玉米赤霉烯酮的危害及防治

玉米赤霉烯酮的危害及防治

1赤霉烯酮的吸收、代謝和生物轉(zhuǎn)化機(jī)制1.1赤霉酸的吸收和代謝1.2-谷和-zel的代謝產(chǎn)物主要代謝途徑有兩個階段。第一步是恢復(fù)反應(yīng)。zei首先與兩種不同的立體異構(gòu)體-或-混淆玉米-赤霉烯醇（zelenonol，zel）還原，然后繼續(xù)還原至或-右環(huán)14噸酚（zel）。ZEA代謝的第1步是還原C-6′酮基,將ZEA還原為α-或β-ZOL,然后進(jìn)一步還原C11-C12雙鍵,產(chǎn)生α-或β-ZEL。因此,ZEA代謝產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物至少有5種:ZEA、α-或β-ZOL、α-或β-ZEL。不同種類動物肝臟微粒體的比較試驗表明,α-ZOL/β-ZOL隨物種而異,對于豬和人,α-ZOL/β-ZOL很高,而家禽和反芻動物β-ZOL占優(yōu)勢。參與ZEA生物轉(zhuǎn)化的主要器官是腸道和肝臟,此外,雌激素活性的靶器官也能轉(zhuǎn)化ZEA,即類固醇代謝。甾類氫化酶、3α-或3β-羥基類固醇脫氫酶(3α-hydroxysteroiddehydrogenas,3α-HSD)被證實是催化此反應(yīng)的酶。ZEA代謝的第2步是與葡萄糖醛酸結(jié)合。第1步代謝之后,ZEA及其代謝產(chǎn)物被尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶結(jié)合,這些共軛化合物隨尿或膽汁排泄。ZEA在不同動物體內(nèi)的代謝存在明顯差別,在豬和兔,肝臟為主要代謝器官,ZEA在肝臟中被還原為α-或β-ZOL,然后再與尿和膽汁排泄物中的葡萄糖醛酸相結(jié)合。2玉米赤霉烯酮的毒性2.1激素受體抑制劑盡管ZEA和α-ZOL與17β-雌二醇相比,與雌激素受體的親和力低100~1000倍,但是,ZEA和α-ZOL也是通過與雌激素受體作用激活雌激素敏感基因的轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)動情效果。2.1.1zea影響豬生殖ZEA對鼠、荷蘭豬、地鼠和兔產(chǎn)生不同的雌激素效應(yīng)如生殖力減弱、胚胎吸收增加、胎仔數(shù)降低,改變腎上腺、甲狀腺和腦垂體腺重量以及改變血清黃體激素、雌二醇的含量。ZEA及其代謝產(chǎn)物能夠引起很多種類雌性動物的雌激素過多癥和生殖障礙。但是在所有種類動物中,豬對ZEA最敏感,而豬中青春期前的豬最敏感,因為ZEA在豬體內(nèi)代謝產(chǎn)生的α-ZOL的雌激素活性是ZEA的92倍。較高劑量(50~100mg/kg)ZEA影響母豬受孕、排卵、胚胎定植、胎兒發(fā)育和新生兒的生活力,導(dǎo)致母豬一系列的生殖障礙包括誘發(fā)外陰陰道炎、陰道和直腸垂脫、初情期延遲及連續(xù)動情導(dǎo)致的不育、假孕、卵巢畸形和流產(chǎn)等。幼齡雌性仔豬以膠囊形式口服劑量分別為0、3.5、7.5或11.5mg/kgBW的ZEA,1周后服用ZEA的仔豬均發(fā)現(xiàn)外陰陰道炎和生殖道腫大。平均年齡為70d的約克夏種小母豬采食含ZEA2mg/kg[相當(dāng)于0.08mg/(kgBW·d)]的飼糧,飼喂ZEA7d內(nèi)便觀察到外陰紅腫。給初情期的青春期的母豬整個妊娠期分別飼喂含ZEA為0、3、6或9mg/kg[相當(dāng)于0、0.12、0.24和0.36mg/(kgBW·d)]的飼糧,假孕的發(fā)病率增加,繁殖率降低,6或9mg/kgZEA處理窩產(chǎn)仔數(shù)下降。斷奶仔豬采食含1.3mg/kgZEA的飼糧導(dǎo)致陰戶明顯紅腫,并且伴隨卵巢的組織病理學(xué)變化。2.1.2大鼠睪丸間細(xì)胞睪丸酮合成的影響因素大量研究已經(jīng)證實,ZEA和α-ZOL對雄性動物的生育和生殖病理學(xué)具有負(fù)面影響,干擾精子的發(fā)生過程,誘導(dǎo)雄性豬雌性化,降低性欲。睪酮促進(jìn)成年動物的精子發(fā)生、成熟和性功能。因此,破壞睪丸間細(xì)胞睪酮的生物合成對雄性動物的生育產(chǎn)生不利影響。ZEA及其代謝物通過減量調(diào)節(jié)細(xì)胞色素P450側(cè)鏈分裂酶(P450scc)和3β-HSD-1降低鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮的合成,從而影響精子的發(fā)生過程。公豬攝入9mg/kgZEA的飼糧后,精液總量、精液的凝膠自由體積和總活精數(shù)有降低的趨勢。研究證實,皮摩爾水平的α-ZOL和ZEA就能夠?qū)尤旧|(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和活力產(chǎn)生負(fù)面影響,而微摩爾水平的β-ZOL才能對精子活力產(chǎn)生負(fù)面影響。2.2zea促進(jìn)細(xì)胞生長ZEA導(dǎo)致DNA斷裂、微核形成以及DNA加合物的形成,ZEA的基因毒性造成DNA以及結(jié)構(gòu)的損傷,抑制蛋白質(zhì)、DNA的合成和干擾細(xì)胞分裂周期,引起DNA復(fù)制受阻,接著抑制細(xì)胞增殖。給小鼠經(jīng)腹腔注射2mg/kgZEA的試驗也證實了腎臟和肝臟中出現(xiàn)DNA共價內(nèi)轉(zhuǎn)。ZEA毒素在1~15μg/mL細(xì)胞懸液濃度范圍內(nèi)就能夠引起細(xì)胞DNA損傷,并存在明顯的劑量反應(yīng)關(guān)系。ZEA使乳腺癌細(xì)胞MCF-7上調(diào)基因數(shù)目多于下調(diào)基因數(shù)目,而且上調(diào)基因多數(shù)是促進(jìn)細(xì)胞增殖的基因,而下調(diào)基因多為促進(jìn)細(xì)胞凋亡的基因,提示ZEA對腫瘤細(xì)胞的生存活力有促進(jìn)作用。值得一提的是,ZEA能夠激活內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒和促進(jìn)相關(guān)腫瘤抗原的表達(dá),說明ZEA在腫瘤的發(fā)生中可能起著始發(fā)作用。ZEA不僅影響DNA,還影響染色體的正常結(jié)構(gòu)。94μmol/LZEA及其衍生物增加牛卵母細(xì)胞的染色體異常。2.3zea單次給藥對外周血單核細(xì)胞增殖的抑制作用ZEA被認(rèn)為是真菌污染物中最常見的毒素,采食被真菌毒素污染的食物對人類和動物健康構(gòu)成很大的威脅。即使是在劑量很低的情況下,α-ZOL也表現(xiàn)出顯著的抑制細(xì)胞增殖的作用。體外試驗表明,ZEA對植物凝集素和美洲商陸有絲分裂原刺激的淋巴細(xì)胞均具有抑制作用,而且這種抑制作用具有劑量依賴性。通過流式細(xì)胞術(shù)和細(xì)胞活力檢測,表明30μg/mL的ZEA對沒有處理或經(jīng)分裂原處理的人外周血單核細(xì)胞均具有顯著的致壞死作用。MTT法評定細(xì)胞的活力證實,α-ZOL在卵母細(xì)胞減數(shù)分裂過程中表現(xiàn)出負(fù)面作用,而β-ZOL只有在高濃度時對卵母細(xì)胞減數(shù)分裂才表現(xiàn)出負(fù)面作用。2.4zea影響免疫調(diào)節(jié)功能機(jī)體的免疫系統(tǒng)包括免疫器官、免疫細(xì)胞及免疫分子3大類。凡是能夠影響免疫器官正常結(jié)構(gòu)和功能、影響免疫細(xì)胞的數(shù)量和組成、干擾免疫分子分泌和產(chǎn)量的因素均能影響動物的免疫功能。脾臟為動物體內(nèi)主要的免疫器官,與體液免疫和細(xì)胞免疫均有密切關(guān)系。其發(fā)育的狀態(tài)或其與體重的比值(指數(shù))直接影響動物的免疫調(diào)節(jié)功能。高劑量(40mg/kgBW)ZEA顯著降低小鼠脾臟淋巴細(xì)胞數(shù),導(dǎo)致脾細(xì)胞腫脹、脾臟壞死灶、白髓萎縮和紅髓腫脹,誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)損傷,顯著降低小鼠IgA、IgG含量和降低小鼠外周血CD3+、CD4+、CD8+和CD56+計數(shù),影響體液免疫反應(yīng),誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)損傷。ZEA、α-ZOL和β-ZOL能夠誘導(dǎo)免疫細(xì)胞的細(xì)胞毒性,10-5mol/LZEA及其代謝物抑制牛的嗜中性白細(xì)胞、抑制絲裂原誘導(dǎo)的B、T淋巴細(xì)胞的增殖。由于對ZEA的免疫毒性研究報道相對較少,ZEA對免疫細(xì)胞及免疫器官造成毒害的作用機(jī)理還需進(jìn)一步研究。2.5zea對乳腺癌細(xì)胞mcf27、t49d細(xì)胞增殖的影響盡管就ZEA是否能引發(fā)腫瘤,一直來都很有爭議,但是越來越多的研究結(jié)果表明,ZEA能刺激某些組織、器官癌細(xì)胞的生長。研究發(fā)現(xiàn)它能增加實驗小鼠肝腺瘤和垂體腺瘤的發(fā)生率,并有劑量-反應(yīng)關(guān)系。此外,在患乳腺癌或乳腺增生的人的子宮內(nèi)膜中能檢出ZEA,而正常子宮內(nèi)膜中則沒有,提示ZEA可能與乳腺癌發(fā)生有關(guān)。ZEA對乳腺癌細(xì)胞MCF27及T47D細(xì)胞增殖的研究結(jié)果也表明,ZEA可模擬雌激素作用,促進(jìn)雌激素依賴性乳腺癌細(xì)胞MCF27及T47D細(xì)胞增殖,是一種有效的促有絲分裂因子。ZEA在1μmol/L濃度以上對HaCaT細(xì)胞的GJIC功能就有明顯的抑制用,提示它可能是一種促癌物。將50nmol/LZEA加入到乳腺癌MCF-7細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),ZEA可以顯著地增加細(xì)胞色素酶的活性及其mRNA的表達(dá),而細(xì)胞色素酶已證明是乳腺癌病因形成的主要機(jī)制,因此表明ZEA有較強(qiáng)的致癌性。3作物的預(yù)防霉菌及相關(guān)的霉菌毒素是食品污染的重要影響因素,毒素通過污染植物或者飼料,對隨之產(chǎn)生的植物性產(chǎn)品和動物性產(chǎn)品產(chǎn)生極大的影響。預(yù)防的3個步驟分別為:第1步應(yīng)該在任何霉菌進(jìn)入之前進(jìn)行;第2步應(yīng)該在霉菌侵入植株內(nèi)并開始繁殖的過程中進(jìn)行;第3步就是在作物已經(jīng)被鑒別有嚴(yán)重的污染時進(jìn)行。由于霉菌一旦產(chǎn)生,用常規(guī)的方法是很難將其完全除掉的,因此,應(yīng)該花更多的精力在前2個環(huán)節(jié)上。3.1生物炭對土壤污染物的影響在霉菌侵入植株體內(nèi)及開始繁殖之前,預(yù)防霉菌的產(chǎn)生最有效的方法包括輪作、耕地、種植時間、育種和轉(zhuǎn)基因技術(shù)、生物化學(xué)技術(shù)以及作物種類和品種等。鐮孢菌(霉)屬孢子從發(fā)育成熟的鐮孢菌(霉)的孢子囊中釋放出來,可以經(jīng)風(fēng)廣泛傳播,最終停留在土壤中。霉菌的子囊孢子是禾本科霉菌中侵染玉米類作物穗部最嚴(yán)重的一類,植株殘體是禾本科真菌的最重要寄生場所,因而容易引起禾本科的赤霉病。因此,輪作可以有力地控制鐮孢菌(霉)屬對植物的污染。耕地使土壤表層的10~30cm土壤被倒轉(zhuǎn),能夠減少鐮霉菌對下一種植作物的傳染。鐮霉菌對玉米的侵染不僅取決于作物的易感性,還取決于有利感染的條件的發(fā)生。當(dāng)作物的開花期正好趕上孢子的釋放期時,污染更容易發(fā)生。在溫和氣候區(qū)的玉米或早熟作物通常只有較低的污染。植物育種被認(rèn)為是控制易感作物被鐮霉菌侵染的最佳方法,高抵抗力的品種其品質(zhì)和農(nóng)藝學(xué)性狀可以防止被侵染。一些針對鐮孢菌的生物化學(xué)藥劑可以有效地殺死鐮孢菌。殺菌劑也應(yīng)用于研究土壤中的真菌以降低土壤病原菌的含量。用玉米赤霉分別對14個近親交配和4個單雜交雜種的玉米進(jìn)行接種,結(jié)果雜交種對毒素產(chǎn)生的抵抗力低于近親交配種,表明谷物品種和霉菌的繁殖具有非常顯著的差異。3.2影響zea含量的因素收獲和收獲后真菌毒素的控制取決于天氣和氣候、植物生理階段和儲存條件。降雨量、溫度和濕度對食物或飼料中ZEA濃度的影響報道不盡一致,很可能是因為這些影響因素很難被人為控制。一般而言,在降雨量多、潮濕氣候條件下,鐮孢菌屬真菌污染嚴(yán)重的樣品ZEA產(chǎn)生量高,尤其是高濕、寒冷的氣候條件。在溫度接近冰點的長時間內(nèi)或溫度冷暖交替的條件下有利于玉米和其他谷物中ZEA含量的增加。ZEA不僅在玉米生長的大田里產(chǎn)生,儲存過程也能產(chǎn)生ZEA,尤其是收獲時降雨量太多造成儲存前干燥不徹底。儲存空氣中二氧化碳含量為20%~60%,而氧氣含量僅為20%或5%時,谷物即使在高濕的條件下,ZEA的產(chǎn)生幾乎也能全部被抑制。3.3玉米中真菌毒素的應(yīng)用污染顆粒的物理處理方法常見的有分選、洗滌和熱處理。破損的谷粒比完整的含有高出10倍的霉菌毒素。清洗顆粒外表和消除破損的谷粒,以減少或避免孢子,從而減少對健康谷物的污染。這種方法對預(yù)防鐮孢菌等真菌毒素特別有效。此外,玉米粒在離開存儲筒倉時,采用篩選和重力分選技術(shù)也可減少60%的煙曲霉毒素B1和煙曲霉毒素B2。對豬而言,漂洗和沖洗技術(shù)的結(jié)合可以有效地減少霉變玉米中嘔吐毒素和ZEA的含量。利用減壓的自來水洗滌谷物顆粒,可以顯著地降低霉菌污染物中的霉菌毒素含量。Castells等報道,在120~160℃下擠壓人為污染的粗碾玉米,ZEA的含量降低66%~83%;含煙曲霉毒素B1和煙曲霉毒素B2為2.5mg/kg的玉米粉,在190℃加熱60min后,煙曲霉毒素B1和煙曲霉毒素B2減少超過70%,在220℃加熱25min時可以減少100%。3.4復(fù)合羧酸類化合物eaγ輻射、添加谷物防腐劑和消毒劑以及生物處理都是常用的處理污染顆粒的化學(xué)方法。γ輻照已經(jīng)被試驗證明可以減少種子、食物、飼料中的真菌孢子污染,減少已經(jīng)產(chǎn)生的霉菌毒素,且樣品中ZEA污染濃度越高,ZEA的降解率越大;真空條件下ZEA降解率最高;樣品水分含量越高ZEA降解率越高。丙酸和復(fù)合有機(jī)酸等谷物防腐劑和消毒劑均能完全防止霉菌的生長,但是復(fù)合有機(jī)酸降低磨碎谷物中ZEA的程度依賴于有機(jī)酸的使用劑量。在單端孢霉烯族毒素類中,12,13-環(huán)氧環(huán)起主要毒性作用。因此,反芻動物瘤胃中的微生物或從瘤胃內(nèi)容物中分離出的真桿菌的脫氧環(huán)作用可以顯著地減少毒素。從白蟻后腸中分離的酵母菌株,并確定為毛孢子菌屬,具有使動物飼料中ZEA鈍化的作用。但是這些微生物方法也具有以下局限性:酶的高度特異性難以滿足污染物的大量變種;由于在消化道內(nèi)的反應(yīng)時間很短,這就要求酶的濃度和反應(yīng)條件必須是最適合的;代謝產(chǎn)物的毒性也必須低于自然狀態(tài)的毒素。計成等綜述的黃曲霉毒素生物降解的研究及前景展望給我們提出了霉菌毒素降解的新思路。3.5用有機(jī)化合物作為動物體內(nèi)的研究在最近的15年進(jìn)行了大量關(guān)于吸附劑的研究,一些天然和合成的化合物可以吸附霉菌毒素,降低其在動物體內(nèi)的毒性,如水合硅鋁酸鈣鈉、沸石、酵母細(xì)胞壁等,目前飼料廠家和養(yǎng)殖場主要通過該方法來解決霉菌毒素的污染問題。3.5.1zea的生物處理大多數(shù)有關(guān)應(yīng)用吸附劑減輕真菌毒素中毒癥的研究集中在鋁矽酸鹽上,主要包括沸石、水合鋁矽酸鹽鈣鈉和含有鋁矽酸鹽的黏土[包括鋁酸鹽、硅酸鹽及其一些可交換的離子(堿金屬和堿土金屬)]。多聚硅酸鹽中的蒙脫石是其中1個主要代表,它們是無機(jī)多孔材料包含硅酸鹽四面體環(huán),每個硅分子帶有1個正電荷,被4個帶負(fù)電荷的氧所包圍,即產(chǎn)生層狀結(jié)構(gòu)。真菌毒素可以被吸附到多孔結(jié)構(gòu)上從而被帶電電荷束縛。吸附的效果將取決于顆粒大小和毒素的電荷以及黏土的結(jié)構(gòu)。改良的黏土是與烷基銨化合物進(jìn)行陽離子交換制成的有機(jī)黏土,這對雌激素ZEA有相當(dāng)有效的吸附作用。膨潤土主要是由蒙脫石類礦物組成的黏土,也能夠有效結(jié)合ZEA,建議將其作為目前食物中鈍化ZEA的首選吸附劑。向污染ZEA的飼糧中添加水合鋁矽酸鹽鈣鈉,能夠避免水貂的繁殖障礙。研究表明水合鋁矽酸鹽鈣鈉能夠預(yù)防生產(chǎn)和試驗動物的真菌中毒癥,顯著降低奶、糞和尿中毒素代謝物的排泄量。ZEA極性的降低是影響吸附劑與毒素親和力的主要原因,用長鏈有機(jī)陽離子表面活性劑對蒙脫石等無機(jī)吸附劑進(jìn)行修飾,增加礦物質(zhì)表面的疏水性,可以有效改善其對ZEA的吸收。3.5.2微生物毒素和活性早在1980年,Smith指出,紫花苜蓿、燕麥纖維能降低大鼠中ZEA的雌激素效果,但對其作用機(jī)制沒有任何解釋。后來研究發(fā)現(xiàn)很多有機(jī)物質(zhì)如酵母提取物、腐殖酸、活性炭、消膽胺等均具有吸附功能。釀酒酵母的細(xì)胞壁提取部分能夠結(jié)合大量的真菌毒素。腐殖酸具有良好的結(jié)合毒素的能力。活性炭由于具有吸附性,已有試驗證實活性炭能結(jié)合幾種真菌毒素包括黃曲霉毒素、棒曲酶素、煙曲霉毒素、赫曲毒素A、ZEA和嘔吐毒素。然而,活性碳的實際應(yīng)用受技術(shù)(形成粉塵和顏色發(fā)黑)和營養(yǎng)(影響礦物質(zhì)、維生素和其他養(yǎng)分的吸收)的限制。體外試驗證實,消膽胺對ZEA具有很強(qiáng)的親和力,能夠快速形成消膽胺-ZEA復(fù)合物,在24h內(nèi)很穩(wěn)定,而且不受pH和溫度的影響。此外,具有協(xié)同作用復(fù)合吸附劑(礦物吸附劑+酵母+活菌+海藻提取物)為霉菌毒素的降解提供了新的思路。4zea的藥代動