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、代谢和生物转化机制1.1赤霉酸的吸收和代谢1.2-谷和-zel的代谢产物主要代谢途径有两个阶段。第一步是恢复反应。zei首先与两种不同的立体异构体-或-混淆玉米-赤霉烯醇（zelenonol，zel）还原，然后继续还原至或-右环14吨酚（zel）。ZEA代谢的第1步是还原C-6′酮基,将ZEA还原为α-或β-ZOL,然后进一步还原C11-C12双键,产生α-或β-ZEL。因此,ZEA代谢产生的代谢产物至少有5种:ZEA、α-或β-ZOL、α-或β-ZEL。不同种类动物肝脏微粒体的比较试验表明,α-ZOL/β-ZOL随物种而异,对于猪和人,α-ZOL/β-ZOL很高,而家禽和反刍动物β-ZOL占优势。参与ZEA生物转化的主要器官是肠道和肝脏,此外,雌激素活性的靶器官也能转化ZEA,即类固醇代谢。甾类氢化酶、3α-或3β-羟基类固醇脱氢酶(3α-hydroxysteroiddehydrogenas,3α-HSD)被证实是催化此反应的酶。ZEA代谢的第2步是与葡萄糖醛酸结合。第1步代谢之后,ZEA及其代谢产物被尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶结合,这些共轭化合物随尿或胆汁排泄。ZEA在不同动物体内的代谢存在明显差别,在猪和兔,肝脏为主要代谢器官,ZEA在肝脏中被还原为α-或β-ZOL,然后再与尿和胆汁排泄物中的葡萄糖醛酸相结合。2玉米赤霉烯酮的毒性2.1激素受体抑制剂尽管ZEA和α-ZOL与17β-雌二醇相比,与雌激素受体的亲和力低100~1000倍,但是,ZEA和α-ZOL也是通过与雌激素受体作用激活雌激素敏感基因的转录,促进动情效果。2.1.1zea影响猪生殖ZEA对鼠、荷兰猪、地鼠和兔产生不同的雌激素效应如生殖力减弱、胚胎吸收增加、胎仔数降低,改变肾上腺、甲状腺和脑垂体腺重量以及改变血清黄体激素、雌二醇的含量。ZEA及其代谢产物能够引起很多种类雌性动物的雌激素过多症和生殖障碍。但是在所有种类动物中,猪对ZEA最敏感,而猪中青春期前的猪最敏感,因为ZEA在猪体内代谢产生的α-ZOL的雌激素活性是ZEA的92倍。较高剂量(50~100mg/kg)ZEA影响母猪受孕、排卵、胚胎定植、胎儿发育和新生儿的生活力,导致母猪一系列的生殖障碍包括诱发外阴阴道炎、阴道和直肠垂脱、初情期延迟及连续动情导致的不育、假孕、卵巢畸形和流产等。幼龄雌性仔猪以胶囊形式口服剂量分别为0、3.5、7.5或11.5mg/kgBW的ZEA,1周后服用ZEA的仔猪均发现外阴阴道炎和生殖道肿大。平均年龄为70d的约克夏种小母猪采食含ZEA2mg/kg[相当于0.08mg/(kgBW·d)]的饲粮,饲喂ZEA7d内便观察到外阴红肿。给初情期的青春期的母猪整个妊娠期分别饲喂含ZEA为0、3、6或9mg/kg[相当于0、0.12、0.24和0.36mg/(kgBW·d)]的饲粮,假孕的发病率增加,繁殖率降低,6或9mg/kgZEA处理窝产仔数下降。断奶仔猪采食含1.3mg/kgZEA的饲粮导致阴户明显红肿,并且伴随卵巢的组织病理学变化。2.1.2大鼠睾丸间细胞睾丸酮合成的影响因素大量研究已经证实,ZEA和α-ZOL对雄性动物的生育和生殖病理学具有负面影响,干扰精子的发生过程,诱导雄性猪雌性化,降低性欲。睾酮促进成年动物的精子发生、成熟和性功能。因此,破坏睾丸间细胞睾酮的生物合成对雄性动物的生育产生不利影响。ZEA及其代谢物通过减量调节细胞色素P450侧链分裂酶(P450scc)和3β-HSD-1降低鼠睾丸间质细胞睾酮的合成,从而影响精子的发生过程。公猪摄入9mg/kgZEA的饲粮后,精液总量、精液的凝胶自由体积和总活精数有降低的趋势。研究证实,皮摩尔水平的α-ZOL和ZEA就能够对精子染色质结构的稳定性和活力产生负面影响,而微摩尔水平的β-ZOL才能对精子活力产生负面影响。2.2zea促进细胞生长ZEA导致DNA断裂、微核形成以及DNA加合物的形成,ZEA的基因毒性造成DNA以及结构的损伤,抑制蛋白质、DNA的合成和干扰细胞分裂周期,引起DNA复制受阻,接着抑制细胞增殖。给小鼠经腹腔注射2mg/kgZEA的试验也证实了肾脏和肝脏中出现DNA共价内转。ZEA毒素在1~15μg/mL细胞悬液浓度范围内就能够引起细胞DNA损伤,并存在明显的剂量反应关系。ZEA使乳腺癌细胞MCF-7上调基因数目多于下调基因数目,而且上调基因多数是促进细胞增殖的基因,而下调基因多为促进细胞凋亡的基因,提示ZEA对肿瘤细胞的生存活力有促进作用。值得一提的是,ZEA能够激活内源性逆转录病毒和促进相关肿瘤抗原的表达,说明ZEA在肿瘤的发生中可能起着始发作用。ZEA不仅影响DNA,还影响染色体的正常结构。94μmol/LZEA及其衍生物增加牛卵母细胞的染色体异常。2.3zea单次给药对外周血单核细胞增殖的抑制作用ZEA被认为是真菌污染物中最常见的毒素,采食被真菌毒素污染的食物对人类和动物健康构成很大的威胁。即使是在剂量很低的情况下,α-ZOL也表现出显著的抑制细胞增殖的作用。体外试验表明,ZEA对植物凝集素和美洲商陆有丝分裂原刺激的淋巴细胞均具有抑制作用,而且这种抑制作用具有剂量依赖性。通过流式细胞术和细胞活力检测,表明30μg/mL的ZEA对没有处理或经分裂原处理的人外周血单核细胞均具有显著的致坏死作用。MTT法评定细胞的活力证实,α-ZOL在卵母细胞减数分裂过程中表现出负面作用,而β-ZOL只有在高浓度时对卵母细胞减数分裂才表现出负面作用。2.4zea影响免疫调节功能机体的免疫系统包括免疫器官、免疫细胞及免疫分子3大类。凡是能够影响免疫器官正常结构和功能、影响免疫细胞的数量和组成、干扰免疫分子分泌和产量的因素均能影响动物的免疫功能。脾脏为动物体内主要的免疫器官,与体液免疫和细胞免疫均有密切关系。其发育的状态或其与体重的比值(指数)直接影响动物的免疫调节功能。高剂量(40mg/kgBW)ZEA显著降低小鼠脾脏淋巴细胞数,导致脾细胞肿胀、脾脏坏死灶、白髓萎缩和红髓肿胀,诱导免疫系统损伤,显著降低小鼠IgA、IgG含量和降低小鼠外周血CD3+、CD4+、CD8+和CD56+计数,影响体液免疫反应,诱导免疫系统损伤。ZEA、α-ZOL和β-ZOL能够诱导免疫细胞的细胞毒性,10-5mol/LZEA及其代谢物抑制牛的嗜中性白细胞、抑制丝裂原诱导的B、T淋巴细胞的增殖。由于对ZEA的免疫毒性研究报道相对较少,ZEA对免疫细胞及免疫器官造成毒害的作用机理还需进一步研究。2.5zea对乳腺癌细胞mcf27、t49d细胞增殖的影响尽管就ZEA是否能引发肿瘤,一直来都很有争议,但是越来越多的研究结果表明,ZEA能刺激某些组织、器官癌细胞的生长。研究发现它能增加实验小鼠肝腺瘤和垂体腺瘤的发生率,并有剂量-反应关系。此外,在患乳腺癌或乳腺增生的人的子宫内膜中能检出ZEA,而正常子宫内膜中则没有,提示ZEA可能与乳腺癌发生有关。ZEA对乳腺癌细胞MCF27及T47D细胞增殖的研究结果也表明,ZEA可模拟雌激素作用,促进雌激素依赖性乳腺癌细胞MCF27及T47D细胞增殖,是一种有效的促有丝分裂因子。ZEA在1μmol/L浓度以上对HaCaT细胞的GJIC功能就有明显的抑制用,提示它可能是一种促癌物。将50nmol/LZEA加入到乳腺癌MCF-7细胞中发现,ZEA可以显著地增加细胞色素酶的活性及其mRNA的表达,而细胞色素酶已证明是乳腺癌病因形成的主要机制,因此表明ZEA有较强的致癌性。3作物的预防霉菌及相关的霉菌毒素是食品污染的重要影响因素,毒素通过污染植物或者饲料,对随之产生的植物性产品和动物性产品产生极大的影响。预防的3个步骤分别为:第1步应该在任何霉菌进入之前进行;第2步应该在霉菌侵入植株内并开始繁殖的过程中进行;第3步就是在作物已经被鉴别有严重的污染时进行。由于霉菌一旦产生,用常规的方法是很难将其完全除掉的,因此,应该花更多的精力在前2个环节上。3.1生物炭对土壤污染物的影响在霉菌侵入植株体内及开始繁殖之前,预防霉菌的产生最有效的方法包括轮作、耕地、种植时间、育种和转基因技术、生物化学技术以及作物种类和品种等。镰孢菌(霉)属孢子从发育成熟的镰孢菌(霉)的孢子囊中释放出来,可以经风广泛传播,最终停留在土壤中。霉菌的子囊孢子是禾本科霉菌中侵染玉米类作物穗部最严重的一类,植株残体是禾本科真菌的最重要寄生场所,因而容易引起禾本科的赤霉病。因此,轮作可以有力地控制镰孢菌(霉)属对植物的污染。耕地使土壤表层的10~30cm土壤被倒转,能够减少镰霉菌对下一种植作物的传染。镰霉菌对玉米的侵染不仅取决于作物的易感性,还取决于有利感染的条件的发生。当作物的开花期正好赶上孢子的释放期时,污染更容易发生。在温和气候区的玉米或早熟作物通常只有较低的污染。植物育种被认为是控制易感作物被镰霉菌侵染的最佳方法,高抵抗力的品种其品质和农艺学性状可以防止被侵染。一些针对镰孢菌的生物化学药剂可以有效地杀死镰孢菌。杀菌剂也应用于研究土壤中的真菌以降低土壤病原菌的含量。用玉米赤霉分别对14个近亲交配和4个单杂交杂种的玉米进行接种,结果杂交种对毒素产生的抵抗力低于近亲交配种,表明谷物品种和霉菌的繁殖具有非常显著的差异。3.2影响zea含量的因素收获和收获后真菌毒素的控制取决于天气和气候、植物生理阶段和储存条件。降雨量、温度和湿度对食物或饲料中ZEA浓度的影响报道不尽一致,很可能是因为这些影响因素很难被人为控制。一般而言,在降雨量多、潮湿气候条件下,镰孢菌属真菌污染严重的样品ZEA产生量高,尤其是高湿、寒冷的气候条件。在温度接近冰点的长时间内或温度冷暖交替的条件下有利于玉米和其他谷物中ZEA含量的增加。ZEA不仅在玉米生长的大田里产生,储存过程也能产生ZEA,尤其是收获时降雨量太多造成储存前干燥不彻底。储存空气中二氧化碳含量为20%~60%,而氧气含量仅为20%或5%时,谷物即使在高湿的条件下,ZEA的产生几乎也能全部被抑制。3.3玉米中真菌毒素的应用污染颗粒的物理处理方法常见的有分选、洗涤和热处理。破损的谷粒比完整的含有高出10倍的霉菌毒素。清洗颗粒外表和消除破损的谷粒,以减少或避免孢子,从而减少对健康谷物的污染。这种方法对预防镰孢菌等真菌毒素特别有效。此外,玉米粒在离开存储筒仓时,采用筛选和重力分选技术也可减少60%的烟曲霉毒素B1和烟曲霉毒素B2。对猪而言,漂洗和冲洗技术的结合可以有效地减少霉变玉米中呕吐毒素和ZEA的含量。利用减压的自来水洗涤谷物颗粒,可以显著地降低霉菌污染物中的霉菌毒素含量。Castells等报道,在120~160℃下挤压人为污染的粗碾玉米,ZEA的含量降低66%~83%;含烟曲霉毒素B1和烟曲霉毒素B2为2.5mg/kg的玉米粉,在190℃加热60min后,烟曲霉毒素B1和烟曲霉毒素B2减少超过70%,在220℃加热25min时可以减少100%。3.4复合羧酸类化合物eaγ辐射、添加谷物防腐剂和消毒剂以及生物处理都是常用的处理污染颗粒的化学方法。γ辐照已经被试验证明可以减少种子、食物、饲料中的真菌孢子污染,减少已经产生的霉菌毒素,且样品中ZEA污染浓度越高,ZEA的降解率越大;真空条件下ZEA降解率最高;样品水分含量越高ZEA降解率越高。丙酸和复合有机酸等谷物防腐剂和消毒剂均能完全防止霉菌的生长,但是复合有机酸降低磨碎谷物中ZEA的程度依赖于有机酸的使用剂量。在单端孢霉烯族毒素类中,12,13-环氧环起主要毒性作用。因此,反刍动物瘤胃中的微生物或从瘤胃内容物中分离出的真杆菌的脱氧环作用可以显著地减少毒素。从白蚁后肠中分离的酵母菌株,并确定为毛孢子菌属,具有使动物饲料中ZEA钝化的作用。但是这些微生物方法也具有以下局限性:酶的高度特异性难以满足污染物的大量变种;由于在消化道内的反应时间很短,这就要求酶的浓度和反应条件必须是最适合的;代谢产物的毒性也必须低于自然状态的毒素。计成等综述的黄曲霉毒素生物降解的研究及前景展望给我们提出了霉菌毒素降解的新思路。3.5用有机化合物作为动物体内的研究在最近的15年进行了大量关于吸附剂的研究,一些天然和合成的化合物可以吸附霉菌毒素,降低其在动物体内的毒性,如水合硅铝酸钙钠、沸石、酵母细胞壁等,目前饲料厂家和养殖场主要通过该方法来解决霉菌毒素的污染问题。3.5.1zea的生物处理大多数有关应用吸附剂减轻真菌毒素中毒症的研究集中在铝矽酸盐上,主要包括沸石、水合铝矽酸盐钙钠和含有铝矽酸盐的黏土[包括铝酸盐、硅酸盐及其一些可交换的离子(碱金属和碱土金属)]。多聚硅酸盐中的蒙脱石是其中1个主要代表,它们是无机多孔材料包含硅酸盐四面体环,每个硅分子带有1个正电荷,被4个带负电荷的氧所包围,即产生层状结构。真菌毒素可以被吸附到多孔结构上从而被带电电荷束缚。吸附的效果将取决于颗粒大小和毒素的电荷以及黏土的结构。改良的黏土是与烷基铵化合物进行阳离子交换制成的有机黏土,这对雌激素ZEA有相当有效的吸附作用。膨润土主要是由蒙脱石类矿物组成的黏土,也能够有效结合ZEA,建议将其作为目前食物中钝化ZEA的首选吸附剂。向污染ZEA的饲粮中添加水合铝矽酸盐钙钠,能够避免水貂的繁殖障碍。研究表明水合铝矽酸盐钙钠能够预防生产和试验动物的真菌中毒症,显著降低奶、粪和尿中毒素代谢物的排泄量。ZEA极性的降低是影响吸附剂与毒素亲和力的主要原因,用长链有机阳离子表面活性剂对蒙脱石等无机吸附剂进行修饰,增加矿物质表面的疏水性,可以有效改善其对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、燕麦纤维能降低大鼠中ZEA的雌激素效果,但对其作用机制没有任何解释。后来研究发现很多有机物质如酵母提取物、腐殖酸、活性炭、消胆胺等均具有吸附功能。酿酒酵母的细胞壁提取部分能够结合大量的真菌毒素。腐殖酸具有良好的结合毒素的能力。活性炭由于具有吸附性,已有试验证实活性炭能结合几种真菌毒素包括黄曲霉毒素、棒曲酶素、烟曲霉毒素、赫曲毒素A、ZEA和呕吐毒素。然而,活性碳的实际应用受技术(形成粉尘和颜色发黑)和营养(影响矿物质、维生素和其他养分的吸收)的限制。体外试验证实,消胆胺对ZEA具有很强的亲和力,能够快速形成消胆胺-ZEA复合物,在24h内很稳定,而且不受pH和温度的影响。此外,具有协同作用复合吸附剂(矿物吸附剂+酵母+活菌+海藻提取物)为霉菌毒素的降解提供了新的思路。4zea的药代动