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荧光光度法在瘤胃原虫对细菌吞噬作用研究中的应用

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动物营养学报2010,22(3):611-615 Chinese Journal of Animal Nutrition 荧光光度法在瘤胃原虫对细菌吞噬作用研究中的应用 王欢莉 王洪荣卜 刘 翔 宋荣渊 王剑飞 姜小波 (1.扬州大学动物科学与技术学院,扬州225009;2.江苏省盐城中学,盐城224001) 摘 要:本试验旨在探讨荧光光度法研究瘤胃原虫对细菌吞噬作用的可行性。试验选用4只装有永久性瘤胃瘘管 的徐淮山羊采集瘤胃液以获取瘤胃原虫和细菌,以4,6一二脒基一2一苯基吲哚(DAPI)标记细菌的荧光强度为主 要测定指标,研究山羊瘤胃中原虫对细菌的吞噬作用。结果表明,DAPI标记的瘤胃细菌浓度与其荧光强度之间存 在线性相关(R =0.995 2)。在日粮粗精比为7:3的条件下,徐淮山羊瘤胃原虫对细菌的吞噬速率为 370.89 cells/(cell・h),瘤胃内原虫对细菌的吞噬速率存在一定的波动性,吞噬量在60 min达到饱和,其最大吞噬 量为370.89 cells/cell。结果提示,荧光光度法可应用于瘤胃原虫对细菌吞噬作用的研究。 关键词:荧光光度法;瘤胃原虫;吞噬率 中图分类号:¥827 文献标识码:A 文章编号:1006.267X(2010)O3—0611-05 目前,国际上对瘤胃微生物在瘤胃营养物质代 蛋白循环的研究,并可监控相关营养调控的有效性。 本试验所选用的研究瘤胃原虫对细菌的吞噬作用的 方法,不受吞噬时间的限制,并可避免荧光计数法所 产生的人为误差。此法的应用将促进微生物氮循环 的相关研究。 谢中的相互关系研究较少。由于瘤胃内原虫对细菌 的吞噬及原虫的自溶而导致的瘤胃内能量的浪费和 含氮物质的无效再循环 ],使得瘤胃微生物蛋白对 十二指肠吸收氮的贡献率下降,从而增加宿主动物 对蛋白质的维持需要口。],因此对瘤胃内微生物蛋白 (microbial crude protein,MCP)无效循环的研究 显得尤为重要。其中,原虫对细菌吞噬率的测定方 法是微生物氮循环研究的关键环节。 瘤胃微生物蛋白循环研究的方法主要有:选择 1材料与方法 1.1 试验材料 4,6~二脒基一2一苯基吲哚(DAPI)购于Sig. ma公司。 性抑制法、同位素法、荧光标记法和稀释法等_4。 。 其中报道较多的为荧光标记计数法,即荧光标记细 菌(fluorescence labeled bacteria,FLB),显微计 数,该法能够同时对原虫吞噬种类进行鉴定,进一步 1.2试验动物 选用4只健康、体重(21.5±1.2)kg装有永久 性瘤胃瘘管的徐淮山羊,喂以粗(羊草):精(玉米一 豆粕)比为7:3的13粮,每13 08:00和20:00 2次 进行瘤胃原虫分种属测定吞噬率。但不足是:简易 的装片不能久藏,必须在装片后迅速观察,且标本片 易因为水分蒸发发生结晶,破坏虫体细胞,从而影响 计数的准确性l7]。同时研究发现随着吞噬时间的延 等量饲喂,自由饮水,预试期7 d。预试期后于饲喂 后8 h采集每只山羊瘤胃液各100 mL混匀。 1.3试验方法 1.3.1瘤胃细菌与原虫的分离 长,细菌在原虫体内消化使其形态变模糊,使用荧光 显微镜进行镜检时则无法准确计数,又由于吞噬时 问长,荧光标记细菌在原虫体内不断增多,细菌产生 将采集到的瘤胃液参考Wang 的方法对瘤胃 细菌与原虫进行分离:1)采集瘤胃液,4层纱布过 滤,取一部分样品离心(29 000×g,20 min),收集上 堆积现象,这样就无法对原虫体内的荧光标记细菌 准确计数 。因此,有必要建立新的研究方法准确 测定瘤胃原虫对细菌的吞噬,从而促进瘤胃微生物 收稿日期:2009—10 17 清液,制备无菌瘤胃液,4℃保存。2)其他样品用于 分离细菌与原虫,离心(150×g,10 min)后,收集原 虫沉淀,并用磷酸盐缓冲液(phosphate buffered sa. 基金项目:国家自然科学基金项目(2008 ̄2010)《日粮含氮物质在瘤胃原虫和细菌之间周转规律和机制的研究》(编号:30771567) 作者简介:王欢莉(1978一),女,江苏泰兴人,讲师,博士研究生,主要从事反刍动物营养代谢与调控研究。E.mail:ajxb2000@163.com *通讯作者:王洪荣,教授,博士生导师,E—mail:hrwang@yzu.edu.cn 612 动物营养学报 line,PBS,pH 7.5)洗涤2次,以无菌瘤胃液悬浸成 2倍浓度的原虫液。3)取以上低速离心的上清液, 经2 t-tm滤膜过滤后,离心(22 000×g,15 min),沉 淀以PBS(pH 7.0)洗涤2次,离心后以PBS(pH 7.0)悬浸。 1.3.2 DAPI荧光标记瘤胃细菌 将DAPI加入细菌悬液染色,37℃水浴 20 min,离心(22 000×g,15 min),沉淀用甲醇洗涤 1次,PBS(pH 7.0)洗涤2次,以无菌瘤胃液悬浸成 2倍浓度的FLB。 1.3.3吞噬试验 将标记细菌液加入等体积的原虫悬液中,厌氧 培养(39℃,50 r/rain摇床),分别于0、15、30、45、 60和75 rain采集样品,所得样品加入等体积甲醛 固定液,固定30 min,150×g离心10 min,分离原 虫,上清液用于游离标记细菌的荧光强度测定。 1.3.4荧光强度测定 采用荧光分光光度计(RF.—j《一言 g 一00cuu 20j一皿 5301PC,日本岛津), 选择波长Ex=358 nm,Em=461 nm,发射图谱扫 描范围340 ̄600 nm,激发光狭缝宽度5 nm,发射 光狭缝宽度5 nm,测定样品的荧光强度。 1.4数据处理 采用Microcal(TM)Origin 6.0软件对所测荧 光强度值进行整理,试验数据采用Excel软件整理, 运用SPSS 13.0统计软件进行统计分析。数据以平 均值±标准误表示。 2结果与分析 2.1 DAPI荧光标记瘤胃细菌标准曲线的建立 2.1.1标准曲线中标记细菌浓度的设置 参考相关文献得知 ,在粗精比为7:3饲养 条件下,山羊瘤胃内原虫每小时吞噬的细菌数约为 其总量的20%。因此,以PBS(pH 7.0)悬浸FLB 沉淀为原始浓度,设为 。将FLB原始液以PBS (pH 7.0)稀释成0、0.1×Ci、0.2×Ci、0.3×Ci、 0.4×Ci的浓度梯度。 2.1.2标准曲线的建立 由图1和图2可以看出,随着标记细菌浓度的 改变,其所测荧光强度也发生了相应的变化,据此建 立的标准曲线线性好,灵敏度高。回归方程为:Y= 340.33X+2.140 7(R。=0.995 2),其中y为标记 细菌的荧光强度, 为初始浓度的稀释倍数。 250 0O 熊 5O O0 0 350 400 450 500 550 600 650 波长Wavelength(nm) 图1 DAPI标记细菌浓度对荧光光谱的影响 Fig.1 Effects of DAPI labeled bacteria concentratiOn on fluorescence spectra 墨 图2细菌浓度与其荧光强度之间的相关分析图 Fig.2 The linear correlation analysis graph of concentration and fluorescence intensity of bacteria 2.2不同吞噬时间点游离细菌荧光强度的变化 由图3可以看出,随着吞噬时间的延长,培养液 中所测游离标记细菌的荧光强度随之降低,表明原 虫开始吞噬细菌。75 min所测游离细菌荧光强度 值略高于60 min的测定值。 《 .薹 8 £ 图3不同时间点游离细菌荧光强度变化图 Fig.3 Change graph of fluorescence intensity of free bacteria in different time 3期 王欢莉等:荧光光度法在瘤胃原虫对细菌吞噬作用研究中的应用 613 2.3瘤胃原虫对细菌的吞噬率及吞噬量 后主要表现为原虫对已吞噬细菌的消化作用。在 2.3.1原虫对细菌吞噬量的计算 根据DAPI标记瘤胃细菌的标准曲线,将不同 时间点原虫吞噬的细菌的荧光值折算成相应细菌浓 度值,计算原虫对细菌的吞噬量: 一60 min内吞噬量逐渐上升,尚未达到下滑期,此时 在该时间段之内吞噬试验结果的可靠性较高。对吞 噬量与时间进行60 min内线性回归分析,其回归方 程为: Y=6.569 8X一23.298(R=0.986)。 [(B—C)一2.140 7]X Ci K x D 。 式中:y为吞噬量, 为吞噬时间。由回归直线 式中: 为原虫对细菌的吞噬量(cells/cel1);B 为培养液中初始标记细菌荧光强度(Au);C为不同 时间点所测游离标记细菌荧光强度(Au);C/为标记 细菌初始浓度(cells/mL);K为常数(340.33 Au);D 为原虫浓度(cells/mL)。 2.3.2瘤胃原虫对细菌的吞噬率及吞噬量结果 由表1和图4可知,原虫对标记细菌的吞噬量 呈现波动态势,即先上升后下降。这种趋势表明, 60 min以前原虫对细菌的吞噬行为占优势,60 min 方程可计算原虫的吞噬速率为370.89 cells/(cel1.h)。 由表1可知,原虫的吞噬速率在60 min达到高 峰,30 min时的吞噬速率低于15 min时的吞噬速 率,30 ̄60 min时间段内吞噬速率逐渐上升。表明 原虫对细菌的吞噬行为具有一定的调控性,以使其 吞噬和消化最终达到平衡状态,利于其生长、增殖等 生命活动过程。 表1 瘤胃原虫对细菌的吞噬量和吞噬速率的影响 Table 1 Effects of rumen protozoa on grazing quantity and grazing rate of bacteria 同列数据肩标相邻表示差异显著(P<O.05),相隔表示差异极显著(P<O.01),相同表示差异不显著(P>O.05)。 In the same column,values with adjacent superscripts meant significant difference(P<O.05),with apart superscripts meant significant difference(P<O.01),and with the same superscripts meant no significant difference(P>O.05). — 乔噬量 (Jrazing quanUty 十脚叫 线性(预测吞噬量) 3 讨 论 DAPI荧光标记细菌口 具有高度专一性和敏 感性,荧光分光光度计能快捷地检测其荧光强度。 研究表明荧光标记的物质在一定的浓度范围内,其 咖 所测荧光强度与浓度之间存在线性相关口 删,据此 能对标记物进行定量分析。本研究中根据前人对原 堇 时 Time(min) 虫吞噬速率的研究,对DAPI标记的瘤胃细菌进行 。 梯度稀释,在稀释浓度范围内,标记细菌的荧光强度 与其浓度之间存在线性相关。因此,在此前提下研 究原虫对细菌的吞噬作用是可行的。 荧光计数法广泛应用于原虫对细菌的吞噬研 图4原虫对细菌吞噬量随时间变化回归分析图 Fig.4 The linear regression analysis graph of the quantity of bacteria grazed by protozoa changed with time 究l4 ¨]。本试验首次采用荧光光度法研究瘤胃 614 动物营养学报 22卷 原虫对细菌的吞噬作用,与荧光计数法相比较,该方 法操作简便,可以减少试验中的人为误差,较客观地 反映原虫对细菌的吞噬过程,同时还可长时间对原 虫的吞噬行为进行研究,克服了计数法中由于原虫 体内细菌堆积、细菌残骸的存在等导致研究时间较 短的不足,因此,从理论上讲该方法比荧光计数法更 可靠。 试验过程中,前30 min表现出原虫对细菌的吞 噬速率趋势与先前报道一致,即先上升后下降。但 由于受荧光计数方法的限制,先前报道未反映吞噬 后期瘤胃原虫对细菌的摄食行为。本研究发现吞噬 30 rain后,吞噬速率再次出现上升趋势,但45 rain 后上升趋势逐渐变缓。其原因可能是原虫对细菌的 吞噬、消化是同时存在的过程,且它们的优势作用交 替表现出来。60 rain后吞噬量下降,原因可能是原 虫对细菌的吞噬达到饱和,此时原虫主要进行细菌 的消化和排泄作用,因此推断在粗精比为7:3的条 件下,徐淮山羊瘤胃内原虫对细菌的最大吞噬量为 370.89 cells/cell。 4 结 论 ①荧光强度测定法可应用于瘤胃原虫对细菌 的吞噬研究。 ②粗精比为7:3的条件下,徐淮山羊瘤胃内 原虫对细菌的吞噬在60 min达到饱和,其最大吞噬 量为370.89 cells/cell。 参考文献: [1]Jounay J P.Effect of rumen protozoa on nitrogen U— tilization by ruminants[J].Journal of Nutrition, 1996,126:1 335 S一1 336 S. 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