收稿日期:2007-12-05;修订日期:2008-01-21作者简介:王金昌(1975-),男,硕士研究生,研究方向:生物技术。第26卷 第2期2008年4月江 西 科 学
JIANGXI SCIENCEVo.l26No.2Apr.2008
文章编号:1001-3679(2008)02-0252-05
玉米赤霉烯酮的毒害及脱毒
技术的研究进展
王金昌,涂祖新,王小红,杨一兵
(江西省科学院微生物研究所,南昌市应用微生物重点实验室,江西 南昌330029)
摘要:玉米赤霉烯酮是由镰刀菌产生的一种对人畜有害的霉菌毒素,介绍了玉米赤霉烯酮的毒害及其脱毒技
术的最新研究进展。
关键词:玉米赤霉烯酮;毒害;脱毒技术
中图分类号:S513 文献标识码:A
TheDevelopmentofResearchonZearalenone.ToxicityandDetoxification
WANGJin-chang,TUZu-xin,WANGXiao-hong,YANGY-ibing
(InstituteofMicrobiology,TheKeyLaboratoryofApplyingMicrobiology,
JiangxiAcademyofSciences,JiangxiNanchang330029PRC)
Abstract:ZearalenoneisoneofthemostwidelydistributedmycotoxinsproducedbyFusariumSpe-
cies,whichdoesharmtoanimalsandhumans.Thearticleisintendedtointroducetherecentdeve-l
opmentofresearchinzearalenones'toxicityanditsdetoxicatingtechnology.
Keywords:Zearalenone,Toxicity,Detoxicating
0 玉米赤霉烯酮简介
玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEN)为白色晶
体,其化学名为6-(10羟基-6氧基-十一碳烯
基)B-雷锁酸内酯,分子式C18H22O5,其化学结
构如图1所示,熔点161e~163e,不溶于水,
溶于碱性溶液、乙醚、苯及甲醇、乙醇等。现在已
经发现ZEN至少有15种产物,其中2条主要代
谢途径是与葡萄糖醛酸结合,还原为玉米赤霉烯
醇(Zearalenone,ZEL),ZEL有2种非对应的异构
体A和B,A-ZEL熔点较低(168e~169e),
而B-ZEL熔点较高(174e~176e)[1]。ZEN
主要产毒菌株为禾谷镰刀菌,此外,粉红镰刀菌、
尖孢镰刀菌、三线镰刀菌、串珠镰刀菌、黄色镰刀菌以及雪腐镰刀菌等也能产生ZEN。
图1 ZEN的化学结构图
1 玉米赤霉烯酮毒性
ZEN广泛存在于霉变的玉米、高粱、小麦等
谷类作物和奶制品中,具有很强的生殖毒害和致
癌性。
1.1 ZEN的生殖毒害
大多数动物对ZEN都比较敏感,如:猪、肉牛、绵羊、鸡和火鸡等。ZEN可对雌性动物的生
殖系统造成毒害,并通过胎盘的吸收从母体传给
胎儿,损害幼体的健康甚至造成流产。国外早在
1962年就有因喂饲霉变玉米而引起母猪乳房肿
大、阴户肿大及流产现象的报道。张永红等报告
了发生在内蒙古扎旗北部山区的一种不明原因乳
房肿大症病因学研究结果,从1988年3月至1986
年6月间在仅有711人的2个村里发生乳房肿大
病人92例,与此同时,病区猪也有乳房肿大、流
产、死胎和产仔畸形现象。现场调查、干预试验、
动物实验和毒素检测结果表明病区荞麦中ZEN
的超常聚集是致病的根本原因[2]。
另外,ZEN还对雄性动物的生殖系统造成破
坏,导致睾丸癌,隐睾病,尿道下裂和减少精液质
量。JianYing等研究了ZEN及其代谢产物ZEL
对老鼠精液质量、受精能力和睾丸激素浓度的负
面影响。他们在成年雄鼠腹膜内连续7d按0
mg/kg、25mg/kg、50mg/kg、75mg/kg的剂量注
射ZEN或A-ZEL,然后让其与未经注射ZEN或A-ZEL成年雌鼠交配,结果发现变态的精子增
加了、精子的活力下降了和受孕降低了。与未受
ZEN处理的雄鼠相比,受ZEN或A-ZEL处理后
的雄鼠附睾重量减少了[3]。而且ZEL比ZEN表
现出更高雌激素活力,Hitomi等通过比较它们与
人ERAandErB受体的亲和力,结果发现ZEL比
ZEN表现出更高的与人ERAandErB受体的亲和
力。ZEN与人ERA和ERB受体结合的IC50值分
别为240.4nM和165.7nM,而ZEL与人ERA和
ERB受体结合的IC50值分别为21.79nM和42.76
nM[4]。
1.2 ZEN的致癌性
ZEN有致癌性,能导致DNA收敛、染色体失
常,从而产生遗传方面的危害。孙剑寒等研究发
现ZEN能通过活化人甾体激素和外源化学物受
体诱导细胞色素P4503A4(CYP3A4)转录表
达[5]。严继承等研究发现ZEN在1Lmol/L,以上
就能抑制细胞间隙连接通讯功能,提示它在一定
条件下可能有促癌作用[6]。ZEN会结合到人的
雌激素受体和刺激人乳腺癌细胞生长,免疫学研
究表明ZEN在人体内有致癌性[7]。
此外,ZEN常与其它真菌毒素协同作用,对
人畜的产生毒害作用。James等研究了脱氧雪腐
镰刀菌烯醇deoxynivalenol(DON)、ZEN和烟曲霉毒素fumonisinB1(FB1)3种毒素结合对人肠道细胞Caco-2的DNA甲基化、染色体断裂和细胞活
性影响。在中性红实验中,毒素混合物降低发现
细胞活力按下列顺序增加:[FB1+ZEN]<[FB1
+DON]<[ZEN+DON]<[FB1+DON+ZEN];
ZEN与DON的混合增加脂质过氧化;ZEN、DON
和FB1都能引起染色体断裂,三者混合物则能引
起染色体断裂更严重[8]。
2 玉米赤霉烯酮的污染情况
镰刀菌的最适生长温度在24e~32e,最
适湿度为40%。玉米、小麦、大麦和燕麦都易受
到玉米赤霉烯酮的污染,其中小麦污染最为严重。
对世界上近20个国家的谷物和动物饲料中的真
菌毒素含量做了一个调查,发现大多数国家的谷
物和动物饲料中都不同程度地受到ZEN的污染。
我国多数地区,雨量充沛,相对湿度较高,玉米等
谷物饲料极易在生产、收获、加工、运输和贮藏等
环节受到霉菌污染。
王若军等分别从华南、华北和华中的饲料厂、
仓库及客户手中采集了109个饲料样品,使用酶
联免疫法测定各样品中ZEN的含量,ZEN的阳性
检出率高达100%[9]。李荣涛等采用单克隆抗体
生物免疫技术和荧光光度仪测定提取样品中
ZEN的含量。结果表明,ZEN广泛存在于我国储
备粮小麦和玉米中,其阳性检出率达到了
100%[10]。邓舜洲等应用抗ZEN单克隆抗体建
立的竞争间接ELISA方法对江西省部分猪场的
45份猪全价饲料中ZEN的含量进行了检测,结
果67%样品的ZEN含量大于100ng/g[11]。
3 玉米赤霉烯酮脱毒技术
Arpad于1999年提出真菌毒素脱毒的基本
准则[12]:(1)毒素必须被失活破坏)))转化成无
毒的物质;(2)真菌的孢子和菌丝体必须被破坏,
没有新的毒素产生;(3)产品的营养价值不能被
严重的破坏;(4)不能改变产品的物理和感官状
态成分;(5)必须经济实用。
玉米赤霉烯酮的脱毒技术,根据其作用原理
可分为2类,一种是物理吸附脱毒法,另一种是生
物转化脱毒法。
3.1 物理吸附脱毒法
物理吸附法是利用各种吸附剂吸附玉米赤霉
烯酮,从而达到脱毒的目的。
研究表明,通过酶解的方法从酵母的细胞壁#253#第2期 王金昌等:玉米赤霉烯酮的毒害及脱毒技术的研究进展提取出的葡甘露聚糖可以结合饲料、谷物中大部
分的ZEN[13]。张丽霞等用酶碱法提取的葡聚糖
吸附ZEN,实验结果表明:在反应条件B-D-葡
聚糖10Lg/mL,ZEN40Lg/mL、37e、200r/
min,振荡2h吸附量最大可达到2.69Lg/mg葡
聚糖[14]。徐学明用自制的交联-羧甲基复合物
变性葡聚糖吸附ZEN,吸附量达到18.643Lg/
mg,高于酵母葡聚糖的吸附量2.296Lg/mg[15]。
Dakovic'等研究了表面分别覆盖20mmol/
100g、50mmol/100g、100mmol/100g十八烷基
二甲基苯甲基铵离子的3种沸石在pH=3、pH=
7、pH=9时对ZEN的吸附情况。结果发现在pH
=3的条件下,沸石对ZEN呈线性等温线吸收。
在pH=7和pH=9的条件下,沸石对ZEN呈非
线性等温线吸收。不同pH条件下,呈现不同形
状的ZEN等温吸收线表明对ZEN的吸收机制与
ZEN在溶液中的状态有关。在pH=3的条件下,
ZEN不带电荷,疏水的ZEN吸附到沸石的疏水表
面;在pH=7的条件下,石炭酸盐存在于水溶液
中,在pH=9的条件下ZEN呈带负电荷的离子状
态[16]。Aleksandra等研究用经八癸基二甲苯甲基
铵离子修饰了的天然沸石和斜发沸石吸附ZEN
的实验,结果发现未经修饰的沸石对疏水的被离
子化的ZEN吸附率很低,且这种吸附率随有机金
属的沸石表面疏水性增加而增加[17]。
Samir等研究发现老鼠按40mg/kg体重的剂
量喂食ZEN,结果显示明显降低了老鼠的胆固
醇、总蛋白、白蛋白、甘油三酯、白细胞数量、免疫
球蛋白IgA与IgG和T淋巴细胞的数量,但明显
增加了尿酸和尿素的含量和引起肾脏退化。按
400mg/kg体重的剂量喂食页硅酸盐粘土处理老
鼠,能明显提高老鼠的免疫学、生物化学和组织学
参数,表明页硅酸盐粘土能紧密结合和固定
ZEN,因而有效减少ZEN对老鼠的危害[18]。
Ramos等研究用非营养型吸附剂吸附ZEN,以减
轻ZEN对动物的毒害作用。研究发现交联聚乙
烯吡咯烷酮能吸收率为313.7LgZEN/g,微晶高岭
土吸收率为192.2LgZEN/g,膨润土吸收率为112.
4LgZEN/g,海泡石吸收率为74.37LgZEN/g,三硅
酸镁吸收率为22.61LgZEN/g,其中消胆胺吸收率
最高,5%的消胆胺在pH=7.5、温度37e下振荡
1h,可使ZEN的含量大为降低[19]。Sonia等研
究了桂皮油、丁香油、牛至油、柠檬香草油抑制镰刀菌的积累ZEN的效果,结果发现效果很差,只有在特定的条件下才有效果[20]。Giuseppina等模
仿猪肠道环境条件的办法研究了活性炭和消胆胺
吸附ZEN的效果,添加2%的活性炭,就能使ZEN
的吸附率从32%降低到5%;添加2%消胆胺就
能使ZEN的吸附率从32%降低到16%[21]。
3.2 生物转化脱毒法
生物转化脱毒法是进行生物转化,将玉米赤
霉烯酮变成无毒的产物,是一种全新的脱毒技术,
这种技术的先进性在于:(1)能将ZEN彻底分解
而不会有毒性物质残留;(2)特异性高,只针对
ZEN起作用而不会破坏饲料和原料中的其它成
分,不会降低饲料的营养价值;(3)对ZEN特别有
效,采用酯类水解酶能将ZEN的球形结构打开而
变成直链形结构,使它不能与雌激素受体结合,从
而消除它造成的高雌激素症。
Orsolya等从白蚁肠道中分离到了一株酵母
菌,发现是毛孢子菌属中的一个新成员,具有
ZEN降解能力[22]。Jan等发现Gliocladiumroseum
能产生针对ZEN的特异性内酯酶,它能催化ZEN
水解,去碳酸基。ZEN及其衍生物当浓度低于10Lg/ml时能抑制丝状真菌的生长,而Gliocladium
roseum的生长不会受到ZEN的抑制,其内酯酶可
能使Gliocladiumroseum免受ZEN的抑制,通过
插入潮酶素抗性基因失活了zes2,zes2基因失活
的菌株不能水解ZEN的内酯键,变得对ZEN敏
感了[23]。Michihiko等为了寻找新的内酯水解酶,
用外消旋的泛酰内酯作底物筛选了许多种微生
物,发现AgrobactgeriumtumefaciensAKU316能高
效、特异地水解泛酰内酯,这种酶也表现出能特异
地水解镰刀菌属的内酯[24]。Hideaki等从土壤和
植物中筛选到Clonostachyssp,发现它有很强的降
解ZEN能力[25]。Jnos发现以根霉属菌和毛霉
菌为代表丝状真菌在液体培养基中具有降解
ZEN的能力,鉴定与ZEN降解有关的酶和基因,
把降解基因转达移到其它微生物可用于饲料的脱
毒[26]。Naoko等克隆了ZEN内酯水解酶zhd101,
并在大肠菌表达,结果重组的大肠杆菌表现出很
强的水解内酯酶的能力[27]。Michihiko等对Fu-
sariumoxysporumAKU3702的内酯水解酶基因进
行了分析,根据内酯水解的氨基酸序列设计PCR
引物,结果扩增产物长大约1000bp,进一步分析
发现它含有5个内含子,6个外显子[28]。Tomoko
等把zhd101转化到玉米,结果玉米也表出对ZEN
的降解能力[29]。#254#江 西 科 学2008年第26卷