| 利用益生菌保护鱼肠道菌群并缓解由重金属引起的生理毒性 | |
| ApurvaKakade | |
| Subtype | 博士 |
| Thesis Advisor | 李祥锴 |
| 2021-12-05 | |
| Degree Grantor | 兰州大学 |
| Place of Conferral | 兰州 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Degree Discipline | 微生物学 |
| Keyword | 重金属 毒性 氧化应激 组织损伤 益生菌 免疫测定 肠道微生物群落 |
| Abstract | 由于重金属 (HMs)对动物和人体的毒性作用，水生生态系统重金属污染成为全球关注的问题。欧洲、非洲、美洲和亚洲国家大部分的淡水生态系统都受到污水处理厂和/或径流排放的含重金属（HM）废水的污染。在中国，由于主要来自皮革制造和石油工业以及农业和家庭来源的废弃物大量排放，黄河（YR）也遭受着严重的污。铬（Cr）、铜（Cu）、镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）和锌（Zn）是在黄河中经常被检测到的重金属（HMs）。通过水生食物网，鱼类往往可获得极高的营养，这也使得重金属（HMs）不可避免的在它们的体内积累。重金属累积往往会造成一些严重的毒性（例如氧化应激、炎症反应、组织破坏、肠道微生物紊乱），并可能最终导致死亡。由于鲤鱼的高经济和食物价值，其分布广泛，尤其在亚洲国家。由于对食物的高需求，中国广泛培育鲤鱼和鲢鱼。这些鲤鱼在重金属污染的黄河（YR）中的存活表明它们对多种重金属（HMs）具有抗性。因此，探究它们在多种重金属（HMs）胁迫下的耐受及响应机制将是个有意义的研究方向。目前，有效的方法和技术可以减少水生环境中的重金属（HMs）。然而，鉴于污染的范围及数量，这些现有的方法往往效果有限。因此，有必要寻求合适的替代方法去除鱼体内的重金属（HMs）。益生菌的使用已经发展成为一种适用的方法，因为它们能够从肠道中清除重金属（HMs），避免其在体内积累，这被称为肠道修复。 本论文主要研究了铬（Cr）、镉（Cd）、铜（Cu）混合物对鲤鱼（Cyprinus carpio）的毒性效应。研究中选择的重金属浓度是基于本研究期间在黄河（YR）中检测到的重金属（HMs）水平和范围。研究了包括重金属（HMs）累积、氧化应激、组织损伤、细胞因子以及肠道微生物变化在内的毒性。为了研究食用性益生菌乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）和屎肠球菌（Enterococcus faecium）（单一和联合益生菌喂养）对毒性的降低效果，还对肠道微生物的变化进行了深入研究。 在本研究的第一部分中，将鲤鱼（C. carpio）暴露于浓度为0.05-3.2 mg/L的铬（Cr）、镉（Cd）和铜（Cu）的混合物中28天。通过重金属（HM）积累、组织学、氧化应激和肠道微生物变化来研究混合重金属毒性。结果表明，铬（Cr）的积累量最高，镉（Cd）的积累量最低，并且随重金属（HMs）浓度的增加而增加。组织中，肾脏的吸收量最大，其次是鳃、肠、肌肉，最后是鳞片。肾脏和鳃中的活性氧（ROS）生成量最高，所有暴露组在第14天之前都有所增加，但在第28天之后有所下降，而超氧化物歧化酶（SOD）水平则有所升高。从第7天到第28天，丙二醛（MDA）浓度也增加，而总蛋白（TP）呈相反趋势。高浓度（0.8和3.2 mg/L）下的鳃组织出现了一些严重损伤，如初级鳃片升高和解体，次级鳃片缩短。同时，肾脏表现为肾小球坏死、鲍曼囊扩张和肾小管间隙扩张。在较高浓度下，变形菌门、厚壁菌门，和梭杆菌门的丰度发生了显著变化。在0.8 mg/L处理组中，变形菌门占大多数（59.4%），而在3.2 mg/L处理组中，厚壁菌占微生物群落的99.16%。 第一项研究的结果表明，铬（Cr）在组织中的最大累积量显示其可能是导致混合重金属（HM）毒性的主要物质，导致高氧化应激、组织损伤和肠道微生物失调。这些有毒物质可能会导致鱼类死亡。在过去几年中，在饲料中加入益生菌被认为是去除重金属（HMs）和降低动物模型（如小鼠和鱼类）毒性作用的成功方法。乳酸菌（LAB）是常用的益生菌，因为其抗致病性、免疫调节以及重金属（HM）修复特性。据报道，乳酸菌（如乳酸杆菌和芽孢杆菌）可显著降低单一重金属（HM）对鱼类的毒性。乳酸乳杆菌和屎肠球菌最近也被鉴定为抗重金属（HM）的益生菌，然而，它们在多种重金属（HMs）胁迫下的潜力和性能尚未被探索。 因此，在铬（Cr）、镉（Cd）和铜（Cu）混合物存在下，评估了乳酸乳杆菌（LC）和屎肠球菌（EC）对鲤鱼的毒性降低能力。这两种益生菌在鲤鱼暴露于浓度范围为0.8-1.6 mg/L的HMs混合物中28天期间，通过单次和联合方法口服给药。该范围是根据第一次研究选择的。通过重金属（HMs）去除、氧化应激和免疫测定、组织学和肠道微生物群落分析，评估EC和LC的毒性缓解能力。LC单独喂食组显示鲤鱼中重金属（HMs）吸收显著减少，其次是LC+EC组。在两组中，重金属降低效果一致，为肠道≥肌肉>血液>鳃>肾脏。氧化应激分析结果表明，LC喂养组鲤鱼组织中超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）含量较低，而总蛋白（TP）含量较高。LC组，促炎细胞因子TNF-α和趋化因子IL-8的生成也低于其他组。在低浓度重金属（HMs）时，抗炎细胞因子IL-10的表达升高。与对照组相比，0.8 mg/L的重金属浓度时，LC组的组织似乎更健康，但在较高浓度下仅部分恢复。肠道微生物群落研究表明，变形菌门是所有组中最主要的门，其丰度在0.8 mg/L浓度下较低（高达44%），而在1.6 mg/L浓度下则高达61%。继变形菌门之后，梭杆菌门和厚壁菌门的相对丰度在0.8 mg/L和1.6 mg/L浓度下分别为34-36%和19-34%。 本研究的主要结果表明，重金属（HMs）的毒性是C. carpio中重金属积累量增加的结果。三种重金属中，铬（Cr）表现出最大的积累趋势，其次是铜（Cu）和镉（Cd）。被吸收的重金属（HMs）通过血液输送到全身，并在不同的组织中积累。高积累导致组织损伤和死亡。益生菌乳酸乳杆菌（LC）比屎肠球菌（EC）表现出更好的重金属（HMs）去除效果，且仅在较低浓度（高达0.8 mg/L）时去除效果较好。乳酸乳杆菌（LC）通过减少重金属（HM）在体内的吸收（主要是在肠道和肌肉中）来逆转毒性作用。乳酸乳杆菌（LC）细胞表面和重金属（HMs）之间的螯合作用大大减少了它们的吸收，并增加了通过粪便的排泄。在存在多种重金属（HMs）的情况下，螯合作用可能取决于周围重金属浓度和益生菌细胞表面结合位点的可利用性。 本研究发现，乳酸乳杆菌（LC）喂养的鱼的肠道和肌肉组织中重金属（HMs）的去除率较高，这表明该益生菌可作为鱼类食品的补充剂。在未来的研究中，可以采用基因插入或细胞表面展示技术等基因工程方法来提高乳酸乳杆菌（LC）的重金属去除潜力，尤其是在较高浓度（>0.8 mg/L）下。此外，粪肠球菌（EC）对重金属（HMs）的去除率较低，需要进一步探究。本研究中的重金属（HMs）去除效率可通过提高这两种益生菌与其他益生菌或酵母（如酿酒酵母）组合进一步改善。在含有益生菌的食品中加入益生元（植物纤维）也有助于改善益生菌的抗重金属效应。 |
| Pages | 125 |
| URL | 查看原文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | https://ir.lzu.edu.cn/handle/262010/493200 |
| Collection | 生命科学学院 |
| Affiliation | 生命科学学院 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | ApurvaKakade. 利用益生菌保护鱼肠道菌群并缓解由重金属引起的生理毒性[D]. 兰州. 兰州大学,2021. |
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