可见霉菌毒素几乎可以完好无损地通过乳牛的瘤胃,同时不可避免的,霉菌毒素也往往会对瘤胃某些重要的纤维分解菌产生某些有害的物质。所以,我们就很难期望藉由瘤胃里的微生物来保护动物不受霉菌毒素的影响。试着去观察某一霉菌毒素对牛群可能造成的负面症状亦是徒劳无功,因为霉菌毒素的中毒现象通常都不是某种霉菌毒素所特有的,一般在牛场常见到的乳牛生产性能、繁殖性能、牛群健康、行为等各方面的改变,都有可能反映出该牛场可能有霉菌毒素的问题存在,但同样也可能是营养代谢或疾病等其他的因素所造成的。因此本文讨论了上述这些与霉菌毒素有关之问题,并提供了酪农业者处理牛场上的霉菌毒素时可能会认为最有效且最经济的方法。
前言
关于霉菌毒素对反刍动物的影响所提出之研究试验或报告,其提供的数据信息可能是对的,但也可能是错误的。在一个长约5个月的研究时间内发现,当日粮中含有120 ppb的黄曲毒素污染的玉米时,此一牛群出现了繁殖性能莫名下降的问题,其中包括仔牛出生重量的下降、产下不健康的仔牛、乳腺炎发生的增加、直肠脱出、采食量降低等问题,然发现,一旦我们除去霉菌毒素污染的问题后,产乳量马上提高了28%(Guthrie, 1979)。Choudary等(1998)的研究认为,饲粮中只要有10ppb的黄曲毒素 B1(AFB)就能导致乳牛采食量的显著下降,而在200-800ppb的黄曲毒素(Cook 等,1986)更会进一步造成乳牛瘤胃微生物活力降低,且此些问题都与饲粮中霉菌毒素的含量呈显著之正相关。当然在黄曲毒素的残留问题方面,美国和其他国家的酪农业者,必然都相当了解当牛奶中一旦残留超过规定量的黄曲毒素M1时,对经济所带来的重大损失。
研究结果指出,霉菌毒素对反刍动物最直接的影响不外乎是消化道的损伤,Cheek(1998)等人当仔牛食用了含T-2毒素(10ppb或以上)的食物后,会引起皱胃的溃疡和瘤胃乳头状上皮细胞的坏死;而在山羊中喂饲含95ppm的串珠镰孢菌毒素之饲粮后,则并未发现明显的中毒现象,尽管鞘脂炎测试中显示了,羊只出现了与中毒有关的病理(Cheeke, 1998),但是给成年乳牛喂饲相同之镰孢菌毒素时,牛只却未发现串珠镰孢菌毒素中毒及二氢鞘氨醇/鞘氨醇比的血液生化改变(Gurung等, 1998)。当给荷兰牛仔牛喂食串珠镰孢菌毒素污染的饲粮后,却明显造成了仔牛的肝肾发生中毒和其他多种临床病征,但此些问题似乎仅发生在瘤胃功能未建全之仔牛上,那么霉菌毒素到底会不会威胁到成牛、甚至是整个酪农业呢?
种种迹象显示,牛的瘤胃微生物能降解日粮中部分的霉菌毒素,当霉菌毒素一旦被降解后,理论上这些霉菌毒素也就无法被乳牛消化道吸收,进而对乳牛产生负面影响。然而真的是如此吗?Swanson等(1987)之研究显示,把DAS(草镰孢烯醇)、DON(呕吐毒素或脱氧雪腐镰刀菌烯醇)和T-2毒素在瘤胃液中培养,三者全都被微生物群迅速地降解掉了,然而真的就此没有霉菌毒素问题了吗,其结果显示降解过程的终产物仍然是有毒、甚至更毒之霉菌毒素复合物,例如甲基丙烯磺酸盐(MAS)等。在更早之前,Kiessling等(1984)就声称瘤胃内容物(包括液体和菌群)能降解赭曲毒素、玉米赤霉烯酮、DAS和T-2毒素,但无法降解呕吐毒素和黄曲毒素。
因此,酪农业者面临着一个重要且困难的抉择,到底该不该重视饲粮中霉菌毒素之问题呢?首先,部分的研究中所指出之瘤胃微生物可以降解所有霉菌毒素之论述是不明确的,因为霉菌毒素并不只是单独存在,其往往一种菌属就会分泌出多种微菌毒素,因此在乳牛所发生之腹泻、采食量降低、乳腺炎、发情不正常等问题,其可能是由一种或几种霉菌毒素所共同引起的,但是没有一种病征是霉菌毒素作用所造成之特定毒素中毒反应,而更多时候我们往往在认知上,是以为由其它因素(气温、疾病)所造成的。乍看之下,反刍动物似乎对霉菌毒素有特殊的抵抗能力,但若真的瘤胃微生物可以降解霉菌毒素,那么在研究霉菌毒素对乳牛之影响的试验中,于日粮中添加与乳牛场自然条件下相一致量的特定霉菌毒素时,为什么又会引起牛只蹒跚、流涎、流产、生产力损失、体温下降等中毒现象呢?
与瘤胃功能有关的因素
瘤胃细菌对霉菌毒素的代谢作用
关于霉菌毒素能被微生物降解的文献看似很多,这些文献通常都以常见的土壤微生物做为研究主题。然而,那些关于从自然界中萃取的混合或分离出的微生物研究是非常有趣的。Galtier和Alvinerie(1976)从家鼠体内盲肠内容物中分离出下层液声称可以降解赭曲毒素A成不具毒性之α型赭曲毒素,然而在离心分离后的上层盲肠上清液则不能降解赭曲毒素,于是此一研究就认定是活菌引起了这一反应。他们还表示牛或绵羊的瘤胃液体同样可以降解赭曲毒素A,但也常常将赭曲毒素A酯化成更具毒性之赭曲毒素C。而这些研究中所取得之瘤胃液体是在一个屠宰厂所收集到的,从食道收集的瘤胃液不会将赭曲毒素A转变为赭曲毒素C,而是将其水解为α型。他们暗示这种效果是由原虫作用的结果,而非细菌。那么,这也同样暗示了体外研究可能在很大程度上,被瘤胃液体收集的方法所影响。死后采集食道瘤胃液或瘤管样品,必需被考虑成与现实状态的研究试验样品。He等(1992)关于土壤、鸡肉和猪肠、牛胃液体细菌的研究认为,呕吐毒素的化学结构的降解或改变受到微生物某些条件的影响,虽然35%的呕吐毒素可被瘤胃液给降解,然若降低了试验中瘤胃液的pH值后,则却可完全抑制微生物对呕吐毒素的这种降解能。不仅如此,他们虽然确定去环氧基呕吐毒素(去环氧代谢后产物)是主要的微生物降解霉菌毒素的代谢产物,但有无在培养基中供给可被微生物利用的能量仍然起了决定性作用,故对于那些霉菌毒素代谢的体外试验中,试验前已经将瘤胃液体和菌群从食物中分离出来的研究,这个结论是否还具任何意义?如此真实的自然界微生物是否可以在消化道中分解霉菌毒素呢?
Xiao等(1991)测定了绵羊瘤胃对赭曲毒素A的水解。体外(水解产物)和体内(消失半衰期)对赭曲毒素A的降解都受绵羊日粮的影响。喂饲谷类的绵羊对赭曲毒素A的降解不如喂饲干草的绵羊那么好。他们的解释简单而有逻辑:日粮的差异导致了瘤胃中微生物的差异。于是,毒素是否真能被降解的问题,决定在于瘤胃物质被收集时的原生菌群具体情况,而这又取决于动物在采样前所食用的物质决定的。Muller等(2001)最近透过分别喂饲草、青贮草、干草以及不同比例的大麦/豆粮的乳牛证实了这种效应。除了这种日粮的效应外,他们还发现动物本身的差异也影响结果。
在此可以引用很多文献。然而,基本的观点是:
1)很多细菌和其他的微生物都能吸收和降解霉菌毒素(或其他共栖生物)。包括在牛的瘤胃的正常或功能型的菌群中发现的微生物。同时,在许多不同环境条件下,这些微生物作用的相对效率却还不清楚。但重要的是,不要认为一个霉菌毒素复合物的降解意味着此一毒素复合物的所有部分都可以被降解。很多研究显示只有被测复合物的一部分发生了改变。
2)细菌在某特定试验条件下能降解外来霉菌毒素复合物,在另外一试验条件下则不一定具同样效力。
3)体外试验仅仅是体外试验!从最本质上来讲,体外试验是人为的,它的影响因素过分单纯,不一定适用于所有的研究。这不是说体外的研究不好,它也提供了很多有用的信息,但是,直接就推断可能发生在一个作为生产动物正常瘤胃里可能发生的反应,至少也是有潜在错误的,最坏的情况则是,使其他人误认为这个结果是真实的。
霉菌毒素对牛胃细菌的影响
霉菌毒素也可能会对瘤胃微生物产生不利的影响,在相关的研究中指出,受污染的苜蓿其大豆黑痣病菌及其毒素产物(Slaframine),会引起牛只的唾液综合症(或流涎综合症)。Froetschel等人(1986)同样研究指出,当Slaframine进入羊和牛的瘤胃时,瘤胃的收缩活动显著被降低(从78%减少到20%)。后来,同一组研究人员指出,为了适应Slafrmine,总瘤胃液体体积和流出物增加了25%,但牛瘤胃对DM、ADF和淀粉的消化却显著被降低。Bird等(1993)透过对绵羊的研究,得到了关于Slaframine引起液体体积改变的同样的结论,并认为此为纤维分解菌增多所致。然而,他们的研究对日粮则有附加的要求(低或高质量的干草,有或没有棉籽粒),并且发现蛋白质饲粮的补充对抵消由于毒素引起体重的减少有重要的作用。
Escoula(1992)发现将实验室培养的棒曲毒素加入体外瘤胃液体中能减少醋酸盐产物的产生。而且在同一系统下,蛋白质的合成被毒素抑制了,且这种抑制与剂量呈数学回归关系。棒曲毒素最常存在于有伤痕的水果,特别是苹果,所以它对大多数乳牛场牛群不可能有很大的重要性,除了那些要将苹果压成的残渣(例如为了制造水果酒或苹果酒)用于动物日粮的地区。早些时候,曾经提到了(Cook,1986)的研究发现,逐渐增加黄曲毒素的量,瘤胃活力降低了。然而,他们也注意到了因为活力的改变,从瘤胃内容物中去除黄曲毒素所用的时间增加了,他们认为这对于诊断很有帮助。尽管如此,也必须考虑到由于外来活性物质在瘤胃中滞留时间的延长,引发的两个额外的情况,一方面,这使得有活性的细菌能降解更多的毒素。然而,另一方面,这段时间也能是黄曲毒素或其他毒素,对瘤胃菌群的特定成员产生更大的负面影响。
最近,May等(2000)发表的数据显示,镰刀菌毒素可抑制瘤胃内两种不同的微生物的生长,瘤胃甲烷短杆菌(一种发酵末期的甲烷制造菌)和白色瘤胃球菌(一种发酵初期的纤维素分解菌)。低浓度的镰刀菌酸(约7ppm)就足以影响其它微生物的生长;在更高的浓度(约60ppm),则瘤胃正部分微生物的生长将完全停止了,去除毒素后,两种微生物的活性都没有得到恢复。这两种细菌代表了两种截然不同的进化地位,白色瘤胃球菌是一种真正的原核生物,而瘤胃甲烷短杆菌同时拥有前真核和真核的菌种。镰刀菌毒素能将两者都抑制,就说明它可能透过不止一种机制来作用;也就是说,它以两种不同的途径来表达它的毒性。如果经证实正确,多重的行为方式将增加毒素与其他霉菌毒素发生相互作用的可能性和途径,就造成了一种新的两难选择。在试验中增加呕吐毒素,如果说有什么区别的话,免去了镰刀菌毒素对两种细菌的作用。我们能期待对玉米赤霉烯酮、黄曲毒素或Slaframine也有同样的反应吗?
霉菌毒素对乳牛的影响
田间试验总是提出一些难以区别的症状,包括采食量和生产力的下降、牛奶中低脂肪和/或蛋白、繁殖扰乱(例如发情周期的改变等)以及一些更可怕的情况,如流产、病态和死亡。一旦酪农户注意到这些现象的开始,通常会系统性地尝试解决潜在的原因并决定一个解决方法。在急性霉菌毒素中毒事件中,等兽医、营养师、酪农户做完检查的时候,问题饲料可能已经全部变成粪便排出体外了。而更为典型的情况是,长期感染多种霉菌毒素导致动物出现问题。就在几年之前,我们可能还认为饲料中的谷物补充物、棉籽和其他一些副产物是污染毒素的首要来源,这当然是来自于这样一个普遍的误解,那就是既然青贮的饲料是处于无氧状态,那就无法提供活性霉菌(或霉菌毒素产物)生长所需的条件。然而,青贮料却是我们首先应该注意的。
应牢记关于青贮饲料的要点,主要包括:
1)饲料在青贮以及喂饲前存放的建筑的气密性可能不像我们所想象的那么好。
2)有些产毒素霉菌是兼性好氧菌,即它们能在极低的氧气分压下生长。青贮使得环境改变可能会引起一些菌种的减少(如曲霉菌),但同时也为其它一些菌种创造了竞争优势(如青霉菌)。
3)一些霉菌,也通常是青霉菌属,能积极地降解低分子量有机酸(如丙酸),而后者或者可以在最初阶段抵抗霉菌直到达到厌氧环境,或者是在青贮时由细菌发酵行为产生的(如乙酸等)。
4)饲喂前切断或移到青贮饲料的机械动作,能将新鲜空气带入青贮饲料的底层。对于那些在引入氧气前处于静止状态的产毒素的霉菌,反应往往是很快的,在24-48小时内就合成大量的毒素。在下一次饲喂时,就给了乳牛刚刚感染的青贮饲料。
分析青贮饲料不是一项容易的工作。获得样本的代表物并准备恰当的试验基质是乳牛场面临的两个主要障碍,而其他的动物饲养者就不会面临这种问题(如家禽饲养者)。青贮饲料粗糙、高异质性的特点要求试验前必须进行特殊的准备。我们虽然常常认为霉菌是表面感染物,但它往往不在饲料表面所代谢产生。榖粒就是一个很好的例子。我们常常能在表面看见霉菌的孢子甚至是霉菌本身,但是很少有霉菌能从表皮获得多少养分。实际情况是,它们穿进谷粒的淀粉部分进行代谢。如果试图用一个相对良性的溶液提取这样的谷粒,例如甲醇溶液(这是多数快速免疫试验的提取液),多数的霉菌毒素是无法被提取出来的,因为谷粒的腊质表面妨碍了溶液的渗透。为了使试验有效,谷粒必须被研磨成极为细小的颗粒(一般应小至可以通过20孔筛)。可以用同样的方法处理青贮饲料,只是要比谷物困难得多。既然事实上所有重要的毒素都是相对热稳定的,青贮饲料可以干燥后由实验室常规研磨系统进行研磨。然而,如果试图在养殖场里进行试验,一个大功率搅拌机加上一个锋利刀片的组合也足以在提取液里粉碎样品了。成功的关键是,这里成功指的是提取足够多的分析物以使得对饲料实际条件进行合理的评估成为可能,在足够多的溶液中处理足够多的样品来进行分析。就是说按照出售快速试验的公司建议的那样进行比例缩放。
然后,这些声称发现症状和已经经历了传染病、营养错误等问题的酪农户就面临怎样理解样品分析的问题了。一个典型的结果,也许会显示一个青贮饲料样品含600 ppb玉米赤霉烯酮、1.8ppm 呕吐毒素、26ppb 黄曲毒素、串珠镰孢菌毒素阳性,在较好的测定试验中,也许还会发现有少量玉米镰孢烯醇!乳牛拒食退料、牛奶产量下降和体细胞数增加,哪一种现象对应哪一种霉菌毒素呢?还是所有这些现象都与所有的毒素相关呢?
这篇文章开头就提到了有价值的和误导的信息都有很多。关于一些动物的单一霉菌毒素的对照试验的研究报告,通常能很好地描述在特定实验条件下某种特定的霉菌毒素的毒理学,可以了解到关于毒素怎样作用以及接触毒素可能产生的结果。同时,大多数试验中的试验动物可以说是被保护起来的,因为研究者通常都试图使他们的处理,成为最终结果的唯一原因。所以,乳牛场上的动物面临的管理、营养、生产、行为、环境等压力就不能构成影响,但这些都能影响动物对于特定霉菌毒素的反应。真正的问题是我们在上面提到的那些典型的情况下遇到的,就是多种毒素同时存在。那么,我们究竟应该怎样理解这个结果呢?
首先,我们必须接受这个事实,那就是我们的很多试验是准确的,但不一定能反应乳牛场上的真实情况。所以,ppm或ppb的绝对值虽然能作为一定的参考,但我们不应对此过于期待。
其次,发现一种或多种霉菌毒素告诉我们,环境促使了产毒素霉菌的活跃的生长代谢。既然有上百种的菌种和几百种的霉菌毒素,我们的阳性试验应该使我们警惕这样一种可能性,那就是我们的饲料含有的有毒物质比那4、5种试验结果显示的多得多。
第三,我们选来进行试验的毒素本身不仅很重要,且常常较容易化验出来,而且反映了一个相关的化学霉菌毒素复合物“家族”。这样,检测呕吐毒素就不仅告诉了我们特定毒素的情况,也告诉我们应该注意其他单端孢霉烯类霉菌毒素也可能存在。
最后,也是最重要的是,如果发现多于一种的毒素,那就一定存在化学物质的相互作用。
认为霉菌毒素能加强或对抗其他的霉菌毒素的想法已经不再是一种假设。它已经在文献中被广泛证明了。然而,即使是这样的科学研究,我们也只分析了一定数量的相互作用(例如,一次2或3种霉菌毒素),我们几乎没有能力预测当动物同时接触4或5种毒素时可能发生的情况,而使问题更加复杂的是,我们开始了解到某种动物,可能因为两种霉菌毒素被吸收进入的时间先后,而对此两种霉菌毒素有截然不同的反应。Gelderbolm等(2002)在鼠肝中用串珠镰孢菌毒素和黄曲毒素研究中证实了此现象,最终的病理取决于样品是先用串珠镰孢菌毒素处理,还是先用黄曲毒素处理。总之,如果黄曲毒素先进入肝并引起损伤,那么肝对串珠镰孢菌毒素的反应,与串珠镰孢菌毒素先侵入的肝相比,就会完全不同。
最后,长期接触低水平的霉菌毒素可能不会引发任何与特定霉菌毒素有关的现象。尽管如此,几乎可以肯定的是,霉菌毒素绝对会影响动物的免疫功能。长期的接触常常导致病原体在动物体内得以立足的机会的增加,最后我们就只能发现传染病的症状,而不是中毒。所以预测特定的症状相对来说就是徒劳的。因此,给酪农户最好的建议就是,无论何时,只要发现牛群的生产力和健康状况下降了,就应将霉菌毒素列为考虑因素之一,并采取措施减少或消除这些毒素。
三、飞测生物饲料中霉菌毒素快速定量检测方案-10min快速定量
上海飞测生物基于全球领先的荧光定量POCT技术平台,在国内率先推出了饲料中霉菌毒素荧光定量检测试纸条,本产品可在10min快速定量的检测出饲料及饲料原料中黄曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮、呕吐毒素、赭曲霉毒素A、伏马菌素、T2毒素等的残留含量,样品前处理简单(仅需8min),检测操作简便,采用荧光免疫定量分析仪读数,结果准确可靠且可现场打印,准确性符合HPLC法的检测结果,适用于各类饲料加工企业、养殖场、牧场及检测机构。
饲料中霉菌毒素荧光定量检测试纸条检测所需配备的仪器和耗材
饲料中霉菌毒素荧光定量检测试纸条样品前处理过程
所有的样品均只需一次提取即可检测所有种类的霉菌毒素,大大减少样品前处理的工作量,提高检测效率。
饲料中霉菌毒素荧光定量检测试纸条检测操作过程
饲料中霉菌毒素荧光定量检测试纸条结果判读和输出
所有产品均采用便携式荧光免疫定量分析仪进行读数,使得检测结果更加准确、客观,避免人为的误判。
1、阴性(-):检测结果<cutoff值(cutoff值可根据客户的判断标准进行调整),结果为阴性;
2、阳性(+):检测结果≥cutoff值(cutoff值可根据客户的判断标准进行调整),结果为阳性;
3、 无效:读数仪报错,则本次检测无效,需重新测试;
4、 检测结果将呈现于荧光读数仪液晶显示屏上,同时可按打印键打印获得纸质的检测报告,另外,开通仪器的WIFI数据上传功能后,检测相关数据信息将自动上传至“食品安全溯源管理云平台”,便于溯源及质量管理。
操作简便:一次提取即可检测所有种类的霉菌毒素,也无需对检测样本进行任何pH的调节;
配置要求低:对配套的仪器设备及人员要求低,最低仪器配置仅需1台天平、1把100ul和1ml移液器即可,操作人员仅需短期培训就能熟练掌握;
远程网络支持:仪器可通过网络自动进行标准曲线读取、软件升级、问题故障诊断、质量控制等;返回新闻列表