黴菌毒素對瘤胃細菌和動物生長性能的影響
作者：John A. Doerr
摘要
酪農業者常常面臨一個難題，那就是不知如何評估黴菌毒素對動物影響的程度？這篇報告文獻提供了牛群在存在著各種黴菌毒素情況下之臨床病徵和症狀，同時在此篇文章還提到了在牛場中黴菌毒素可能存在的程度及其影響之深遠。在一個發生多種黴菌毒素交叉感染，同時存在著多種飼養緊迫的乳牛場也許是沒有意義的，去思考黴菌毒素的種類及含量此些問題，但對一個精益求精之酪農業者而言，這卻是許多莫名怪症之疾病唯一答案。然而在一些試驗及研究中發現，瘤胃部分的微生物雖然可以與某些特定的黴菌毒素發生代謝作用，但往往可見黴菌毒素幾乎可以完好無損地通過乳牛的瘤胃，同時不可避免的，黴菌毒素也往往會對瘤胃某些重要的纖維分解菌產生某些有害的物質。所以，我們就很難期望藉由瘤胃裡的微生物來保護動物不受黴菌毒素的影響。試著去觀察某一黴菌毒素對牛群可能造成的負面症狀亦是徒勞無功，因為黴菌毒素的中毒現象通常都不是某種黴菌毒素所特有的，一般在牛場常見到的乳牛生產性能、繁殖性能、牛群健康、行為等各方面的改變，都有可能反映出該牛場可能有黴菌毒素的問題存在，但同樣也可能是營養代謝或疾病等其他的因素所造成的。因此本文討論了上述這些與黴菌毒素有關之問題，並提供了酪農業者處理牛場上的黴菌毒素時可能會認為最有效且最經濟的方法。
前言
關於黴菌毒素對反芻動物的影響所提出之研究試驗或報告，其提供的數據資訊可能是對的，但也可能是錯誤的。在一個長約5個月的研究時間內發現，當日糧中含有120 ppb的黃麴毒素污染的玉米時，此一牛群出現了繁殖性能莫名下降的問題，其中包括仔牛出生重量的下降、產下不健康的仔牛、乳腺炎發生的增加、直腸脫出、採食量降低等問題，然發現，一旦我們除去黴菌毒素污染的問題後，產乳量馬上提高了28％（Guthrie, 1979）。Choudary等（1998）的研究認為，飼糧中只要有10ppb的黃麴毒素 B1（AFB）就能導致乳牛採食量的顯著下降，而在200－800ppb的黃麴毒素（Cook 等，1986）更會進一步造成乳牛瘤胃微生物活力降低，且此些問題都與飼糧中黴菌毒素的含量呈顯著之正相關。當然在黃麴毒素的殘留問題方面，美國和其他國家的酪農業者，必然都相當瞭解當牛奶中一旦殘留超過規定量的黃麴毒素M1時，對經濟所帶來的重大損失。
研究結果指出，黴菌毒素對反芻動物最直接的影響不外乎是消化道的損傷，Cheek（1998）等人當仔牛食用了含T-2毒素（10ppb或以上）的食物後，會引起皺胃的潰瘍和瘤胃乳頭狀上皮細胞的壞死；而在山羊中餵飼含95ppm的串珠鐮孢菌毒素之飼糧後，則並未發現明顯的中毒現象，儘管鞘脂炎測試中顯示了，羊隻出現了與中毒有關的病理（Cheeke， 1998），但是給成年乳牛餵飼相同之鐮孢菌毒素時，牛隻卻未發現串珠鐮孢菌毒素中毒及二氫鞘氨醇/鞘氨醇比的血液生化改變（Gurung等, 1998）。當給荷蘭牛仔牛餵食串珠鐮孢菌毒素污染的飼糧後，卻明顯造成了仔牛的肝腎發生中毒和其他多種臨床病徵，但此些問題似乎僅發生在瘤胃功能未建全之仔牛上，那麼黴菌毒素到底會不會威脅到成牛、甚至是整個酪農業呢？
種種跡象顯示，牛的瘤胃微生物能降解日糧中部分的黴菌毒素，當黴菌毒素一旦被降解後，理論上這些黴菌毒素也就無法被乳牛消化道吸收，進而對乳牛產生負面影響。然而真的是如此嗎？Swanson等（1987）之研究顯示，把DAS（草鐮孢烯醇）、DON（嘔吐毒素或脫氧雪腐鐮刀菌烯醇）和T-2毒素在瘤胃液中培養，三者全都被微生物群迅速地降解掉了，然而真的就此沒有黴菌毒素問題了嗎，其結果顯示降解過程的終產物仍然是有毒、甚至更毒之黴菌毒素複合物，例如甲基丙烯磺酸鹽（MAS）等。在更早之前，Kiessling等（1984）就聲稱瘤胃內容物（包括液體和菌群）能降解赭麴毒素、玉米赤黴烯酮、DAS和T-2毒素，但無法降解嘔吐毒素和黃麴毒素。
因此，酪農業者面臨著一個重要且困難的抉擇，到底該不該重視飼糧中黴菌毒素之問題呢？首先，部分的研究中所指出之瘤胃微生物可以降解所有黴菌毒素之論述是不明確的，因為黴菌毒素並不只是單獨存在，其往往一種菌屬就會分泌出多種微菌毒素，因此在乳牛所發生之腹瀉、採食量降低、乳腺炎、發情不正常等問題，其可能是由一種或幾種黴菌毒素所共同引起的，但是沒有一種病徵是黴菌毒素作用所造成之特定毒素中毒反應，而更多時候我們往往在認知上，是以為由其它因素（氣溫、疾病）所造成的。乍看之下，反芻動物似乎對黴菌毒素有特殊的抵抗能力，但若真的瘤胃微生物可以降解黴菌毒素，那麼在研究黴菌毒素對乳牛之影響的試驗中，於日糧中添加與乳牛場自然條件下相一致量的特定黴菌毒素時，為什麼又會引起牛隻蹣跚、流涎、流產、生產力損失、體溫下降等中毒現象呢？
與瘤胃功能有關的因素
瘤胃細菌對黴菌毒素的代謝作用
關於黴菌毒素能被微生物降解的文獻看似很多，這些文獻通常都以常見的土壤微生物做為研究主題。然而，那些關於從自然界中萃取的混合或分離出的微生物研究是非常有趣的。Galtier和Alvinerie（1976）從家鼠體內盲腸內容物中分離出下層液聲稱可以降解赭麴毒素A成不具毒性之α型赭麴毒素，然而在離心分離後的上層盲腸上清液則不能降解赭麴毒素，於是此一研究就認定是活菌引起了這一反應。他們還表示牛或綿羊的瘤胃液體同樣可以降解赭麴毒素A，但也常常將赭麴毒素A酯化成更具毒性之赭麴毒素C。而這些研究中所取得之瘤胃液體是在一個屠宰廠所收集到的，從食道收集的瘤胃液不會將赭麴毒素A轉變為赭麴毒素C，而是將其水解為α型。他們暗示這種效果是由原蟲作用的結果，而非細菌。那麼，這也同樣暗示了體外研究可能在很大程度上，被瘤胃液體收集的方法所影響。死後採集食道瘤胃液或瘤管樣品，必需被考慮成與現實狀態的研究試驗樣品。He等（1992）關於土壤、雞肉和豬腸、牛胃液體細菌的研究認為，嘔吐毒素的化學結構的降解或改變受到微生物某些條件的影響，雖然35％的嘔吐毒素可被瘤胃液給降解，然若降低了試驗中瘤胃液的pH值後，則卻可完全抑制微生物對嘔吐毒素的這種降解能。不僅如此，他們雖然確定去環氧基嘔吐毒素（去環氧代謝後產物）是主要的微生物降解黴菌毒素的代謝產物，但有無在培養基中供給可被微生物利用的能量仍然起了決定性作用，故對於那些黴菌毒素代謝的體外試驗中，試驗前已經將瘤胃液體和菌群從食物中分離出來的研究，這個結論是否還具任何意義？如此真實的自然界微生物是否可以在消化道中分解黴菌毒素呢？
Xiao等（1991）測定了綿羊瘤胃對赭麴毒素A的水解。體外（水解產物）和體內（消失半衰期）對赭麴毒素A的降解都受綿羊日糧的影響。餵飼穀類的綿羊對赭麴毒素A的降解不如餵飼乾草的綿羊那麼好。他們的解釋簡單而有邏輯：日糧的差異導致了瘤胃中微生物的差異。於是，毒素是否真能被降解的問題，決定在於瘤胃物質被收集時的原生菌群具體情況，而這又取決於動物在採樣前所食用的物質決定的。Muller等（2001）最近透過分別餵飼草、青貯草、乾草以及不同比例的大麥/豆糧的乳牛証實了這種效應。除了這種日糧的效應外，他們還發現動物本身的差異也影響結果。
在此可以引用很多文獻。然而，基本的觀點是：
1）很多細菌和其他的微生物都能吸收和降解黴菌毒素（或其他共棲生物）。包括在牛的瘤胃的正常或功能型的菌群中發現的微生物。同時，在許多不同環境條件下，這些微生物作用的相對效率卻還不清楚。但重要的是，不要認為一個黴菌毒素複合物的降解意味著此一毒素複合物的所有部分都可以被降解。很多研究顯示只有被測複合物的一部分發生了改變。
2）細菌在某特定試驗條件下能降解外來黴菌毒素複合物，在另外一試驗條件下則不一定具同樣效力。
3）體外試驗僅僅是體外試驗！從最本質上來講，體外試驗是人為的，它的影響因素過分單純，不一定適用於所有的研究。這不是說體外的研究不好，它也提供了很多有用的資訊，但是，直接就推斷可能發生在一個作為生產動物正常瘤胃裡可能發生的反應，至少也是有潛在錯誤的，最壞的情況則是，使其他人誤認為這個結果是真實的。
黴菌毒素對牛胃細菌的影響
黴菌毒素也可能會對瘤胃微生物產生不利的影響，在相關的研究中指出，受污染的苜蓿其大豆黑痣病菌及其毒素產物（Slaframine），會引起牛隻的唾液綜合症（或流涎綜合症）。Froetschel等人（1986）同樣研究指出，當Slaframine進入羊和牛的瘤胃時，瘤胃的收縮活動顯著被降低（從78％減少到20％）。後來，同一組研究人員指出，為了適應Slafrmine，總瘤胃液體體積和流出物增加了25％，但牛瘤胃對DM、ADF和澱粉的消化卻顯著被降低。Bird等（1993）透過對綿羊的研究，得到了關於Slaframine引起液體體積改變的同樣的結論，並認為此為纖維分解菌增多所致。然而，他們的研究對日糧則有附加的要求（低或高品質的乾草，有或沒有棉籽粒），並且發現蛋白質飼糧的補充對抵消由於毒素引起體重的減少有重要的作用。
Escoula（1992）發現將實驗室培養的棒麴毒素加入體外瘤胃液體中能減少醋酸鹽產物的產生。而且在同一系統下，蛋白質的合成被毒素抑制了，且這種抑制與劑量呈數學回歸關係。棒麴毒素最常存在於有傷痕的水果，特別是蘋果，所以它對大多數乳牛場牛群不可能有很大的重要性，除了那些要將蘋果壓成的殘渣（例如為了製造水果酒或蘋果酒）用於動物日糧的地區。早些時候，曾經提到了（Cook，1986）的研究發現，逐漸增加黃麴毒素的量，瘤胃活力降低了。然而，他們也注意到了因為活力的改變，從瘤胃內容物中去除黃麴毒素所用的時間增加了，他們認為這對於診斷很有幫助。儘管如此，也必須考慮到由於外來活性物質在瘤胃中滯留時間的延長，引發的兩個額外的情況，一方面，這使得有活性的細菌能降解更多的毒素。然而，另一方面，這段時間也能是黃麴毒素或其他毒素，對瘤胃菌群的特定成員產生更大的負面影響。
最近，May等（2000）發表的數據顯示，鐮刀菌毒素可抑制瘤胃內兩種不同的微生物的生長，瘤胃甲烷短桿菌（一種發酵末期的甲烷製造菌）和白色瘤胃球菌（一種發酵初期的纖維素分解菌）。低濃度的鐮刀菌酸（約7ppm）就足以影響其它微生物的生長；在更高的濃度（約60ppm），則瘤胃正部分微生物的生長將完全停止了，去除毒素後，兩種微生物的活性都沒有得到恢復。這兩種細菌代表了兩種截然不同的進化地位，白色瘤胃球菌是一種真正的原核生物，而瘤胃甲烷短桿菌同時擁有前真核和真核的菌種。鐮刀菌毒素能將兩者都抑制，就說明它可能透過不止一種機制來作用；也就是說，它以兩種不同的途徑來表達它的毒性。如果經証實正確，多重的行為方式將增加毒素與其他黴菌毒素發生相互作用的可能性和途徑，就造成了一種新的兩難選擇。在試驗中增加嘔吐毒素，如果說有什麼區別的話，免去了鐮刀菌毒素對兩種細菌的作用。我們能期待對玉米赤黴烯酮、黃麴毒素或Slaframine也有同樣的反應嗎？
黴菌毒素對乳牛的影響
田間試驗總是提出一些難以區別的症狀，包括採食量和生產力的下降、牛奶中低脂肪和/或蛋白、繁殖擾亂（例如發情週期的改變等）以及一些更可怕的情況，如流產、病態和死亡。一旦酪農戶注意到這些現象的開始，通常會系統性地嘗試解決潛在的原因並決定一個解決方法。在急性黴菌毒素中毒事件中，等獸醫、營養師、酪農戶做完檢查的時候，問題飼料可能已經全部變成糞便排出體外了。而更為典型的情況是，長期感染多種黴菌毒素導致動物出現問題。就在幾年之前，我們可能還認為飼料中的穀物補充物、棉籽和其他一些副產物是污染毒素的首要來源，這當然是來自於這樣一個普遍的誤解，那就是既然青貯的飼料是處於無氧狀態，那就無法提供活性黴菌（或黴菌毒素產物）生長所需的條件。然而，青貯料卻是我們首先應該注意的。
應牢記關於青貯飼料的要點，主要包括：
1）飼料在青貯以及餵飼前存放的建築的氣密性可能不像我們所想像的那麼好。
2）有些產毒素黴菌是兼性好氧菌，即它們能在極低的氧氣分壓下生長。青貯使得環境改變可能會引起一些菌種的減少（如麴黴菌），但同時也為其它一些菌種創造了競爭優勢（如青黴菌）。
3）一些黴菌，也通常是青黴菌屬，能積極地降解低分子量有機酸（如丙酸），而後者或者可以在最初階段抵抗黴菌直到達到厭氧環境，或者是在青貯時由細菌發酵行為產生的（如乙酸等）。
4）飼餵前切斷或移到青貯飼料的機械動作，能將新鮮空氣帶入青貯飼料的底層。對於那些在引入氧氣前處於靜止狀態的產毒素的黴菌，反應往往是很快的，在24－48小時內就合成大量的毒素。在下一次飼餵時，就給了乳牛剛剛感染的青貯飼料。
分析青貯飼料不是一項容易的工作。獲得樣本的代表物並準備恰當的試驗基質是乳牛場面臨的兩個主要障礙，而其他的動物飼養者就不會面臨這種問題（如家禽飼養者）。青貯飼料粗糙、高異質性的特點要求試驗前必須進行特殊的準備。我們雖然常常認為黴菌是表面感染物，但它往往不在飼料表面所代謝產生。榖粒就是一個很好的例子。我們常常能在表面看見黴菌的孢子甚至是黴菌本身，但是很少有黴菌能從表皮獲得多少養分。實際情況是，它們穿進穀粒的澱粉部分進行代謝。如果試圖用一個相對良性的溶液提取這樣的穀粒，例如甲醇溶液（這是多數快速免疫試驗的提取液），多數的黴菌毒素是無法被提取出來的，因為穀粒的臘質表面妨礙了溶液的滲透。為了使試驗有效，穀粒必須被研磨成極為細小的顆粒（一般應小至可以通過20孔篩）。可以用同樣的方法處理青貯飼料，只是要比穀物困難得多。既然事實上所有重要的毒素都是相對熱穩定的，青貯飼料可以乾燥後由實驗室常規研磨系統進行研磨。然而，如果試圖在養殖場裡進行試驗，一個大功率攪拌機加上一個鋒利刀片的組合也足以在提取液裡粉碎樣品了。成功的關鍵是，這裡成功指的是提取足夠多的分析物以使得對飼料實際條件進行合理的評估成為可能，在足夠多的溶液中處理足夠多的樣品來進行分析。就是說按照出售快速試驗的公司建議的那樣進行比例縮放。
然後，這些聲稱發現症狀和已經經歷了傳染病、營養錯誤等問題的酪農戶就面臨怎樣理解樣品分析的問題了。一個典型的結果，也許會顯示一個青貯飼料樣品含600 ppb玉米赤黴烯酮、1.8ppm 嘔吐毒素、26ppb 黃麴毒素、串珠鐮孢菌毒素陽性，在較好的測定試驗中，也許還會發現有少量玉米鐮孢烯醇！乳牛拒食退料、牛奶產量下降和體細胞數增加，哪一種現象對應哪一種黴菌毒素呢？還是所有這些現象都與所有的毒素相關呢？
這篇文章開頭就提到了有價值的和誤導的資訊都有很多。關於一些動物的單一黴菌毒素的對照試驗的研究報告，通常能很好地描述在特定實驗條件下某種特定的黴菌毒素的毒理學，可以了解到關於毒素怎樣作用以及接觸毒素可能產生的結果。同時，大多數試驗中的試驗動物可以說是被保護起來的，因為研究者通常都試圖使他們的處理，成為最終結果的唯一原因。所以，乳牛場上的動物面臨的管理、營養、生產、行為、環境等壓力就不能構成影響，但這些都能影響動物對於特定黴菌毒素的反應。真正的問題是我們在上面提到的那些典型的情況下遇到的，就是多種毒素同時存在。那麼，我們究竟應該怎樣理解這個結果呢？
首先，我們必須接受這個事實，那就是我們的很多試驗是準確的，但不一定能反應乳牛場上的真實情況。所以，ppm或ppb的絕對值雖然能作為一定的參考，但我們不應對此過於期待。
其次，發現一種或多種黴菌毒素告訴我們，環境促使了產毒素黴菌的活躍的生長代謝。既然有上百種的菌種和幾百種的黴菌毒素，我們的陽性試驗應該使我們警惕這樣一種可能性，那就是我們的飼料含有的有毒物質比那4、5種試驗結果顯示的多得多。
第三，我們選來進行試驗的毒素本身不僅很重要，且常常較容易化驗出來，而且反映了一個相關的化學黴菌毒素複合物“家族”。這樣，檢測嘔吐毒素就不僅告訴了我們特定毒素的情況，也告訴我們應該注意其他單端孢黴烯類黴菌毒素也可能存在。
最後，也是最重要的是，如果發現多於一種的毒素，那就一定存在化學物質的相互作用。
認為黴菌毒素能加強或對抗其他的黴菌毒素的想法已經不再是一種假設。它已經在文獻中被廣泛証明了。然而，即使是這樣的科學研究，我們也只分析了一定數量的相互作用（例如，一次2或3種黴菌毒素），我們幾乎沒有能力預測當動物同時接觸4或5種毒素時可能發生的情況，而使問題更加複雜的是，我們開始了解到某種動物，可能因為兩種黴菌毒素被吸收進入的時間先後，而對此兩種黴菌毒素有截然不同的反應。Gelderbolm等（2002）在鼠肝中用串珠鐮孢菌毒素和黃麴毒素研究中証實了此現象，最終的病理取決於樣品是先用串珠鐮孢菌毒素處理，還是先用黃麴毒素處理。總之，如果黃麴毒素先進入肝並引起損傷，那麼肝對串珠鐮孢菌毒素的反應，與串珠鐮孢菌毒素先侵入的肝相比，就會完全不同。
最後，長期接觸低水準的黴菌毒素可能不會引發任何與特定黴菌毒素有關的現象。儘管如此，幾乎可以肯定的是，黴菌毒素絕對會影響動物的免疫功能。長期的接觸常常導致病原體在動物體內得以立足的機會的增加，最後我們就只能發現傳染病的症狀，而不是中毒。所以預測特定的症狀相對來說就是徒勞的。因此，給酪農戶最好的建議就是，無論何時，只要發現牛群的生產力和健康狀況下降了，就應將黴菌毒素列為考慮因素之一，並採取措施減少或消除這些毒素。
參考文獻：略
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