元素硒对水产动物影响的研究进展

王梦杰 陈建华 王海华

(1.淮海工学院海洋生命与水产学院/江苏省海洋生物技术重点实验室，江苏连云港 222005；2.江西省水产科学研究所/农业部湖泊渔业资源环境科学观测实验站，江西南昌 330039)

硒作为一种必需的微量元素，最早由瑞典科学家Berzelius于1817年发现并命名，它对动物的生长发育起至关重要的作用。在20世纪40年代以前，硒一直作为有毒物质所被人关注[1]。直到1957年，Shcwarz等的研究发现硒可以防止营养性肝坏死，对保护肝脏起到重要的作用，人们才逐渐意识到硒是动物体内一种重要的营养元素[2]。1996年Clark研究指出，日常膳食中以富硒酵母作为硒源补充硒的摄入，可以使癌症的发病率、死亡率下降50%左右[3]。至此硒的营养价值才受到学术界的重视。

一般动物体内硒含量为20～50 μg/kg，所有组织均含有硒，且机体硒含量以肝、肾、皮毛中的最高，肌肉、骨、血液中次之，脂肪中最低[4]。在水产动物中，硒同样被证明能有效地提高免疫功能和抗氧化能力，同时微量元素硒还能促进水产动物生长和提高产品质量。硒的缺乏会引起含硒酶活性降低，导致氧自由基清除受阻，生物膜损伤，解毒和免疫功能减退等一系列机体的功能障碍。硒也能通过影响激素的分泌与降解调节动物体的蛋白质、核酸、脂肪、碳水化合物和维生素以及微量元素等营养物质的代谢。

1 硒对水产动物生长性能的影响

甲状腺激素的水平高低对水产动物的生命代谢活动起着很重要的调节作用[5]。四碘甲状腺原氨酸(T4)是甲状腺的主要分泌产物，是甲状腺激素的非活性形式；T4通过脱碘酶生成三碘甲状腺原氨酸(T3)，即为甲状腺激素的活性形式。硒以硒半胱氨酸(Sec)的形式存在于脱碘酶的活性中心，从而间接影响着水产动物的生长性能。Arthur等[6]的研究表明硒促进动物生长和蛋白质合成的主要途径是通过提高血液中T3的水平来提高生长激素的合成与分泌。

金明昌[7]在对幼鲤的研究中证明，日粮中硒添加量的增多能增加幼鲤的成活率；当硒添加量为0.4mg/kg时，幼鲤增重率比对照组提高了19.9%，生产性能最佳(P<0.05)。在对草鱼(Ctenopharyngodonidellus)的饵料中添加不同浓度纳米硒的研究结果来看，纳米硒组增重率、肥满度比对照组分别提高了25.7%和1.89%，表明硒对水产动物的生长有促进作用[8]。梁萌青等[9]研究发现饲料中缺硒会对鲈鱼(Lateolabraxjaponicus)的生长产生抑制作用，但随着饲料中硒水平的提高，鲈鱼的生长状况得到显著改善，而且硒添加量为0.4 mg/kg时鲈鱼的生长性能达到最佳状态。

2 硒对水产动物抗氧化功能的影响

水产动物在生命活动中不断产生的自由基会对酶、蛋白质分子乃至整个细胞产生危害，是引发脂类氧化造成机体损伤及衰老的主要原因之一[10]。谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)可以催化还原型谷胱甘肽(GSH)产生氧化型谷胱甘肽(GSSG)，使有毒的氧化物还原成无毒的羟基化合物和水，同时促进过氧化氢的分解，以达到保护细胞膜的结构及功能不受过氧化氢损害的作用。GSH-Px的活性中心是Sec，从而机体硒水平可以反映GSH-Px活性。在水产动物中，存在着4种主要的含硒谷胱甘肽过氧化物酶同工酶，即胞质GSH-Px、胃肠道GSH-Px、血清GSH-Px和磷脂氢GSH-Px。其中，胞质GSH-Px、血清GSH-Px和磷脂氢GSH-Px在不同组织中广泛存在。

Monteiro等[11]对头石脂鲤(Bryconcephalus)的研究中指出硒水平的提高可以抑制磷脂过氧化，提高鱼鳃和肌肉中GSH-Px活性，保护机体免受甲基对硫磷诱导的氧化应激影响。胡俊茹等[12]在对黄颡鱼(Pelteobagrusfulvidraco)幼鱼的抗氧化能力的研究中证明，全鱼硒含量和肝脏GSH-Px活性随着硒含量的增加而升高，二者与饲料硒含量呈正相关。杨原志等[13]在对军曹鱼(Rachycentroncanadum)幼鱼的研究中得出相似结论，硒水平显著影响肝脏GSH-Px含量及血清GSH-Px活性，肝脏和血清GSH-Px活性随着硒水平的升高呈先升高后稳定趋势。罗莉[14]研究了硒代蛋氨酸和亚硒酸钠对湘云鲫鱼抗氧化能力的影响。结果指出：日粮中添加硒能显著提高湘云鲫鱼血清GSH-Px和超氧化物歧化酶(SOD)活性,降低脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量；并且硒代蛋氨酸在提高全鱼和肝胰脏硒含量及机体抗氧化能力的作用方面明显好于无机硒。龙萌等[15]在酵母硒对团头鲂(Megalobramaamblycephala)的抗氧化活力的研究中得出，当酵母硒添加量为0.25 mg/kg和0.50 mg/kg时，GSH-Px活性与对照组相比分别提高了17%和20%。

3 硒对水产动物免疫功能的影响

头肾和脾脏是鱼类的主要免疫器官，头肾主要是造血和分泌功能，脾脏是鱼类红细胞、中性粒细胞和线粒白细胞生产、贮存和成熟的主要场所。硒以Sec的形式存在于硒蛋白中发挥其生物学作用，在水产动物中硒蛋白几乎能调节所有机体代谢的活性氧簇(ROS)和氧化还原状态，从而对机体炎症反应和免疫应答产生重要影响[16]。中性粒细胞通过产生ROS参与杀伤外源微生物，但ROS同样会杀伤中性粒细胞，GSH-Px通过清除ROS参与了中性粒细胞的保护系统[17]。缺硒会使淋巴器官变得结构疏松，吞噬细胞和淋巴细胞数目减少，网状细胞增生，导致不同程度的免疫抑制或衰退。缺硒时，白细胞GSH-Px活性降低，白细胞杀死微生物能力降低，从而降低水产动物的免疫力。硒本身没有丝裂原作用，不能引起T淋巴细胞的转化，只能增大T淋巴细胞或脾细胞对丝裂原刺激的转化能力，同时增强T淋巴细胞的细胞毒作用[18]。

在用一定浓度的爱德华菌(Edwardsiellaictaluri)对斑点叉尾鮰(Ictaluruspunctatus)进行毒性攻击的实验中，鱼体抗体的生成随饲料中硒浓度升高而升高，并且硒蛋氨酸或硒酵母均能提高巨噬细胞趋势化反应能力[19]。沈振华[20]发现在亚硝酸盐胁迫下，饲料补充硒对中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)幼蟹的非特异性免疫性能的影响的研究中，幼蟹的生长性能、抗氧化能力、渗透压调节以及免疫抗病能力在高pH胁迫下会造成不良影响，而硒含量的增加可提高机体抗氧化能力，增强机体非特异性免疫抗病力。凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)饲料中添加不同浓度硒，当硒含量为1.6～3.2 mg/kg时，体长10 cm以上的凡纳滨对虾肌肉SOD、GSH-Px和碱性磷酸酶(AKP)活性有明显的增强作用，并且表现出剂量效应关系，硒含量过高或过低都会降低这三种酶的活性，证明硒有增强凡纳滨对虾免疫力和抗病力的功能[21]。王蔚芳等[22]以皱纹盘鲍(HaliotisdiscushannaiIno)为研究对象，当饲料中硒添加量为2.63 mg/kg时血清中的谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)达到最大值并且不再升高，并且在添加量分别为0.88mg/kg和1.55mg/kg时超氧化物歧化酶(SOD)、酚氧化酶(PO)和溶菌酶(LSZ)的活力分别达到最大值并且都随着硒含量的增加呈显著降低趋势，实验证明了饲料中的硒能够显著地影响机体免疫功能。

4 硒与维生素E的协同作用

维生素E是一种非特异性的生物抗氧化剂，通过结合在细胞膜上使细胞受自由基的进攻和过氧化的损伤。硒通过GSH-Px的形式阻断自由基对抗体的损伤，硒有助于维生素E的吸收和利用，并协同维生素E维持细胞的正常功能和细胞膜完整性[23]。但是两者不可互换，因为其发挥功能的部位不同，维生素E在细胞外起抗氧化作用，硒是在细胞内发挥作用[24]。

Poston等人[25]在大西洋鲑(Salmosalar)的研究中，硒与维生素 E同时存在能显著降低幼鱼死亡率；刚孵化的仔鱼使用缺硒及维生素E的饲料饲喂4周后的死亡率为49.6%，单独使用加硒或维生素E的饲料不能降低死亡率，只有两者同时添加，死亡率才可显著降低(28.4%)。相似的结果在刺参(Apostichopusjaponicus)的研究中也得到证明，使用含维生素E和富硒酵母的饲料时，在基础饲料中分别添加0mg/kg和250mg/kg维生素E，每个维生素E水平下分别添加0mg/kg、100mg/kg、300mg/kg、600mg/kg富硒酵母；各组饲料饲喂刺参8周以后，用灿烂弧菌(Vibriosplendidus)对刺参进行攻毒。结果表明，饲料中无维生素E时，刺参累计死亡率随硒添加量增加而降低，而当饲料中添加维生素E时，各加硒组刺参累计死亡率显著低于对照组[26]。在万敏等人[27]对皱纹盘鲍(HaliotisdiscushannaiIno)的研究中，通过在饲料中添加维生素E和不同水平的硒，显示二者对皱纹盘鲍血清中GSH-Px、谷胱甘肽还原酶(GR)和过氧化氢酶(CAT)的活力都有不同程度的交互作用。

5 硒对水产动物的毒性作用

硒作为动物体内必需的微量元素，机体对其的需求量和产生毒性的浓度之间的范围很窄。水产动物细胞中摄入过高水平硒，硒会取代细胞中的硫，导致蛋白质合成紊乱，蛋白质功能丧失，硒也会在食物链中积累，从而对机体造成损害。在还原反应中，Se4+可以自动地与4个—SH反应，由于硒掺到两个硫原子中间形成—S—Se—S—的三硫桥化合物，破坏含—SH酶的天然结构，使其活性降低或丧失[28]。研究发现，低浓度硒主要以消除自由基为主，表现出有益的机体反应；而在较高浓度时则会产生ROS，产生细胞毒性[24]。

Hilton等人[29]研究发现，在养殖温度15 ℃，以11.4 μg/g的硒添加量，连续喂养虹鳟(Oncorhynchusmykiss)16周，会出现鱼体重量减轻、死亡率增加的现象。通过解剖及生理生化研究发现，90%的虹鳟发生钙质沉积，肝肾中镁和钙含量明显增加，镜检也发现过度补硒造成的肾脏损伤。梁萍等[30]报道了Se4+和Se6+对文昌鱼(Branchiostomabelcheri)的毒理效应及生长发育的影响。结果发现，较低浓度的Se4+可明显地促进文昌鱼的生长，而在高浓度环境下，Se4+的毒性大于Se6+。通过组织学观察，发现文昌鱼的中毒器官主要是鳃、肠和肌肉。Tashjian等[31]通过在白鲟(Acipensertransmontanus)幼鱼饵料中添加硒蛋氨酸，当硒浓度超过20.5 μg/g时，肝脏和肾脏发生组织病理学的改变。Li等[32]以青鱂(Oryziaslatipes)为研究对象，比较了纳米硒和无机硒的毒性的研究，结果发现纳米硒可在鱼体内具有更高的蓄积浓度，进而表现出更强的毒性。

6 有机硒与无机硒

硒主要是以有机硒和无机硒两种形式存在，无机硒主要以亚硒酸盐和硒酸盐等形式存在，两者均具有毒性，亚硒酸钠的毒性略强于硒酸钠的毒性。由于两者均具有不易被吸收利用的特性，所以不适合作为人和动物的直接硒源物质来使用。而有机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。无机硒主要以Se4+被动扩散进入动物体内，而有机硒是以氨基酸的形式所被动物主动吸收；无机硒在肠道吸收很快就被还原成硒化物，而有机硒与血浆蛋白结合后运输到肝合成硒蛋白，硒蛋氨酸和Sec随机分布于蛋白质中，蛋白质的周转使硒蛋氨酸和Sec成为游离的氨基酸库，供所需硒蛋白合成，所以有机硒比无机硒更能被机体有效吸收利用[33]。

王国霞等[34]分别以不同硒源(无机硒和酵母硒)处理的饲料喂养罗非鱼(Oreochromisspp.)幼鱼，研究不同硒源对其生长的影响。结果显示，饲料中适量添加硒可改善罗非鱼肉质，增加硒含量，以组织中的沉积量为评价指标，罗非鱼对酵母硒的利用效果好于无机硒。吴东等[35]在添加无机硒和昆虫蛋白硒对克氏螯虾(Procambarusclarkii)吸收利用的研究中，各组虾肉的水分含量、pH1、pH24和滴水损失各组间差异不显著，虾肉(风干态)中硒含量，1.50mg/kg和3.00mg/kg组相较于对照组差异极显著(P<0.01)，昆虫硒蛋白较无机硒在克氏螯虾体内沉积率高171.15%～218.18%。

7 硒蛋白分子

Rotruck等[36]在1973年从老鼠血液中发现硒是红细胞谷胱甘肽过氧化物酶活性的重要影响因素。同时，研究人员还发现了I型碘甲状腺原氨酸脱碘酶(ID)、硫氧还蛋白还原酶(TR)等多种含硒蛋白，构成其活性主要体现在Sec[37，38]，而Sec的遗传密码子是UGA，UGA同时又是三个终止密码子之一。在转译的过程中，需要有一个茎环结构的Sec插入序列SECIS来识别UGA作为Sec的密码子而不是遗传密码子[39]。目前，在哺乳动物体内至少发现了35种硒蛋白，其中人类含有25种，但是在水产动物中的研究报道却很少[40]。

张鑫等[41]首次从杂色鲍(Haliotisdiversicolor)中克隆出硒结合蛋白1(SBP1)基因序列，且利用高温、缺氧和副溶血弧菌感染等对杂色鲍进行应激措施。结果显示，不同应激条件都会造成SBP1在不同组织中表达量的显著变化，说明SBP1在杂色鲍的免疫反应中可能扮演着重要角色。Song等[42]利用表达序列标签(EST)和RACE技术从栉孔扇贝(Chlamysfarreri)中克隆出硒结合蛋白cDNA序列，并用微生物感染刺激，结果刺激后SBP的表达量逐渐上升，SBP在介导海洋无脊椎动物的抗氧化机制和免疫应答方面起重要作用。

8 展望

人体摄入的硒几乎全部都是来源于外界食物，而鱼肉易于消化吸收，可以作为很好的硒源[43]。虽然硒在人类和畜禽中的生物学特性和功能的研究已非常丰富，但在水产动物中的研究才刚刚开始，无论是从研究数量还是质量上都还非常不足。综合目前文献综述，硒蛋白是硒作用于机体的关键，在哺乳动物和人类的研究较为深入，而对鱼类免疫功能的影响研究报道较少；同时有机硒的作用效果明显好于无机硒，但有机硒成本过高，应通过科学手段降低有机硒成本或提高无机硒的吸收利用率。此外，硒蛋白的分子生物学研究、新型硒源(如纳米硒)对水产动物的影响等研究有待深入，这对于进一步了解硒元素的作用机理是一个很好的研究方向。