大豆異黃酮在反芻動物生產中的應用

李忠秋

(黑龍江省農業科學院畜牧研究所,哈爾濱 150086)

大豆異黃酮(Soybeanisoflavone)是一類從大豆中分離提取出的具有多酚結構混合物的統稱,是大豆生長過程中的一種次級代謝產物,最主要的兩個有效成分是大豆黃酮(Daidzein)和染料木素(Genistein)。研究表明,大豆異黃酮屬異黃酮植物雌激素(Phytoestrogen),具有弱的雌激素雙向調節作用,還具有抗腫瘤、預防骨質疏松、抗氧化、抗溶血與保護血管等多種生理功能。近年來,國內外研究者對大豆異黃酮在反芻動物生產上的應用效果進行研究,發現其具有明顯的生物活性,能改善瘤胃微生物消化代謝、促進生長、改善繁殖性能、促進乳腺發育和泌乳、提高免疫力等生理作用,逐步成為研究熱點,被認為是一種具有廣闊應用前景的新型飼料添加劑。

1 大豆異黃酮的來源與分布

大豆異黃酮作為大豆的功能性組分之一,是大豆生長過程中形成的一類次生代謝產物,屬生物黃酮中的一種,也是一種植物雌激素。自然資源中大豆異黃酮的資料十分有限,只限于豆科的蝶形花亞科、莧科、薔薇科、尾科、桑科等極少數植物中,在大豆中不同部位的含量差異較大,主要分布于大豆種子的子葉和胚軸中,種皮中含量極少,80%～90%的異黃酮存在于子葉中,濃度為0.1%～0.3%。胚軸中含異黃酮種類最多且濃度最高,為1%～2%,但由于胚軸只占種子總重量的2%,因此盡管濃度很高,所占比例卻很少(10%～20%)。Kudou等[1]報道在成熟的大豆種子中特別是下胚軸(包括胚根和胚芽)中異黃酮含量相當豐富,而在其子葉中含量卻很低,種皮中含量更少。另外,在嫩葉中異黃酮含量較低,在老葉中也沒有特殊的積累[2],而在根部特別是根尖中主要含有染料木素及其復合體,且光線對根部異黃酮分布有一定影響,黑暗中根尖的異黃酮含量有很大減少,而在子葉中卻有所升高[3]。

研究表明,大豆異黃酮含量除了與大豆種子各部位有關外,還受遺傳因素的影響,不同大豆品種中的異黃酮含量和種類分布有很大差別。孫君明和丁安林[4]研究表明,大豆異黃酮含量遺傳具有數量性狀遺傳特點,受一個主效基因和多個微效基因控制。他們分別對日本、巴西、中國和韓國的大豆品種進行異黃酮含量分析,結果表明,不同大豆品種中異黃酮含量存在顯著差異,在一些早熟品種中異黃酮含量很低,而在一些中晚熟品種中異黃酮含量接近正常[5-6]。環境因素對大豆中異黃酮含量和種類分布的影響主要通過種植年份、種植季節和種植地區來反映,其中種植年份對異黃酮總含量和各類分布的影響更為顯著。不同種植地區對大豆中大豆異黃酮總含量和各類分布也有一定的影響,異黃酮含量與地理環境中的緯度和海拔高度呈正相關,與經度呈負相關;在高水肥條件下,種子中異黃酮含量有降低的趨勢;隨發育時間的增加,異黃酮含量逐漸提高;大豆種子隨儲藏時間的增加,異黃酮含量逐漸降低。同時大豆生長所處環境的溫度、光照以及土壤肥力等均對大豆中異黃酮含量有不同程度的影響。

2 大豆異黃酮對反芻動物的作用

2.1 對生長性能的影響

關于大豆異黃酮的促生長作用機制,韓正康[7]認為可能是大豆異黃酮的弱雌激素能與下丘腦、垂體等的受體不同程度地結合,影響動物神經內分泌系統,促進雄性動物的睪酮生成和釋放增強;同時,也影響其生長軸,使垂體的生長激素(GH)生成和釋放增加,刺激GH-R和IGF-I生成。睪酮是促進雄性動物蛋白質合成代謝的激素,GH也具有直接促進肌肉蛋白合成的機能,而且GH還可通過肝臟GH-R影響IGF-I的生成途徑。大豆異黃酮既能提高GH水平,也能促進GH-R的發育,從而使IGF-I水平顯著增高。而其對肌肉組織強大有增長作用,致使動物生長加速。

楊國宇等[8]的研究表明,水牛經十二指腸瘺管灌注大豆黃酮后,可使血液睪酮水平上升,同時提高瘤胃微生物蛋白(MCP)、總揮發性脂肪酸(TVFA)和氨氮(NH3-N)水平,而各酸比例沒有明顯變化,由此可以推斷大豆黃酮可能通過升高血液和瘤胃液的睪酮水平,強化了瘤胃微生物的代謝活動,在一定程度上有可能改善反芻動物的生長性能;陳杰等[9]對雄性湖羊連續7d皮下注射異黃酮類雌激素(100 mg/kg體重),血清睪酮水平明顯增加,雄性水牛經十二指腸瘺管灌注異黃酮類雌激素(500 mg/d),連續12 d,血清睪酮、瘤胃細菌蛋白、揮發性脂肪酸和氨態氮顯著增加;與馬海田等[10]應用大豆黃酮在雄性去勢山羊上取得的試驗結果基本一致。飼料中的異黃酮植物雌激素一方面可能直接影響瘤胃微生物的主要消化酶活性,從而對瘤胃消化代謝發揮調控作用;另一方面,也可能經過瘤胃內微生物的代謝作用由胃腸道進入血液,通過體內內分泌水平變化間接影響機體的生理機能。

2.2 對繁殖性能的影響

大豆異黃酮在結構上與哺乳動物的17β-雌二醇相似,都具有雌激素的活性基團——二酚羥基,生物活性相當于雌二醇的10-3～10-5倍,可與生物體內子宮或乳腺細胞的雌激素受體(ER)結合而表現為較弱的雌激素活性和抗雌激素活性的雙重作用。異黃酮類植物雌激素與雌激素受體的結合試驗表明,染料木素與雌激素受體結合力最強,大豆黃酮次之,芒柄花素最弱,美皂異黃酮則沒有親和力,但有弱雌激素活性,其中染料木素活性最高的原因,可能與其在A環C5位多一個羥基有關[11]。一般說來,異黃酮在內源性雌激素水平較低時表現為雌激素激動劑的作用,例如誘發發情或促進乳腺發育;而當體內雌激素水平偏高時,它與雌激素受體結合后就表現出抗雌激素的作用。

牛、羊采食適當濃度的大豆異黃酮可以提高反芻動物的繁殖力[12]。Kaplandkio用牛顆粒細胞體外培養試驗證明,低劑量的染料木素和美皂異黃酮可以促進牛顆粒細胞中孕酮的合成,而高劑量則呈現抑制作用。Lundh報道,過量攝食大豆異黃酮豐富的豆科牧草對母畜產生的繁殖危害[13]。通常情況下單胃動物不太可能接觸過量的異黃酮化合物,而放牧的草食家畜由于放牧不當,采食含異黃酮較高的青草、青貯等飼料,吸收過量的異黃酮進而導致垂體和卵巢之間的正常激素調節紊亂,或者抑制垂體促性腺激素的分泌,可導致母畜暫時或永久性不孕。由于異黃酮在各種動物體內吸收代謝途徑的差異和激素受體不同,各種動物對異黃酮的激素敏感性也不同,羊比牛要敏感,大量攝入異黃酮后,羊出現不育癥狀,而牛一般不易出現不育癥狀。

2.3 對泌乳性能的影響

乳腺發育是動物泌乳生理過程的首要環節,主要受下丘腦、垂體神經內分泌系統的調控。研究發現反芻動物過量采食含有異黃酮的豆科牧草,非懷孕母羊和閹公羊的乳頭增長,甚至導致泌乳的現象,可見大豆異黃酮具有促進乳腺發育和促進泌乳的作用。用適量的異黃酮類化合物飼喂奶牛,在泌乳期可增加奶產量100 kg[14];劉德義等[15]在奶牛日糧中添加60 mg/kg的大豆異黃酮,結果極顯著地提高了奶牛產奶量;這個結果與楊建英等[16]以20 mg/kg大豆黃酮日糧飼喂泌乳中期奶牛對產奶性能影響的結果一致。艾曉杰等[17]報道,添加異黃酮類雌激素后,初乳(第3天)中的蛋白質和脂肪含量較對照組分別提高30.11%和18.94%;常乳中的蛋白質和脂肪含量略高于對照組。大豆異黃酮對乳成分的影響主要是提高蛋白質和脂肪含量,改善初乳品質。

大豆異黃酮具有微弱的雌激素活性,能與子宮的雌二醇受體結合。而植物雌激素的雌激素效應或抗雌激素效應的發揮取決于其與內源性類固醇雌激素的競爭平衡作用。在分娩之后,泌乳啟動,但乳腺的發育要延續到哺乳的早期[18],因此在泌乳期內,奶牛的產奶量與母體的雌激素水平密切相關。對于一些雌激素水平較低的個體,弱的雌激素物質占據雌二醇受體會產生雌激素效應。由于牛、羊體內的類固醇雌激素水平循環濃度較低,因此在日糧中添加大豆異黃酮會產生雌激素效應。

2.4 對機體免疫水平的影響

Wang等[19]試驗發現,大豆異黃酮與染料木素對免疫系統(尤其是T淋巴細胞)的雌激素受體有相似的親和力,大豆異黃酮能顯著促進脾淋巴細胞及其IL-2和IL-3的產生,而相同劑量的染料木素卻沒有顯著影響。研究表明,大豆異黃酮等植物雌激素可促進和誘導淋巴細胞的轉化與增殖,維護淋巴細胞的生長,使其ANAE陽性率顯著提高。初胎荷斯坦乳牛注射大豆異黃酮后采取血樣,用放射免疫法測定血漿中促甲狀腺激素(TSH)、T3和胰島素的含量[20],結果表明,產后17d T3水平高于未注射期;促甲狀腺激素(TSH)水平僅在添喂大豆異黃酮后的第7天低于未注射期,其余時間均高于未注射期;胰島素水平均高于未注射期。Adams[21]報道,大豆異黃酮可通過抑制酪氨酸激酶活性來調節胰臟β-細胞的胰島素分泌。董淑麗等[22]研究報道,大豆異黃酮具有雌激素樣作用,能刺激大腦垂體分泌GH,能明顯提高血清及乳中睪酮水平,表明奶牛整體和乳腺器官的體液免疫功能明顯增強;乳中PRL水平顯著高于血清中水平。泌乳晚期奶牛注射20 mg/kg大豆異黃酮,可明顯提高奶牛半抗原刺激產生的特異性免疫應答反應,乳和血液中IgA提高60%和33.4%[23]。

大豆異黃酮類雌激素不僅對機體的細胞免疫、體液免疫和非特異性免疫功能有影響,還能通過直接作用于免疫器官(胸腺和脾臟)或各種免疫細胞上的雌激素受體,調節垂體生長激素(GH)和催乳素(PRL)的分泌,通過GH和PRL促進胸脾上皮組織合成和分泌胸腺素,間接調節免疫功能;同時降低體內生長抑素(SS)含量,解除SS對免疫細胞的抑制作用,進而提高動物的免疫機能。

3 結語

綜上所述,大豆異黃酮具有廣泛的生物活性,飼料中大豆異黃酮可以直接影響瘤胃微生物的消化酶活性,對瘤胃消化代謝發揮調控作用,并可通過胃腸道影響血液循環,從而影響機體的生理功能,促進反芻動物乳腺的發育、增加泌乳量、提高免疫性能和繁殖性能,在反芻動物的生產上具有廣闊的應用前景。

[1]Kudou S,Fleury Y,Welti D,et al.M alonyl isoflavone glycosides in soybean seeds(Glycime max MERRILL)[J].Agric Biol Chem,1991,55⑼:2227-2231.

[2]Morris P F,Savard M E,Ward E W B.Identification and accumulation of isoflavonoids and isoflavone glucosides in soybean leaves and hy pocotyls in resistance response to physiological and molecular[J].Plant Pathology,1991,39⑶:229-244.

[3]Graham T L.Flavonoid and isoflavonoid distribution in developing soybean seeding tissues and in seed and root exudutes[J].Plant Physiol,1991,95:594-603.

[4]孫君明,丁安林.大豆異黃酮含量及影響因素的評價[J].中國糧油學報,1998,13⑵:10-13.

[5]K Kitamura,K Igita,A Kikuchi,et al.Low isoflavone in some early maturing cultivars,so-called“Summer type Soybean”(Glycinemax(L.)Merrill)[J].Japan J Breed,1991,41:651-654.

[6]孫君明,丁安林,張艷.大豆異黃酮的研究概況[J].大豆科學,1995(2):160-166.

[7]韓正康.異黃酮植物雌激素調控動物神經內分泌及生產性能的研究[J].中國農業科技導報,1999(1):61-66.

[8]楊國宇.IFV-D對反芻動物內源性睪酮水平及瘤胃消化代謝的影響[C]//中國畜牧獸醫學會動物生理生化學分會.畜禽優質高產生物調控研討會論文摘要匯編.河北昌黎,1994:29.

[9]陳杰,楊國宇,韓正康.大豆黃酮對反芻動物血清睪酮和瘤胃消化代謝的影響[J].江蘇農業研究,1999,20⑵:17-19.

[10]馬海田.異黃酮類植物雌激素對動物生長的機理及其吸收機制的研究[D].南京:南京農業大學博士論文,2005.

[11]Draper C R,Edel M J,Dick I M,et al.Phytoestrogens reduce bone loss and bone resorption in oophorectomized rats[J].J Nutr,1997,127:1795-1799.

[12]韓正康.異黃酮植物雌激素對雌性動物生殖、泌乳和產蛋的影響及其作用機制探討[J].畜牧與獸醫,2005,37(6):1-3.

[13]Lundh T.Metabolism of estrogenic isoflavones in domestic animal[J].Proc Soc Exp Biomed,1995,208⑴:33-39.

[14]Tucker,H A.Physiologica control of mammary g rowth,lactogenesis and lactatlom[J].J Dairy Sci,1981,64:1403-1421.

[15]劉德義,周玉傳,陸天水,等.大豆黃酮對奶牛產奶量和乳脂率及飼料轉化率的影響[J].中國畜牧雜志,2004,40⑷:31-32.

[16]楊建英,張勇法.大豆黃酮對奶牛產奶量和乳中常規成分的影響[J].飼料研究,2005(6):30-31.

[17]艾曉杰,吳曉林,朱勇琪,等.大豆黃酮對荷斯坦牛乳中蛋白質和脂肪含量的影響[J].中國奶牛,2005(6):19-21.

[18]劉根桃,鄭元林,陳偉華,等.妊娠后期母豬飼喂大豆黃酮對泌乳性能及初乳中激素水平的影響[J].南京農業大學學報,1999,22(1):69-72.

[19]Wang J,Han Z K.Effects of daidzein on muscule growth and some hormone levels in rats.Second international symposium on the role of soy in preventing and treating chronic disease[C].Brusells Belgium,1996:15-l8.

[20]鄭元林,韓正康,陳杰,等.大豆黃酮對綿羊肝臟氦代謝及其有關激素水平的影響[J].南京農業大學學報,2001,24⑶:57-60.

[21]谷利偉,谷文英.新型生長調節劑——異黃酮類植物雌激素[J].飼料工業,2000,21(12):26-28.

[22]Adams N R.Detection of the effects of phytoestrogens on sheep and cattle[J].J Anim Sci,1995,73:1509-1515.

[23]董淑麗,鄧雯,文鳳云.新型綠色高效飼料添加劑大豆異黃酮[J].畜禽業,2004(1):26-27.

[24]Frank A,Custer L,Custer L,et al.Dietary isoflavonoids and their roles as cancer protective agents[A].International Conference on Phytoes Lrogens[C]//Hilton Inn Little Rock Arkans.1993:17-20.