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【综述】褐壳蛋鸡的蛋壳颜色(2)
      
原发表日期: 2018-09-26  原作者: S. Samiullah、J. R. Roberts和K. Chousalkar  文章来源: 家禽总动员  
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2 褐色蛋壳和壳腺中的原卟啉Ⅸ

蛋壳横截面的显微镜检查表明,原卟啉沉积在蛋壳内晶体之间不同深度的层中(Tamura和Fujii,1967a)。Samiullah和Roberts(2013)发现钙质壳中的原卟啉Ⅸ比角质层中的多。其他研究指出,角质层含有大部分色素的事实可能反映了这些研究所用的方法(Tamura和Fujii,1967a;Schwartz等,1975;Lang和Wells,1987;Miksik等,2007)。原卟啉Ⅸ也存在于壳膜中(Tamura等,1965)。通过对蛋壳角质层覆盖程度的主观评估,有人发现原卟啉在不同品种和不同个体的母鸡所产蛋的蛋壳角质层中的沉积数量差异很大(Bain等,2013)。褐壳蛋角质层的量和蛋壳的颜色强度之间缺乏显著的遗传相关性(Bain等,2013)。

原卟啉Ⅸ主要存在于母鸡壳腺的表层上皮细胞中(Baird等,1975),但在日本鹌鹑中,输卵管峡部下端可能有助于色素的产生(Baird等,1975)。该蛋壳色素似乎会以颗粒状出现在鹌鹑子宫组织中,并以弥漫性方式着色于上皮顶端细胞的胞浆中,其浓度与在蛋壳中的色素沉积量成反比(Poole,1967)。母鸡蛋壳腺被认为是色素的主要生产器官,它利用δ-氨基乙酰丙酸合成的卟啉量是体外肝细胞所能合成量的两倍多(Polin,1957)。各种激素,如雌激素、黄体酮和某些前列腺素已被证明能参与色素的生成(Soh和Koga,1994,1997,1999)。尚未证实褐壳蛋鸡的蛋壳色素合成的部位;然而,研究人员在洛岛红(RhodeIsland Red)母鸡的子宫腺组织中检测到了δ-氨基乙酰丙酸合成酶的活性,但是未能在白色来杭鸡(White Leghorn)母鸡的子宫腺组织中检测到(Stevens等,1974)。壳腺中δ-氨基乙酰丙酸脱水酶的活性较高,其次是输卵管峡部和膨大部,并且该酶在洛岛红鸡中的活性高于白色来杭鸡,即使在没有产蛋的情况下也是如此(Stevens等,1974)。研究人员在洛岛红母鸡子宫上皮的顶端纤毛细胞中检测到了卟啉色素颗粒,但在白色来杭鸡的子宫中没有检测到(Tamura和Fujii,1967b)。壳腺上皮细胞分泌色素及其在蛋壳上沉积的时间因鸡的品种而异,同一品种不同个体的鸡之间也存在差异(Liu和Cheng,2010)。产褐色、绿色和白色蛋壳的蛋鸡其色素沉积和分泌速度也不尽相同(Liu等,2010)。更多的研究是用日本鹌鹑而不是商品母鸡进行的,但是日本鹌鹑子宫的组织结构与商品母鸡的非常相似(Poole,1967)。色素在鹌鹑蛋蛋壳表面的沉积是在产蛋前的最后3.0 h~ 3.5 h内进行的(Poole,1965;Soh等,1993)。类似地,东乡绿壳鸡的蛋壳色素沉积主要在产蛋前2.0 h~3.0 h进行(Zhao等,2006)。据推测,褐壳蛋母鸡在整个蛋壳形成过程中色素会沉积在蛋壳上,但是50%~74%的色素是在产蛋前最后5.0 h沉积的(Warrenhe和Conrad,1942)。有人认为,从色素在褐壳蛋蛋壳的各层中的分布来看,色素的沉积会遵循在日本鹌鹑中所见的相似色素沉积模式。有人还认为,负责角质层沉积完成和终止的因素(壳腺中激素、钙和磷浓度)同样也负责色素在褐壳蛋上的沉积及其最后的终止(Nys等,1991;Soh 和Koga,1999)。需要更多的研究来精确测定色素在褐壳蛋蛋壳上的沉积时间。

3 原卟啉Ⅸ的代谢途径

早期的报道表明原卟啉Ⅸ源自血红素,不过最近的发现表明色素在母鸡的壳腺组织中合成。

3.1 由红细胞合成原卟啉Ⅸ的证据

早期的研究人员认为,蛋壳色素来源于输卵管黏膜层中正常破坏的红细胞,由能够在蛋壳钙化的最后阶段进入子宫上皮的特殊细胞运输,并从那里沉积到蛋壳中(Giersberg,1921;如在Kennedy和Vevers中引用,1973)。据报道,壳腺中的原卟啉Ⅸ源自血液循环系统中的游离红细胞(Kennedy和Vevers,1973),或者来自正在衰老的红细胞所释放血红素的代谢产物(Wang等,2009a)。有人提出,血红蛋白会降解为胆汁色素,而原卟啉Ⅸ则是通过δ-氨基乙酰丙酸途径由血红素合成的(Polin,1957)。支持由红血细胞合成原卟啉Ⅸ的理由基于Giersberg(1921)的组织学研究结果,他将色素来源与红细胞的衰老和破坏过程联系起来。

3.2 原卟啉Ⅸ在壳腺中合成的证据

大多数作者认为原卟啉Ⅸ首先在壳腺中合成,随后从这儿被分泌出来并沉积到蛋壳层中(Baird等,1975;Solomon,2002)。这一观点得到了以下证据的支持:Gorishin等(2012)已经从母鸡的壳腺中量化了足够数量的游离的血红素前体物、原卟啉和胆绿素。对壳腺提取酶前体物和原卟啉Ⅸ的研究表明(Schwartz等,1980),卟啉的合成发生在母鸡的壳腺中。在比较产浅褐壳蛋和深褐壳蛋的洛岛红母鸡不同组织中原卟啉Ⅸ的含量后,证明蛋壳色素是在壳腺中合成的,并且产深褐壳蛋的母鸡在δ-氨基乙酰丙酸合成酶的基因表达上明显高于产浅褐壳蛋的母鸡(Li等,2013)。在体外试验中,在将δ-氨基乙酰丙酸转化成卟啉上,蛋鸡的壳腺组织比输卵管上其他组织(Polin,1959)具有更高的能力(Polin,1957)。组织学和放射学研究显示了壳腺在蛋壳形成的不同阶段呈红色荧光和色素颗粒,且在角质层沉积前一直处于较高的水平(Tamura和Fujii,1967b;Baird 等,1975)。

与突变鸡种和白色来杭鸡相比,研究人员在洛岛红母鸡壳腺中观察到了多种活性更高的卟啉生化酶(Schwartz等,1980)。更多的证据表明原卟啉Ⅸ是在壳腺中合成的(Zhao等,2006;Wang等,2007),但是这种合成模式并不排除前体物质源自血液的可能性(Wang等,2009a)。如图1所示,原卟啉Ⅸ色素的生物合成途径已得到了很好的证实,但参与合成的细胞和前体的来源仍需要研究。原卟啉Ⅸ合成的第一步是将甘氨酸从胞质运输到线粒体中。原卟啉Ⅸ似乎是血红素的直接前体,遵循相同的代谢途径。据推测,许多调控因子参与了鸡壳腺的这一生理途径,其中包括一些已知功能的蛋白,如SLC25A38和ABCB。在正常的血红素生物合成中,最后一步是通过铁螯合酶的催化将原卟啉Ⅸ转化为血红素。

在鸡的壳腺中,尚不清楚原卟啉Ⅸ为何不是通过铁螯合酶的催化被转化为血红素的。有人认为,ABCG2可以将原卟啉Ⅸ输出细胞;然而,目前还不清楚它是位于线粒体外膜上还是位于细胞膜上。

壳腺中δ-氨基乙酰丙酸的供应情况可能决定了在蛋壳上沉积的卟啉的数量(Polin,1957)。为了阐明该酶对血红素合成的催化反应在红细胞系和非红细胞系的细胞中是否相同,Riddle等(1989)发现了在红细胞系和非红细胞系的细胞中至少表达两个独立的基因,并且由这些基因调控的酶在生物化学性质上也有很大的不同。褐壳蛋蛋壳色素主要含有原卟啉Ⅸ,但也存在其他色素,包括尿卟啉、粪卟啉和胆绿素及其锌螯合物,这导致With(1974)推断原卟啉是在输卵管中合成的。前体分子原卟啉原是无色的,当该化合物自动氧化成原卟啉时会变为褐色(Sparks,2011)。

4 饲养系统、营养和蛋壳颜色

随着世界各地特别是澳大利亚不断提高蛋鸡商业性自由散养模式的应用,研究造成蛋壳颜色苍白的因素以及如何改善褐壳蛋蛋壳颜色变得非常重要。消费者的偏好正在从数量转向质量,自由散养的蛋鸡所产鸡蛋越来越受欢迎,因为人们认为它是一种由自然生产系统生产的蛋(Wang等,2009b)。笼养蛋鸡通常能使鸡蛋维持良好的颜色,但事实证据表明自由散养的蛋鸡在保持蛋壳颜色上可能更具挑战性(Sekeroglu等,2010)。据报道,与笼养蛋鸡所产蛋的颜色相比,自由散养蛋鸡所产蛋的蛋壳颜色可能更浅(Samiullah等,2014)。

在蛋壳颜色方面,母鸡营养是一个需要测试的领域。Hooge(2007)报道,某些益生菌可以改善褐壳蛋的蛋壳颜色。饲料添加枯草芽孢杆菌至63周,罗曼布朗母鸡在接下来的两周中产下颜色强度得到增强的褐壳鸡蛋。枯草芽孢杆菌的作用方式尚不清楚,我们需要进一步研究;然而,一种可能的作用机制是氨基酸残基,如枯草芽孢杆菌铁螯合酶中的His183和Glu264,可以促进金属离子插入原卟啉中(Hansson等,2007)。一些金属元素,如铁、铜、锰和锌等,在卟啉分子的中心位置起着螯合载体的作用(Solomon,1987)。添加大豆蛋白铁的饲料可显著改善褐壳蛋的蛋壳颜色(Seo等,2010)。

钒通常以很低的水平存在于家禽的商品饲料中(Miles和Henry,2004)。家禽饲料中的钒对蛋壳的颜色有不利影响(Sutly等,2001),这可以通过饲喂不同水平的维生素C来克服,具体的饲喂水平则取决于饲料中钒的含量(Odabasi等,2006)。钒中毒的确切机制尚不清楚。Roberts等(2014)在一项研究中检验了有关自由散养蛋鸡蛋壳颜色的丢失可能是由于维生素D水平较高所致的假设,结果发现维生素D对蛋壳颜色没有明显的影响。□□(待续)

原题名:Eggshell color in brown-egg laying hens — a review(英文)

原作者:S. Samiullah、J. R. Roberts和K. Chousalkar

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