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异黄酮类化合物的营养作用

异黄酮类化合物是广泛存在于豆科植物和牧草(如三叶草等)中的一类生物活性物质,一直被人们用来治疗人心血管系统疾病和抗肿瘤等。1974年匈牙利科学家首次将异黄酮类化合物用作饲料添加剂后,异黄酮类化合物逐渐引起了动物营养学家的兴趣,并成为近年来的研究热点。我国科学家也从90年代开始研究了异黄酮类化合物的生物学功能及其在养殖业中的应用,并取得了令人瞩目的成果。
1异黄酮类化合物的种类、结构和理化特性
异黄酮类化合物属于多酚类化合物,它的母体为3-苯基苯并吡喃酮,包括大豆异黄酮 (Da) 、染料木素、6-甲氧大豆素、鸡豆黄素、香豆雌酚和芒柄花黄素等12种化合物。其中大豆异黄酮和染料木素在大豆中含量较高,芒柄花黄素和鸡豆黄素在红三叶草中含量较高。这些化合物具有与雌二醇(E2)相似的结构,能与雌激素受体结合,具有微弱雌激素活性,又被称为植物雌激素(phyto-estrogen)。目前研究较多的为大豆异黄酮和染料木素。
异黄酮类化合物常温下为固体,熔点在100℃以上,性质稳定,易于贮藏。易溶于有机溶剂如氯仿、二甲基甲酰胺等中,不溶于水、甲醇等极性溶剂。不同种类的异黄酮类化合物还有各自不同的理化特性。如大豆异黄酮,常温下为白色粉末、无毒、无味、不溶于水,在醇、酮类溶剂中有一定的溶解度,极易溶于二甲亚砜(DMSO)中。
2异黄酮类化合物在动物体内的分布、代谢与吸收
2.1在动物体内的分布
异黄酮类化合物以极低的浓度存在于动物组织中,它在各组织中呈现不均匀分布,以血浆、肝、肾中的含量较高,脑中含量较低。饲料中添加的异黄酮类化合物在动物体内大部分在胃肠道内与葡萄糖醛酸结合后被吸收进入血液,未被结合的部分在肝脏或肾脏中被结合解毒。
2.2代谢与吸收
在单胃动物体内,异黄酮类化合物主要在肠道微生物的作用下降解。大豆中异黄酮的苷元在单胃动物的胃和小肠上部吸收,β-糖苷能在小肠末端被吸收,而丙二酰化和乙酰化的糖苷被大肠中的微生物降解后被吸收。被吸收的异黄酮及其分解产物在动物的解毒机制作用下在胃肠粘膜、肝和肾中被结合成葡萄糖醛酸酯的形式,少量被结合成硫酸酯的形式。葡萄糖醛酸酯经胆汁流入十二指肠,在小肠中被再吸收,形成肠肝循环。
3异黄酮类化合物在畜牧业上的作用
3.1促进动物生长
异黄酮类化合物具有微弱的雌激素活性,能与下丘脑、垂体等处的雌二醇受体不同程度的结合,影响动物神经内分泌系统的性腺轴和生长轴,使睾酮、GH、胰岛素样生长因子-1型(IGF-1)生成和释放增加。而睾酮是促进雄性动物蛋白质合成代谢的激素,GH直接促进肌肉蛋白的合成、并通过肝GH-R影响IGF-1的发育,使IGF-1水平明显升高,IGF-1对肌肉组织的增长具有强大的作用。最终加速动物的生长。
众多的研究表明,适量的异黄酮类化合物能够促进动物的生长,降低料重比,提高饲料效率。但对动物的促生长作用有着性别上的差异。王国杰等,1994)报道指出,日粮中添加3g/t Da能显著提高雄性肉鸡日增中,使胸肌重和腿肌重显著增加,但对母鸡生长无显著影响;研究还发现,饲喂Da的公鸡血清睾酮水平显著提高,母鸡血清雌二醇水平呈现下降趋势。说明Da通过改变内源激素水平从而间接促进公鸡肌肉生长;同时,鸡组织中的RNA/DNA比率增加,血清尿酸水平显著下降,说明Da的促生长作用,主要是肌纤维的营养性肥大,蛋白质合成代谢加强,而不是细胞加速繁殖的结果。刘根桃等,1996)报道,妊娠母猪预产期前30天,日粮中添加5mg/kg Da可显著提高仔猪出生重,并对20-30日龄公仔猪体重仍有显著提高,而母仔猪则差异不显著。陈杰等,1999)报道,Da还能改善瘤胃微生物的消化代谢,雄性水牛经十二指肠瘘管灌注Da,(500mg/d),连续12天,瘤胃细菌蛋白、挥发性脂肪酸和HN3-N均有显著提高。
    3.2提高动物机体免疫力
    异黄酮类化合物能提高T细胞、NK细胞,自然杀伤性细胞)及K细胞,杀伤细胞)的免疫功能。Wang等,1997)报道,Da显著提高刀豆素A,ConA或脂多糖,LPS诱导的脾淋巴细胞增殖反应。Da还可促进ConA诱导T淋巴细胞产生白介素-2(IL-2)和白介素-3(IL-3)。IL-2能激发淋巴细胞的生长、分化和繁殖,维护自身的免疫稳定,而IL-3能刺激各类血细胞的增值。Zhang等,1999)报道,染料木素小于0.5µmol/L时,能明显增强NK细胞活性,抑制肿瘤细胞的生长。
    异黄酮类化合物能提高动物的非特异性免疫,张荣庆等,1993)报道,在正常情况下,用Da处理小鼠,明显促进腹腔巨噬细胞的吞噬功能和提高空斑形成细胞(PFC)的溶血能力。
    此外,还能提高动物机体的体液免疫能力,张荣庆等,1995)发现母猪妊娠后期摄入5.0*10-6Da,可明显提高母猪整体和乳腺局部的体液免疫功能,同时还明显提高血和初乳中GH和PRL含量,并明显降低血清中生长抑素(SS)的含量,而且新生仔猪血清中母源抗体水平亦明显提高。
    异黄酮类化合物能提高动物机体免疫功能的机制可能包含四个方面:,1)直接作用与免疫器官(胸腺和脾脏等)或各种免疫细胞上的雌激素受体;,2)调节垂体生长激素,GH和催乳素,PRL的分泌;,3)降低体内生长抑素,SS对免疫细胞的抑制作用;(四)发挥抗雌激素作用、抗氧化作用,或抑制体内某些关键酶的活性,如抑制酪氨酸蛋白激酶(TPK)拓扑异构酶Ⅱ的活性,影响有丝分裂的转导,诱发癌细胞凋亡。
    3.3促进乳腺发育提高泌乳能力
   Bennetts早在1946年报道,采食富含异黄酮类化合物的豆科植物能引起空怀母羊和阉公羊的乳头增长。1988年苏联科学家АЛИХАНОВ报道,饲草含有适量的异黄酮雌激素可提高奶牛的泌乳量。据试验报道,For和Da能够促进动物乳腺的发育,提高泌乳量。刘根桃等(1996)报道,妊娠后期母猪饲喂Da能提高母猪的泌乳量和乳中GH、IGF-1和促甲状腺素(TSH)水平。
它的机制可能是:1)直接作用于乳腺的E2-R,表现雌激素样的生物效应;2)增加乳腺细胞的雌、孕激素受体数目和亲和力;3)作用于下丘脑和垂体,促进GH和PRL的分泌。而GH促进乳腺发育及泌乳机制是:1)调节物质代谢和营养成分在组织间的分配,以保证乳腺摄取丰富的营养;2)刺激肝脏(或其它器官)产生IGFs,作用于乳腺细胞的IGFs受体促进乳腺发育及泌乳。PRL促进乳腺发育及泌乳机制是:1)直接作用于乳腺的PRL受体;2)上调E2-R和孕酮受体;3)诱导肝脏(或其它器官)产生催乳素协同因子Synlactin发挥作用(张荣庆等,1995)。
 3.4提高家禽的产蛋性能
    产蛋是家禽在神经内分泌系统调控下的复杂的生理过程。日粮中添加Da,可使血中T3、T4、孕酮(P4)水平显著提高,促进甲状腺发育,提高机体对营养物质的代谢和利用,从而影响产蛋性能。Da使T3、T4水平提高可能与其弱雌激素活性有关。下丘脑分泌的促甲状腺素释放激素(TRH)促进腺垂体合成和分泌TSH, TSH 又促进甲状腺合成和分泌T3、T4,而雌激素能加强腺垂体对TRH地反应;P4可刺激腺垂体释放促卵泡素和黄体生成素,加快卵泡成熟和排卵。
柯叶艳等(1999)分别在7月龄和10月龄的蛋用鹌鹑日粮中添加6mg/kgDa,结果产蛋率分别提高6.6%和10.1%血液中T3水平提高23.5%和34.2%,T4也有所提高。周玉传等(1999)在绍兴鸭产蛋初期添加3mg/kgDa,结果产蛋率和血液GH水平显著下降,但血液中T3、T4水平有所提高。说明Da对家禽产蛋初期有抑制作用,而对产蛋高峰期和产蛋后期有促进作用。
    3.5促进生殖系统发育,提高繁殖力
    朱建平等(2002)报道,Da能明显提高种鸭的繁殖机能,提高种鸭的产蛋率,促进卵泡发育,同时对种公鸭的精液质量没有负面影响,异黄酮类化合物还能促进雄性动物的生殖系统的发育。王国杰等(1994)用红三叶草异黄酮添喂肉仔鸡试验、刘根桃等(1996)用Da饲喂大鼠试验均发现雄性动物的睾丸重和血清睾酮水平分别有所提高。
    异黄酮类化合物对动物繁殖性能的影响,主要是通过影响体内促性腺激素释放激素(GnRH)、促黄体生成素、LH、阿片肽受体等与生殖有关的激素和通过调节性激素水平。
   4结语
异黄酮类化合物具有多种生物学效应,而且安全、无毒、无残留,是一种值得推广的饲料添加剂。对不同种类、以及同一种类的不同生理阶段的适宜添加量,需要企业技术人员根据自身饲料配方合理添加。
综上所述,无论从促生长、提高机体免疫力、促进乳腺发育、改善家禽产蛋性能和促进生殖发育各个方面,异黄酮类化合物作为饲料添加剂的作用是非常显著的,因而具有较大的潜力和广大的应用前景。