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现在,在全球水产养殖中,甲壳类动物在经济上处于重要地位,其中南美白对虾和斑节对虾是两个主要的养殖对象。然而,养虾业总是面临着一些风险,而最大的威胁仍然是由弧菌和病毒引起的疾病。
本文主要介绍了从海藻中提取β-葡聚糖化合物的信息,以及甲壳类动物免疫系统的非特异性刺激机制,从而为养殖户在养虾过程当中,使用海藻提取β-葡聚糖化合物提供了依据,并能够进行可持续的虾类养殖。
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一、β-葡聚糖是海洋中丰富的资源
β-葡聚糖是由葡萄糖为主单糖组成的同类型多糖(PS),单糖与单糖之间通过糖苷键结合位置形成各种化合物。比如:琼脂(英文名称为Agar,是β-1,3-1,4-葡聚糖);藻酸盐(英文名称为Alginate,是一种β-1,4葡聚糖);角叉菜胶(英文名称为Carrageenan,是一种β-1,3-1,4-葡聚糖;褐藻糖(英文名称为:Fucoidan,是一种β-1,3-葡聚糖);海带多糖(英文名称为Laminarin,是一种β-1,3-1,6-葡聚糖)...
琼脂,角叉菜胶主要从红藻门(Rhodophyta)的海藻类物种中提取,而褐藻类(Phaeophyta)中主要为藻聚糖。很多海藻类中的β-葡聚糖含量较高,而且酵母中的酵母聚糖(β-1,3-葡聚糖)含量较高(图1)。
图1:β-葡聚糖化合物的结构
在海藻中提取β-葡聚糖的方法,多是利用糖易溶于水的特性,首先用水提法浸取,并用乙醇沉淀、分离,最后纯化成为多糖。
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二、从海藻中提取β-葡聚糖的生物活性
一些海藻的细胞壁含有褐藻糖化合物,在具有特殊离子调节功能,在很多陆生植物中是找不到的。此外,这些化合物被用作抗氧化剂、凝血剂、抗癌剂、消炎剂、免疫系统刺激剂,事实证明,对水产养殖业的效果都非常好。
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三、β-葡聚糖的免疫刺激机制
虾没有独特的免疫系统,它们对病原体的免疫只依赖于自然免疫,包括:物理屏障(主要就是甲壳)、体液免疫和细胞免疫。
虾体内的细胞分为三类:无颗粒细胞、半颗粒细胞和颗粒细胞。Cerenius和Söderhä(2004)的研究认为:β-葡聚糖通过识别蛋白质,尤其是PRP:LGBP(脂多糖和β-1,3-葡聚糖结合蛋白)和βGBP(β-葡聚糖结合蛋白),识别而刺激黑色素化和细胞吞噬功能(图2)。
图2:β-葡聚糖刺激虾的非特异性免疫机制
当β-葡聚糖刺激细胞时,会发生一些变化,导致释放几种免疫酶:原酚氧化酶,丝氨酸蛋白酶,过氧化物酶和α2巨球蛋白。接下来,在胰蛋白酶样丝氨酸蛋白酶(SP)的刺激下,将proPO系统从非活性状态激活为酚氧化酶(PO)。PO是一种含有铜元子的酶,是o -羟基化单酚和二酚氧化奎宁的催化剂。PO的主要功能是将酪氨酸化合物转化为二羟基苯丙氨酸和多巴胺。在黑色素化过程中,黑色素会覆盖细菌/异物,并将这些物质排出体外,达到抵制病原体的目的。
黑素化过程发生在颗粒细胞中,而吞噬作用主要发生在无颗粒细胞、半颗粒细胞中。在这个过程中,产生了氧原子(O-)、羟基(OH-)和双氧水(H2O2),并产生是一种强氧化剂,可以杀死致病菌。而在这个时候,超氧化物歧化酶(SOD)、葡聚糖过氧化物酶(GPx)和过氧化氢酶(CAT)的活性也增加了,以平衡细胞吞噬作用产生的强氧化自由基。
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四、β-葡聚糖的应用与展望
为了准确的研究海藻中提取的β-葡聚糖化合物,对养虾实际会产生什么影响,研究人员进行了多项研究。,
Chotigeat等人(2004)也研究了从匍枝马尾藻(Sargassum polycystum)中提取到β-葡聚糖,对2种不同大小(5-8g和12-15g)的斑节对虾虾进行了实验。结果表明,以400mg葡聚糖/1kg饲料/1天的剂量喂养5-8g虾,在感染白斑病毒10天后,存活率提高了46%;对于体重为12–15g,以剂量为200mg葡聚糖/1kg饲料/1天喂虾,感染白斑病毒11天后存活率提高到93%,吞噬指数为2.36±1.28,而对照组为0.83±0.6。作者还表明,β-葡聚糖化合物具有抗菌性,对大肠杆菌、葡萄球菌和哈维弧菌抑制的浓度最低(MIC)为12.0mg/mL。
Hou和Chen(2005)还研究了从江蓠属的海藻当中提取到β-葡聚糖,通过剂量为4-6µg/g的剂量喂食虾时,可以刺激南美白对虾的免疫系统。该结果显示,2小时后,对虾的白细胞(THC),PO,超阴离子的数量与对照组相比显着提高(p
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