元素硒對水產動物影響的研究進展

王夢杰 陳建華 王海華

(1.淮海工學院海洋生命與水產學院/江蘇省海洋生物技術重點實驗室，江蘇連云港 222005；2.江西省水產科學研究所/農業部湖泊漁業資源環境科學觀測實驗站，江西南昌 330039)

硒作為一種必需的微量元素，最早由瑞典科學家Berzelius于1817年發現并命名，它對動物的生長發育起至關重要的作用。在20世紀40年代以前，硒一直作為有毒物質所被人關注[1]。直到1957年，Shcwarz等的研究發現硒可以防止營養性肝壞死，對保護肝臟起到重要的作用，人們才逐漸意識到硒是動物體內一種重要的營養元素[2]。1996年Clark研究指出，日常膳食中以富硒酵母作為硒源補充硒的攝入，可以使癌癥的發病率、死亡率下降50%左右[3]。至此硒的營養價值才受到學術界的重視。

一般動物體內硒含量為20～50 μg/kg，所有組織均含有硒，且機體硒含量以肝、腎、皮毛中的最高，肌肉、骨、血液中次之，脂肪中最低[4]。在水產動物中，硒同樣被證明能有效地提高免疫功能和抗氧化能力，同時微量元素硒還能促進水產動物生長和提高產品質量。硒的缺乏會引起含硒酶活性降低，導致氧自由基清除受阻，生物膜損傷，解毒和免疫功能減退等一系列機體的功能障礙。硒也能通過影響激素的分泌與降解調節動物體的蛋白質、核酸、脂肪、碳水化合物和維生素以及微量元素等營養物質的代謝。

1 硒對水產動物生長性能的影響

甲狀腺激素的水平高低對水產動物的生命代謝活動起著很重要的調節作用[5]。四碘甲狀腺原氨酸(T4)是甲狀腺的主要分泌產物，是甲狀腺激素的非活性形式；T4通過脫碘酶生成三碘甲狀腺原氨酸(T3)，即為甲狀腺激素的活性形式。硒以硒半胱氨酸(Sec)的形式存在于脫碘酶的活性中心，從而間接影響著水產動物的生長性能。Arthur等[6]的研究表明硒促進動物生長和蛋白質合成的主要途徑是通過提高血液中T3的水平來提高生長激素的合成與分泌。

金明昌[7]在對幼鯉的研究中證明，日糧中硒添加量的增多能增加幼鯉的成活率；當硒添加量為0.4mg/kg時，幼鯉增重率比對照組提高了19.9%，生產性能最佳(P<0.05)。在對草魚(Ctenopharyngodonidellus)的餌料中添加不同濃度納米硒的研究結果來看，納米硒組增重率、肥滿度比對照組分別提高了25.7%和1.89%，表明硒對水產動物的生長有促進作用[8]。梁萌青等[9]研究發現飼料中缺硒會對鱸魚(Lateolabraxjaponicus)的生長產生抑制作用，但隨著飼料中硒水平的提高，鱸魚的生長狀況得到顯著改善，而且硒添加量為0.4 mg/kg時鱸魚的生長性能達到最佳狀態。

2 硒對水產動物抗氧化功能的影響

水產動物在生命活動中不斷產生的自由基會對酶、蛋白質分子乃至整個細胞產生危害，是引發脂類氧化造成機體損傷及衰老的主要原因之一[10]。谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)可以催化還原型谷胱甘肽(GSH)產生氧化型谷胱甘肽(GSSG)，使有毒的氧化物還原成無毒的羥基化合物和水，同時促進過氧化氫的分解，以達到保護細胞膜的結構及功能不受過氧化氫損害的作用。GSH-Px的活性中心是Sec，從而機體硒水平可以反映GSH-Px活性。在水產動物中，存在著4種主要的含硒谷胱甘肽過氧化物酶同工酶，即胞質GSH-Px、胃腸道GSH-Px、血清GSH-Px和磷脂氫GSH-Px。其中，胞質GSH-Px、血清GSH-Px和磷脂氫GSH-Px在不同組織中廣泛存在。

Monteiro等[11]對頭石脂鯉(Bryconcephalus)的研究中指出硒水平的提高可以抑制磷脂過氧化，提高魚鰓和肌肉中GSH-Px活性，保護機體免受甲基對硫磷誘導的氧化應激影響。胡俊茹等[12]在對黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)幼魚的抗氧化能力的研究中證明，全魚硒含量和肝臟GSH-Px活性隨著硒含量的增加而升高，二者與飼料硒含量呈正相關。楊原志等[13]在對軍曹魚(Rachycentroncanadum)幼魚的研究中得出相似結論，硒水平顯著影響肝臟GSH-Px含量及血清GSH-Px活性，肝臟和血清GSH-Px活性隨著硒水平的升高呈先升高后穩定趨勢。羅莉[14]研究了硒代蛋氨酸和亞硒酸鈉對湘云鯽魚抗氧化能力的影響。結果指出：日糧中添加硒能顯著提高湘云鯽魚血清GSH-Px和超氧化物歧化酶(SOD)活性,降低脂質過氧化產物丙二醛(MDA)含量；并且硒代蛋氨酸在提高全魚和肝胰臟硒含量及機體抗氧化能力的作用方面明顯好于無機硒。龍萌等[15]在酵母硒對團頭魴(Megalobramaamblycephala)的抗氧化活力的研究中得出，當酵母硒添加量為0.25 mg/kg和0.50 mg/kg時，GSH-Px活性與對照組相比分別提高了17%和20%。

3 硒對水產動物免疫功能的影響

頭腎和脾臟是魚類的主要免疫器官，頭腎主要是造血和分泌功能，脾臟是魚類紅細胞、中性粒細胞和線粒白細胞生產、貯存和成熟的主要場所。硒以Sec的形式存在于硒蛋白中發揮其生物學作用，在水產動物中硒蛋白幾乎能調節所有機體代謝的活性氧簇(ROS)和氧化還原狀態，從而對機體炎癥反應和免疫應答產生重要影響[16]。中性粒細胞通過產生ROS參與殺傷外源微生物，但ROS同樣會殺傷中性粒細胞，GSH-Px通過清除ROS參與了中性粒細胞的保護系統[17]。缺硒會使淋巴器官變得結構疏松，吞噬細胞和淋巴細胞數目減少，網狀細胞增生，導致不同程度的免疫抑制或衰退。缺硒時，白細胞GSH-Px活性降低，白細胞殺死微生物能力降低，從而降低水產動物的免疫力。硒本身沒有絲裂原作用，不能引起T淋巴細胞的轉化，只能增大T淋巴細胞或脾細胞對絲裂原刺激的轉化能力，同時增強T淋巴細胞的細胞毒作用[18]。

在用一定濃度的愛德華菌(Edwardsiellaictaluri)對斑點叉尾鮰(Ictaluruspunctatus)進行毒性攻擊的實驗中，魚體抗體的生成隨飼料中硒濃度升高而升高，并且硒蛋氨酸或硒酵母均能提高巨噬細胞趨勢化反應能力[19]。沈振華[20]發現在亞硝酸鹽脅迫下，飼料補充硒對中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)幼蟹的非特異性免疫性能的影響的研究中，幼蟹的生長性能、抗氧化能力、滲透壓調節以及免疫抗病能力在高pH脅迫下會造成不良影響，而硒含量的增加可提高機體抗氧化能力，增強機體非特異性免疫抗病力。凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)飼料中添加不同濃度硒，當硒含量為1.6～3.2 mg/kg時，體長10 cm以上的凡納濱對蝦肌肉SOD、GSH-Px和堿性磷酸酶(AKP)活性有明顯的增強作用，并且表現出劑量效應關系，硒含量過高或過低都會降低這三種酶的活性，證明硒有增強凡納濱對蝦免疫力和抗病力的功能[21]。王蔚芳等[22]以皺紋盤鮑(HaliotisdiscushannaiIno)為研究對象，當飼料中硒添加量為2.63 mg/kg時血清中的谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)達到最大值并且不再升高，并且在添加量分別為0.88mg/kg和1.55mg/kg時超氧化物歧化酶(SOD)、酚氧化酶(PO)和溶菌酶(LSZ)的活力分別達到最大值并且都隨著硒含量的增加呈顯著降低趨勢，實驗證明了飼料中的硒能夠顯著地影響機體免疫功能。

4 硒與維生素E的協同作用

維生素E是一種非特異性的生物抗氧化劑，通過結合在細胞膜上使細胞受自由基的進攻和過氧化的損傷。硒通過GSH-Px的形式阻斷自由基對抗體的損傷，硒有助于維生素E的吸收和利用，并協同維生素E維持細胞的正常功能和細胞膜完整性[23]。但是兩者不可互換，因為其發揮功能的部位不同，維生素E在細胞外起抗氧化作用，硒是在細胞內發揮作用[24]。

Poston等人[25]在大西洋鮭(Salmosalar)的研究中，硒與維生素 E同時存在能顯著降低幼魚死亡率；剛孵化的仔魚使用缺硒及維生素E的飼料飼喂4周后的死亡率為49.6%，單獨使用加硒或維生素E的飼料不能降低死亡率，只有兩者同時添加，死亡率才可顯著降低(28.4%)。相似的結果在刺參(Apostichopusjaponicus)的研究中也得到證明，使用含維生素E和富硒酵母的飼料時，在基礎飼料中分別添加0mg/kg和250mg/kg維生素E，每個維生素E水平下分別添加0mg/kg、100mg/kg、300mg/kg、600mg/kg富硒酵母；各組飼料飼喂刺參8周以后，用燦爛弧菌(Vibriosplendidus)對刺參進行攻毒。結果表明，飼料中無維生素E時，刺參累計死亡率隨硒添加量增加而降低，而當飼料中添加維生素E時，各加硒組刺參累計死亡率顯著低于對照組[26]。在萬敏等人[27]對皺紋盤鮑(HaliotisdiscushannaiIno)的研究中，通過在飼料中添加維生素E和不同水平的硒，顯示二者對皺紋盤鮑血清中GSH-Px、谷胱甘肽還原酶(GR)和過氧化氫酶(CAT)的活力都有不同程度的交互作用。

5 硒對水產動物的毒性作用

硒作為動物體內必需的微量元素，機體對其的需求量和產生毒性的濃度之間的范圍很窄。水產動物細胞中攝入過高水平硒，硒會取代細胞中的硫，導致蛋白質合成紊亂，蛋白質功能喪失，硒也會在食物鏈中積累，從而對機體造成損害。在還原反應中，Se4+可以自動地與4個—SH反應，由于硒摻到兩個硫原子中間形成—S—Se—S—的三硫橋化合物，破壞含—SH酶的天然結構，使其活性降低或喪失[28]。研究發現，低濃度硒主要以消除自由基為主，表現出有益的機體反應；而在較高濃度時則會產生ROS，產生細胞毒性[24]。

Hilton等人[29]研究發現，在養殖溫度15 ℃，以11.4 μg/g的硒添加量，連續喂養虹鱒(Oncorhynchusmykiss)16周，會出現魚體重量減輕、死亡率增加的現象。通過解剖及生理生化研究發現，90%的虹鱒發生鈣質沉積，肝腎中鎂和鈣含量明顯增加，鏡檢也發現過度補硒造成的腎臟損傷。梁萍等[30]報道了Se4+和Se6+對文昌魚(Branchiostomabelcheri)的毒理效應及生長發育的影響。結果發現，較低濃度的Se4+可明顯地促進文昌魚的生長，而在高濃度環境下，Se4+的毒性大于Se6+。通過組織學觀察，發現文昌魚的中毒器官主要是鰓、腸和肌肉。Tashjian等[31]通過在白鱘(Acipensertransmontanus)幼魚餌料中添加硒蛋氨酸，當硒濃度超過20.5 μg/g時，肝臟和腎臟發生組織病理學的改變。Li等[32]以青鱂(Oryziaslatipes)為研究對象，比較了納米硒和無機硒的毒性的研究，結果發現納米硒可在魚體內具有更高的蓄積濃度，進而表現出更強的毒性。

6 有機硒與無機硒

硒主要是以有機硒和無機硒兩種形式存在，無機硒主要以亞硒酸鹽和硒酸鹽等形式存在，兩者均具有毒性，亞硒酸鈉的毒性略強于硒酸鈉的毒性。由于兩者均具有不易被吸收利用的特性，所以不適合作為人和動物的直接硒源物質來使用。而有機硒主要以硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸和硒代胱氨酸等形式存在。無機硒主要以Se4+被動擴散進入動物體內，而有機硒是以氨基酸的形式所被動物主動吸收；無機硒在腸道吸收很快就被還原成硒化物，而有機硒與血漿蛋白結合后運輸到肝合成硒蛋白，硒蛋氨酸和Sec隨機分布于蛋白質中，蛋白質的周轉使硒蛋氨酸和Sec成為游離的氨基酸庫，供所需硒蛋白合成，所以有機硒比無機硒更能被機體有效吸收利用[33]。

王國霞等[34]分別以不同硒源(無機硒和酵母硒)處理的飼料喂養羅非魚(Oreochromisspp.)幼魚，研究不同硒源對其生長的影響。結果顯示，飼料中適量添加硒可改善羅非魚肉質，增加硒含量，以組織中的沉積量為評價指標，羅非魚對酵母硒的利用效果好于無機硒。吳東等[35]在添加無機硒和昆蟲蛋白硒對克氏螯蝦(Procambarusclarkii)吸收利用的研究中，各組蝦肉的水分含量、pH1、pH24和滴水損失各組間差異不顯著，蝦肉(風干態)中硒含量，1.50mg/kg和3.00mg/kg組相較于對照組差異極顯著(P<0.01)，昆蟲硒蛋白較無機硒在克氏螯蝦體內沉積率高171.15%～218.18%。

7 硒蛋白分子

Rotruck等[36]在1973年從老鼠血液中發現硒是紅細胞谷胱甘肽過氧化物酶活性的重要影響因素。同時，研究人員還發現了I型碘甲狀腺原氨酸脫碘酶(ID)、硫氧還蛋白還原酶(TR)等多種含硒蛋白，構成其活性主要體現在Sec[37，38]，而Sec的遺傳密碼子是UGA，UGA同時又是三個終止密碼子之一。在轉譯的過程中，需要有一個莖環結構的Sec插入序列SECIS來識別UGA作為Sec的密碼子而不是遺傳密碼子[39]。目前，在哺乳動物體內至少發現了35種硒蛋白，其中人類含有25種，但是在水產動物中的研究報道卻很少[40]。

張鑫等[41]首次從雜色鮑(Haliotisdiversicolor)中克隆出硒結合蛋白1(SBP1)基因序列，且利用高溫、缺氧和副溶血弧菌感染等對雜色鮑進行應激措施。結果顯示，不同應激條件都會造成SBP1在不同組織中表達量的顯著變化，說明SBP1在雜色鮑的免疫反應中可能扮演著重要角色。Song等[42]利用表達序列標簽(EST)和RACE技術從櫛孔扇貝(Chlamysfarreri)中克隆出硒結合蛋白cDNA序列，并用微生物感染刺激，結果刺激后SBP的表達量逐漸上升，SBP在介導海洋無脊椎動物的抗氧化機制和免疫應答方面起重要作用。

8 展望

人體攝入的硒幾乎全部都是來源于外界食物，而魚肉易于消化吸收，可以作為很好的硒源[43]。雖然硒在人類和畜禽中的生物學特性和功能的研究已非常豐富，但在水產動物中的研究才剛剛開始，無論是從研究數量還是質量上都還非常不足。綜合目前文獻綜述，硒蛋白是硒作用于機體的關鍵，在哺乳動物和人類的研究較為深入，而對魚類免疫功能的影響研究報道較少；同時有機硒的作用效果明顯好于無機硒，但有機硒成本過高，應通過科學手段降低有機硒成本或提高無機硒的吸收利用率。此外，硒蛋白的分子生物學研究、新型硒源(如納米硒)對水產動物的影響等研究有待深入，這對于進一步了解硒元素的作用機理是一個很好的研究方向。