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在热带和温带地区,环境温度经常超过30℃,家禽易遭受热应激造成巨大的经济损失,蛋鸡在产蛋期(约300天)受到热应激损失更大。尽管已证实热应激影响蛋鸡产蛋率,但热应激影响蛋鸡卵泡发育影响的机制尚未完全清楚。卵泡发育缓慢甚至闭锁,可能与引起细胞凋亡的通路相关,而激活FasL/Fas和TNF-α信号通路均可引起各种组织的细胞凋亡;但蛋鸡遭受热应激时,是否会通过激活这两个系统诱导卵泡细胞凋亡从而降低产蛋率尚无报道。所以,研究FasL/Fas和TNF-α系统在热应激影响蛋鸡卵泡发育中的作用机理,对缓解蛋鸡热应激提高蛋鸡生产性能具有重要理论意义。
本研究首先建立蛋鸡热应激模型,在模型基础上检测分析了热应激5天后对蛋鸡卵泡发育、蛋鸡卵泡颗粒凋亡、Fas和TNF-α系统激活、诱导氧化损伤、应激相关激素分泌等方面的影响,并进行了解除热应激后蛋鸡生产性能与卵泡恢复情况的研究,为临床解除热应激的影响提供理论依据。主要试验结果如下:
(1)蛋鸡热应激模型的建立。选用32周龄海兰褐蛋鸡,通过产蛋率、死亡率、促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)、皮质酮(Cort)等指标确定热应激的模式、温度与时间。首先进行了热应激模式与温度的筛选确定在35-37℃温度下连续热应激,试验鸡各项指标符合模型建立的要求;随后在此条件下热应激7天(S1-S7),检测和分析发现,S5天试验鸡的各项指标基本稳定;因此,确定热应激模型条件为:35-37℃连续热应激5天。
(2)热应激对蛋鸡卵泡发育的影响。依据蛋鸡热应激模型结果,检测热应激对蛋鸡卵泡发育的影响。各级卵泡数量统计发现,热应激组大白卵泡(LWF)和小黄卵泡(SYF)数量与对照组差异不显著(P>0.05),但大黄卵泡(LYF)和等级卵泡(Hie)数量显著减少(P<0.05)。从热应激第3天到恢复期第6天,应激组母鸡的产蛋率显著低于对照组(P<0.05);从恢复期第7天开始产蛋率逐步恢复到对照组水平。结合本研究的分类标准推测:S3-5、R1-3、R4-6时间段产蛋率的显著下降是由于发生了等级卵泡、LYF、SYF的应激损伤。
(3)热应激对蛋鸡卵泡颗粒凋亡的影响。细胞凋亡是引起卵泡发育受阻的重要作用机理之一,因此通过TUNEL、流式细胞术等方法检测蛋鸡卵泡颗粒凋亡情况,同时开展相关凋亡蛋白与基因检测。研究发现,热应激组蛋鸡SYF和LYF卵泡颗粒细胞的凋亡率显著高于对照组(P<0.05);应激组SYF和LYF卵泡颗粒细胞Caspase-3蛋白水平显著升高(P<0.05);应激组SYF和LYF卵泡颗粒细胞Bcl-2基因表达及Bcl-2/Bax比值显著低于对照组(P<0.05);综上,说明热应激显著诱导了蛋鸡卵泡颗粒细胞的凋亡。
(4)热应激导致蛋鸡卵泡颗粒细胞凋亡通路研究。依据网络药理学方法初步探索Hsps蛋白家族参与调节细胞凋亡的相关机理;检测蛋鸡卵泡颗粒细胞中凋亡相关系统Fas和TNF-α的蛋白水平变化,探究热应激导致蛋鸡卵泡颗粒细胞凋亡的机理。结果显示:CDK1等10个Hsps家族蛋白参与了蛋鸡细胞凋亡,但尚需进一步验证;热应激组蛋鸡SYF和LYF卵泡颗粒细胞中FasL、TNF-α和TNFR1蛋白表达量显著升高(P<0.05),SYF和LYF卵泡液中FasL和TNF-α的浓度显著升高(P<0.05),说明热应激激活了蛋鸡卵泡中的Fas和TNF-α系统。
(5)热应激诱导氧化损伤的研究。热应激通常首先导致氧化应激,所以本研究进行了蛋鸡血清和卵泡中SOD、MDA等氧化指标的检测。结果显示,热应激组蛋鸡血液TAS水平较对照组有所降低,但差异不显著;热应激组血液、小黄和大黄卵泡中SOD水平较对照组均显著降低(P<0.05);MDA水平在血液、小黄、大黄卵泡中均显著升高(P<0.05);说明热应激导致了机体氧化应激。
(6)热应激对应激相关激素分泌的影响。为分析热应激对应激相关激素的影响,检测了蛋鸡卵泡中雌二醇(E2)和孕酮(P4)激素含量,以及血清与卵泡中CRH和皮质酮含量。结果显示,热应激组蛋鸡SYF和LYF中E2的浓度均显著低于对照组(P<0.05);LYF中P4浓度显著高于对照组(P<0.05),但SYF中P4较对照组差异不显著(P>0.05);热应激组LYF中的E2/P4比值显著低于对照组(P<0.05),这与哺乳动物闭锁卵泡中的E2/P4比值显著下降一致。热应激组血清、小黄和大黄卵泡CRH较对照组均显著升高(P<0.05);皮质酮水平也显著升高(P<0.05)。
(7)解除热应激对蛋鸡生产性能与卵泡发育影响的研究。为分析解除热应激后蛋鸡生产性能与卵泡发育的恢复情况,检测了蛋鸡各级卵泡数量、蛋品质和皮质酮分泌量。结果显示,应激组LWF和SYF数量较对照组差异不显著,LYF与等级卵泡在R7天即恢复到对照组水平;蛋重和蛋壳强度在R5天基本恢复但不稳定,到R11天后恢复到对照组水平;皮质酮检测发现,R7天已恢复到正常水平但有波动,R12天时恢复到了正常水平;在R7和R12天对小黄卵泡进行切片HE染色,未发现S5天时出现的水肿和空泡变性。可见,解除热应激7天后卵泡发育与生产性能基本恢复。
综上所述,热应激导致了蛋鸡血液和卵泡中CRH与皮质酮的升高,继而发生卵泡氧化应激,激活了Fas/FasL和TNFα/TNFR1信号通路,降低了E2/P4比值导致卵泡颗粒细胞凋亡,从而导致卵泡发育受阻或闭锁,产蛋率降低。
本研究首先建立蛋鸡热应激模型,在模型基础上检测分析了热应激5天后对蛋鸡卵泡发育、蛋鸡卵泡颗粒凋亡、Fas和TNF-α系统激活、诱导氧化损伤、应激相关激素分泌等方面的影响,并进行了解除热应激后蛋鸡生产性能与卵泡恢复情况的研究,为临床解除热应激的影响提供理论依据。主要试验结果如下:
(1)蛋鸡热应激模型的建立。选用32周龄海兰褐蛋鸡,通过产蛋率、死亡率、促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)、皮质酮(Cort)等指标确定热应激的模式、温度与时间。首先进行了热应激模式与温度的筛选确定在35-37℃温度下连续热应激,试验鸡各项指标符合模型建立的要求;随后在此条件下热应激7天(S1-S7),检测和分析发现,S5天试验鸡的各项指标基本稳定;因此,确定热应激模型条件为:35-37℃连续热应激5天。
(2)热应激对蛋鸡卵泡发育的影响。依据蛋鸡热应激模型结果,检测热应激对蛋鸡卵泡发育的影响。各级卵泡数量统计发现,热应激组大白卵泡(LWF)和小黄卵泡(SYF)数量与对照组差异不显著(P>0.05),但大黄卵泡(LYF)和等级卵泡(Hie)数量显著减少(P<0.05)。从热应激第3天到恢复期第6天,应激组母鸡的产蛋率显著低于对照组(P<0.05);从恢复期第7天开始产蛋率逐步恢复到对照组水平。结合本研究的分类标准推测:S3-5、R1-3、R4-6时间段产蛋率的显著下降是由于发生了等级卵泡、LYF、SYF的应激损伤。
(3)热应激对蛋鸡卵泡颗粒凋亡的影响。细胞凋亡是引起卵泡发育受阻的重要作用机理之一,因此通过TUNEL、流式细胞术等方法检测蛋鸡卵泡颗粒凋亡情况,同时开展相关凋亡蛋白与基因检测。研究发现,热应激组蛋鸡SYF和LYF卵泡颗粒细胞的凋亡率显著高于对照组(P<0.05);应激组SYF和LYF卵泡颗粒细胞Caspase-3蛋白水平显著升高(P<0.05);应激组SYF和LYF卵泡颗粒细胞Bcl-2基因表达及Bcl-2/Bax比值显著低于对照组(P<0.05);综上,说明热应激显著诱导了蛋鸡卵泡颗粒细胞的凋亡。
(4)热应激导致蛋鸡卵泡颗粒细胞凋亡通路研究。依据网络药理学方法初步探索Hsps蛋白家族参与调节细胞凋亡的相关机理;检测蛋鸡卵泡颗粒细胞中凋亡相关系统Fas和TNF-α的蛋白水平变化,探究热应激导致蛋鸡卵泡颗粒细胞凋亡的机理。结果显示:CDK1等10个Hsps家族蛋白参与了蛋鸡细胞凋亡,但尚需进一步验证;热应激组蛋鸡SYF和LYF卵泡颗粒细胞中FasL、TNF-α和TNFR1蛋白表达量显著升高(P<0.05),SYF和LYF卵泡液中FasL和TNF-α的浓度显著升高(P<0.05),说明热应激激活了蛋鸡卵泡中的Fas和TNF-α系统。
(5)热应激诱导氧化损伤的研究。热应激通常首先导致氧化应激,所以本研究进行了蛋鸡血清和卵泡中SOD、MDA等氧化指标的检测。结果显示,热应激组蛋鸡血液TAS水平较对照组有所降低,但差异不显著;热应激组血液、小黄和大黄卵泡中SOD水平较对照组均显著降低(P<0.05);MDA水平在血液、小黄、大黄卵泡中均显著升高(P<0.05);说明热应激导致了机体氧化应激。
(6)热应激对应激相关激素分泌的影响。为分析热应激对应激相关激素的影响,检测了蛋鸡卵泡中雌二醇(E2)和孕酮(P4)激素含量,以及血清与卵泡中CRH和皮质酮含量。结果显示,热应激组蛋鸡SYF和LYF中E2的浓度均显著低于对照组(P<0.05);LYF中P4浓度显著高于对照组(P<0.05),但SYF中P4较对照组差异不显著(P>0.05);热应激组LYF中的E2/P4比值显著低于对照组(P<0.05),这与哺乳动物闭锁卵泡中的E2/P4比值显著下降一致。热应激组血清、小黄和大黄卵泡CRH较对照组均显著升高(P<0.05);皮质酮水平也显著升高(P<0.05)。
(7)解除热应激对蛋鸡生产性能与卵泡发育影响的研究。为分析解除热应激后蛋鸡生产性能与卵泡发育的恢复情况,检测了蛋鸡各级卵泡数量、蛋品质和皮质酮分泌量。结果显示,应激组LWF和SYF数量较对照组差异不显著,LYF与等级卵泡在R7天即恢复到对照组水平;蛋重和蛋壳强度在R5天基本恢复但不稳定,到R11天后恢复到对照组水平;皮质酮检测发现,R7天已恢复到正常水平但有波动,R12天时恢复到了正常水平;在R7和R12天对小黄卵泡进行切片HE染色,未发现S5天时出现的水肿和空泡变性。可见,解除热应激7天后卵泡发育与生产性能基本恢复。
综上所述,热应激导致了蛋鸡血液和卵泡中CRH与皮质酮的升高,继而发生卵泡氧化应激,激活了Fas/FasL和TNFα/TNFR1信号通路,降低了E2/P4比值导致卵泡颗粒细胞凋亡,从而导致卵泡发育受阻或闭锁,产蛋率降低。