日糧中添加不同水平銅、鐵、鋅對(duì)奶牛血液生化指標(biāo)影響的研究

于寧先，張桂國(guó)，楊在賓

（1.山東省濟(jì)南衛(wèi)生學(xué)校，濟(jì)南 250023；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山東 泰安 271018）

銅、鐵、鋅是奶牛的3種必需微量礦物元素，其影響奶牛的生產(chǎn)性能和身體健康。美國(guó)NRC、法國(guó)INRA、英國(guó)ARC標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)這3種元素的營(yíng)養(yǎng)需求做了推薦，中國(guó)奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)適宜添加量做了推薦，產(chǎn)奶期和干奶期奶牛的鐵需要量為15 mg·kg-1GM，鋅 40 mg·kg-1GM，銅 10 mg·kg-1GM。

在純化日糧中添加9 mg·kg-1的鋅能保證犢牛的健康生長(zhǎng)，但在生產(chǎn)狀態(tài)下，添加20～40 mg·kg-1的鋅仍表現(xiàn)出缺乏癥狀，在日糧中添加500 mg·kg-1的鋅含量也未表現(xiàn)出中毒癥狀，這些理論邏輯的差異說(shuō)明，在生產(chǎn)狀態(tài)下有一些未探明的原因，鋅的需要量可能要高于試驗(yàn)條件下所得出的需要量。奶牛微量元素的營(yíng)養(yǎng)需求量受疾病、應(yīng)激、環(huán)境溫度、營(yíng)養(yǎng)水平、飼養(yǎng)管理、產(chǎn)奶量等諸多因素影響，因此在不同的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)水平下其需要量可能與試驗(yàn)條件下的需求量差異較大。在美國(guó)，生產(chǎn)中許多奶牛日糧鐵水平都超過(guò)NRC推薦水平，在含有較多棉籽粕或全棉籽粕的日糧中，添加鐵的硫酸鹽來(lái)提高日糧鐵水平，能保持奶牛良好的生產(chǎn)性能[1]。Tait等發(fā)現(xiàn)，在放牧條件下的動(dòng)物，雖然牧草含有足夠的微量元素，但是提供一定數(shù)量的微量元素，能夠提高其生產(chǎn)性能[2]。所有的這些研究都表明在生產(chǎn)狀態(tài)下奶牛的銅、鐵、鋅需要量要高于各營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)推薦量，不同生產(chǎn)條件下其需要量可能差異較大。實(shí)際上在單胃動(dòng)物（雞、豬）的飼養(yǎng)中，常使用高銅、高鐵、高鋅的飼料，在安全允許范圍內(nèi)，適當(dāng)提高銅、鐵、鋅在日糧中含量能提高生產(chǎn)性能。本試驗(yàn)在奶牛日糧中添加不同水平的銅（CuSO4·5H2O）、鐵（FeSO4·H2O）、鋅（ZnSO4·H2O），通過(guò)檢測(cè)血液生化指標(biāo)，對(duì)奶牛日糧的銅、鐵、鋅營(yíng)養(yǎng)狀況作出綜合評(píng)判。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) mg·kg-1DM

表2 基礎(chǔ)日糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平

1 材料與方法

1.1 試牛的選擇與分組

選擇體重、胎次、產(chǎn)犢日期與產(chǎn)奶量相近的健康荷斯坦奶牛35頭，隨機(jī)分為7組，每組 5頭，Ⅰ～Ⅵ組為試驗(yàn)組，分別添加不同的銅、鐵、鋅水平，第Ⅶ組為對(duì)照組，試牛分欄定時(shí)飼喂，自由飲水。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。設(shè)預(yù)試期10 d，正試期20 d。

1.2 試驗(yàn)牛日糧組成及飼養(yǎng)管理

試驗(yàn)?zāi)膛；A(chǔ)日糧組成及其營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表2。

奶牛日喂料3次，擠奶2次。試驗(yàn)期每天分別記錄產(chǎn)奶量、毛色、糞便、反芻情況。

1.3 測(cè)定指標(biāo)和方法

血樣采集方法：正試期最后一天上午喂料前，每組選取產(chǎn)奶量相近的兩頭奶牛進(jìn)行頸靜脈采集血樣20 mL，10 mL置于加有抗凝劑的 20 mL試管中，測(cè)定全血樣品中血紅蛋白及銅、鐵、鋅含量；另外10 mL置于20 mL試管中自然凝固，3 000 rpm離心分離血清，測(cè)定銅藍(lán)蛋白（CPL）濃度及銅鋅過(guò)氧化物歧化酶（Cu-Zn-SOD）活性。

飼料及血樣中銅、鐵、鋅含量的測(cè)定采用原子吸收分光光度計(jì)法；血紅蛋白含量的測(cè)定采用氰化高鐵血紅蛋白法；血清CPL的活性測(cè)定采用聯(lián)大茴香胺法，試劑盒由南京建成生物工程研究所生產(chǎn)；血清Cu-Zn-SOD的活性測(cè)定采用黃嘌呤氧化酶法，試劑盒由南京建成生物工程研究所生產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同日糧銅水平對(duì)奶牛血液生理生化指標(biāo)的影響

日糧不同銅水平下奶牛血液生理生化指標(biāo)變化分析見(jiàn)表3。

表3 不同日糧銅水平對(duì)奶牛血液生化指標(biāo)的比較

由表 3 可見(jiàn)，在同一鐵（336.4 mg·kg-1）、鋅（50.15 mg·kg-1）水平下，隨著日糧中銅水平的不斷增加，血銅濃度有升高趨勢(shì)，對(duì)照組顯著低于添加銅的兩個(gè)試驗(yàn)組（P＜0.05）。兩個(gè)試驗(yàn)組之間差異不顯著（P＞0.05）。血中鋅的含量隨日糧中銅的含量增加有降低趨勢(shì)但各組間差異不顯著（P＞0.05）。血清Cu-Zn-SOD、血清CPL活性有升高趨勢(shì)，中銅組（31.5 mg·kg-1）與低銅組（21.5 mg·kg-1）之間、高銅組（41.5 mg·kg-1）與低銅組之間差異顯著（P＜0.05）。血鐵濃度、血紅蛋白具有相同的變化趨勢(shì)，隨日糧中銅的含量增加有升高趨勢(shì)，中銅組與低銅組之間差異顯著（P＜0.05）。

2.2 不同日糧鐵水平對(duì)奶牛血液生理生化指標(biāo)的影響

不同日糧鐵水平下奶牛血液生理生化指標(biāo)變化分析見(jiàn)表4。

表4 不同日糧鐵水平對(duì)奶牛血液生化指標(biāo)的比較

由表 4 可見(jiàn)，在同一銅（21.5 mg·kg-1）、鋅（50.15 mg·kg-1）水平下，隨著日糧中鐵水平的不斷增加，血鐵濃度、血紅蛋白有升高趨勢(shì)，各組間差異均不顯著（P＞0.05）。血鋅含量、血銅含量、血清Cu-Zn-SOD、血清CPL活性隨日糧中鐵的含量增加呈降低趨勢(shì)，各組間差異均未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）。

2.3 不同日糧鋅水平對(duì)奶牛血液生理生化指標(biāo)的影響

不同日糧鋅水平下奶牛血液生理生化指標(biāo)變化分析見(jiàn)表5。

表5 不同日糧鋅水平對(duì)奶牛血液生化指標(biāo)的比較

由表 5 可見(jiàn)，在同一鐵（336.3 mg·kg-1）、銅（21.5 mg·kg-1）水平下，隨著日糧中鋅水平的不斷增加，血鋅濃度有升高趨勢(shì)，低鋅組（50.15 mg·kg-1）與中鋅組（90.15 mg·kg-1）之間、低鋅組與高鋅組（130.15 mg·kg-1）之間差異顯著（P＜0.05），中鋅組與高鋅組之間差異不顯著（P＞0.05）。不同鋅水平之間血銅、血鐵、血清CPL、和血紅蛋白含量均呈下降趨勢(shì)，差異不顯著（P＞0.05）。血清 Cu-Zn-SOD活性呈升高趨勢(shì)，但未達(dá)到顯著水平（P＞0.05）。

3 討論

3.1 不同日糧銅水平對(duì)奶牛血液生理生化指標(biāo)的影響

動(dòng)物體內(nèi)銅、鐵、鋅的代謝具有密切的關(guān)系，吸收的銅主要以銅藍(lán)蛋白的形式轉(zhuǎn)運(yùn)到各組織器官，同時(shí)銅是血紅蛋白形成所必需的元素。本研究中血銅濃度隨日糧銅濃度的增加而增加，中銅組（31.5 mg·kg-1）和高銅組（41.5 mg·kg-1）顯著大于低銅組（21.5 mg·kg-1），中銅組和高銅組間無(wú)顯著差異。

血液中銅的濃度會(huì)影響血清銅藍(lán)蛋白含量，血清銅藍(lán)蛋白具有轉(zhuǎn)運(yùn)銅及亞鐵離子（Fe2+）氧化作用，銅藍(lán)蛋白實(shí)際上是一種氧化酶——亞鐵氧化酶，其參與鐵的利用，能提高血中轉(zhuǎn)鐵蛋白中鐵飽和作用的速度，也是合成血紅素及清除體內(nèi)過(guò)多自由基所必不可少的。銅還參與許多酶系的組成，血中銅、鋅含量與血清Cu-Zn-SOD含量呈顯著正相關(guān)[3]。本試驗(yàn)中隨日糧銅濃度的增加，血銅濃度、血清銅藍(lán)蛋白及Cu-Zn-SOD具有相同的變化趨勢(shì)，隨日糧銅濃度的增加而增加，當(dāng)濃度達(dá)到31.5 mg·kg-1時(shí)，再增加銅濃度血銅濃度、血清銅藍(lán)蛋白和SOD都沒(méi)有再顯著增加，表明血中銅濃度、血清銅藍(lán)蛋白和SOD與日糧銅濃度并不具有一維線(xiàn)性關(guān)系，在日糧銅濃度達(dá)到最大耐受量范圍內(nèi)，血銅濃度、血中銅藍(lán)蛋白和SOD的活性只是在某一個(gè)銅濃度達(dá)到最大，提高銅的濃度可以增加血中銅藍(lán)蛋白和Cu-Zn-SOD的合成，但并不能隨銅濃度提高而顯著增加，這個(gè)日糧銅濃度點(diǎn)可能是血中銅含量、銅藍(lán)蛋白和SOD的活性達(dá)到最大的一個(gè)閾值點(diǎn)，還需要進(jìn)一步研究。

鐵在體內(nèi)存在血紅蛋白、肌紅蛋白和許多抗氧化酶系統(tǒng)中，血紅蛋白和肌紅蛋白完成血液和肌肉骨骼組織中氧的轉(zhuǎn)運(yùn)、固定和貯存，抗氧化酶系統(tǒng)對(duì)于維持動(dòng)物內(nèi)臟器官正常功能，保障體內(nèi)生化過(guò)程電子轉(zhuǎn)移、動(dòng)物產(chǎn)品中鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)和貯存具有重要作用，因此一定程度的血鐵含量提高對(duì)于維持動(dòng)物健康的生理功能具有重要的意義。試驗(yàn)中隨日糧銅濃度增加，血中鐵的濃度增加，由于銅藍(lán)蛋白能提高鐵的代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)，血中銅藍(lán)蛋白濃度的增加使血鐵的含量也增加，鐵元素是構(gòu)成血紅蛋白的重要成分，試驗(yàn)中血鐵濃度與血紅蛋白濃度也表現(xiàn)出一致的變化趨勢(shì)，隨日糧銅濃度增加而增大（P＜0.05），在銅水平為31.5 mg·kg-1時(shí)不再有顯著增加。

銅、鋅之間存在吸收的頡頏關(guān)系，高濃度的銅會(huì)降低鋅的吸收利用，生產(chǎn)中使用高銅飼料必須相應(yīng)提高日糧鋅的水平，雖然大量報(bào)道銅可抑制鋅的吸收，但主要是指日糧中銅鋅比很高時(shí)（50：1）。本次試驗(yàn)日糧中銅的增加使血中鋅的濃度有降低的趨勢(shì)，但未達(dá)到顯著水平（P＜0.05），這說(shuō)明日糧銅水平在41.5 mg·kg-1時(shí)不會(huì)對(duì)鋅的吸收代謝造成負(fù)面影響。血中鋅的含量都在5 μg·mL-1以上，大于奶牛正常血鋅濃度 2.5～5.0 μg·mL-1，因此日糧中鋅的含量可能已經(jīng)達(dá)到營(yíng)養(yǎng)需求。

綜合以上血液指標(biāo)分析可以看出，日糧31.5 mg·kg-1的銅濃度，對(duì)銅藍(lán)蛋白、Cu-Zn-SOD活性，血紅蛋白、血鐵含量都有有益的影響。在此飼養(yǎng)條件下31.5 mg·kg-1的銅含量是較為適宜的。但本試驗(yàn)補(bǔ)飼日糧銅濃度達(dá)到31.5 mg·kg-1時(shí)，血銅濃度 1.33 μg·mL-1，超過(guò)了報(bào)道的正常奶牛血銅濃度 0.8～1.2 μg·mL-1范圍。對(duì)于血液銅含量，Luo等認(rèn)為動(dòng)物銅的給飼方式，也是影響銅在體內(nèi)的沉積因素之一，一次大劑量給予或者分次飼喂胃對(duì)銅在體內(nèi)沉積及血銅濃度影響很大[4]。本研究銅的飼喂是一次性給予對(duì)血銅濃度和相關(guān)指標(biāo)變化也可能造成影響。血銅含量受包括疾病、應(yīng)激、日糧等許多因素的影響，因此血中銅濃度并不能完全指示體內(nèi)銅營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。在鐵、鋅、銅之間存在著營(yíng)養(yǎng)的頡頏關(guān)系，過(guò)量的硫酸亞鐵和鋅的存在會(huì)干擾銅的吸收和代謝，銅在反芻動(dòng)物體內(nèi)的代謝受許多日糧因素的影響，包括硫酸鹽中硫含量、鉬、鋅、蛋白水平、蛋白來(lái)源等，由于這些因素都會(huì)影響銅的代謝，所以想在不同的飼養(yǎng)狀態(tài)下研究日糧銅的準(zhǔn)確需要量是非常困難的。

3.2 日糧不同鐵水平對(duì)奶牛血液生理生化指標(biāo)的影響

本試驗(yàn)中對(duì)照組日糧鐵含量為336.3 mg·kg-1，高于NRC推薦需要量標(biāo)準(zhǔn)的6倍以上，繼續(xù)提高日糧中鐵水平使之達(dá)到386.3、436.3 mg·kg-1后，血中鐵及血紅蛋白含量隨日糧鐵含量增加而增加，但未達(dá)到顯著水平（P＞0.05），各試驗(yàn)組血鐵含量在正常的血鐵含量200～450 μg·mL-1范圍之間，說(shuō)明本試驗(yàn)中基礎(chǔ)日糧中奶牛的鐵營(yíng)養(yǎng)狀況很好，已能完全滿(mǎn)足體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)需要。

鐵與銅、鋅之間存在頡頏作用，其頡頏機(jī)理是鐵在腸道內(nèi)與銅、鋅爭(zhēng)奪蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)，從而降低銅、鋅的吸收率；過(guò)量的鐵會(huì)影響銅和鋅的吸收，當(dāng)奶牛日糧中含鐵250～500 mg·kg-1時(shí)，可造成銅耗竭。但本試驗(yàn)中日糧鐵含量為436.3 mg·kg-1飼養(yǎng)20 d后未發(fā)現(xiàn)銅耗竭的現(xiàn)象，且血銅、血清CPL、血清Cu-Zn-SOD等指標(biāo)未見(jiàn)明顯下降，這說(shuō)明動(dòng)物具有調(diào)控鐵吸收的內(nèi)在機(jī)制，且鐵與銅之間存在著更為復(fù)雜的協(xié)同與頡頏關(guān)系。日糧中過(guò)量的鐵會(huì)降低磷、銅的吸收，在幼齡動(dòng)物上會(huì)減少肝中維生素A的沉積。日糧鐵含量變化對(duì)血銅含量沒(méi)有顯著影響，血銅含量受包括疾病、應(yīng)激、日糧等許多因素的影響，因此血中銅濃度并不能完全指示體內(nèi)銅營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。增加日糧鐵含量會(huì)降低肝銅含量，同時(shí)會(huì)增加肝中鐵的含量，但是日糧銅含量變化對(duì)肝鐵含量的影響非常小。但血液和肝臟中銅濃度并不具有良好的相關(guān)性（R=0.18）。Shen等報(bào)道在中國(guó)西部放牧的牦牛，由于土壤和飼草中鐵含量過(guò)高，而導(dǎo)致銅缺乏癥，通過(guò)日糧補(bǔ)給銅而消除這種現(xiàn)象[5]。Chase報(bào)道，日糧中不補(bǔ)充銅、鐵時(shí)（基礎(chǔ)日糧含鐵 140 mg·kg-1DM，含銅 8 mg·kg-1DM），肝銅含量在660 mg·kg-1DM，只補(bǔ)充日糧鐵到552 mg·kg-1DM時(shí)，肝銅貯量達(dá)到 289 mg·kg-1DM，如果把日糧銅提高到 30 mg·kg-1DM，則肝銅貯量上升到600 mg·kg-1DM。這表明日糧高鐵低銅水平時(shí)，會(huì)降低銅在肝內(nèi)的保留量，但同時(shí)添加高銅高鐵則不會(huì)影響肝內(nèi)銅的存留量[6]。本試驗(yàn)中各試驗(yàn)組Cu-Zn-SOD活性、銅藍(lán)蛋白濃度也沒(méi)有顯著變化，這可能是與之相關(guān)的銅、鋅含量變化不明顯而導(dǎo)致，而鐵對(duì)SOD活性、銅藍(lán)蛋白影響也是通過(guò)對(duì)銅和鋅影響而起作用的。

綜合以上分析可以看出，基礎(chǔ)日糧鐵含量已經(jīng)滿(mǎn)足營(yíng)養(yǎng)需求，在此條件下不需要再補(bǔ)飼鐵制劑，雖然日糧中過(guò)量的鐵一般不會(huì)造成銅、鋅吸收代謝的負(fù)面影響，但過(guò)量鐵鹽可能在消化道內(nèi)與磷形成不溶性的磷酸鹽而降低動(dòng)物對(duì)磷的吸收，從而產(chǎn)生缺磷所致的骨骼疾病，而且用示蹤原子測(cè)定發(fā)現(xiàn)，當(dāng)母牛飼喂超過(guò)其需要量的鐵時(shí)其吸收率＜2%，因此，基礎(chǔ)日糧中鐵含量已經(jīng)能滿(mǎn)足營(yíng)養(yǎng)需要，不宜再添加鐵。

3.3 日糧不同鋅水平對(duì)血液生理生化指標(biāo)的影響

本試驗(yàn)中隨著日糧中鋅水平的提高，血中鋅含量逐漸增加，中鋅（90.15 mg·kg-1）和高鋅（130.15 mg·kg-1）試驗(yàn)組顯著大于對(duì)照組（50.15 mg·kg-1），兩個(gè)試驗(yàn)組之間無(wú)顯著差異。鋅在奶牛體內(nèi)的代謝受適應(yīng)性控制機(jī)能的調(diào)控，根據(jù)日糧供給鋅的量調(diào)整從腸道吸收和再分泌鋅的數(shù)量，在這一機(jī)制的調(diào)控下，當(dāng)日糧鋅嚴(yán)重缺乏時(shí)，在肝、胰腺、骨等組織中只有少量的下降，在腦、骨組織中沒(méi)有改變，血中鋅水平可能隨日糧鋅濃度的改變而變動(dòng)較大，過(guò)量的日糧鋅引起肝中鋅的大量增加，對(duì)采食量沒(méi)有影響，奶中中等程度增加，在腦、肌肉組織中沒(méi)有增加。本試驗(yàn)條件下血中鋅的含量都在5 μg·mL-1以上，大于奶牛正常血鋅濃度2.5～5.0 μg·mL-1，因此認(rèn)為對(duì)照組日糧中鋅的含量已經(jīng)達(dá)到營(yíng)養(yǎng)需求。

血鐵含量呈下降趨勢(shì)，3個(gè)試驗(yàn)組之間差異不顯著（P＞0.05），說(shuō)明試驗(yàn)條件下補(bǔ)飼鋅并沒(méi)對(duì)鐵的吸收產(chǎn)生顯著抑制。隨著日糧中鋅水平的不斷提高，血銅含量雖有降低，但各組間差異不顯著（P＞0.05）。高鋅可影響銅的吸收，因?yàn)槿占Z高鋅能使腸道中金屬硫蛋白量增加，對(duì)金屬硫蛋白的合成起誘導(dǎo)作用，在腸管表面，銅被金屬硫蛋白所束縛，并隨腸道上皮細(xì)胞表皮的脫落而從糞中排出。有研究表明，成年泌乳母牛日糧中補(bǔ)鋅2 000 mg·kg-1時(shí)，血漿銅濃度降低，但若補(bǔ)鋅1 000 mg·kg-1，不會(huì)出現(xiàn)血漿銅下降的現(xiàn)象。

當(dāng)銅、鋅同時(shí)在奶牛日糧中添加時(shí)，會(huì)減少銅在肝臟中的沉積量，如果鋅的劑量較高可能還會(huì)導(dǎo)致銅的缺乏，當(dāng)然也可防止高劑量銅的中毒。由此可見(jiàn)從影響銅在體內(nèi)代謝作用上看，日糧鋅與鐵的作用類(lèi)似，其在日糧中含量變化對(duì)血液銅含量沒(méi)有顯著影響，而影響銅在肝臟的沉積，本試驗(yàn)結(jié)果也證明了，在實(shí)踐中鋅并非是影響銅吸收的主要因子。

隨著日糧鋅水平的提高，血紅蛋白、血清CPL、血清Cu-Zn-SOD活性未見(jiàn)顯著變化（P＞0.05）。這些指標(biāo)的變化受血中銅、鋅、鐵含量變化影響較大，當(dāng)日糧中含有高鋅和高銅時(shí)，鋅能夠干擾銅的作用，從而間接影響與銅相關(guān)指標(biāo)的變化，當(dāng)只有高鋅（500～1 000 ppm）時(shí)，而銅含量較低時(shí)（10 ppm），則對(duì)銅代謝的干擾較少。本試驗(yàn)中血中銅、鐵含量無(wú)差異的變化，使得血紅蛋白、血清CPL無(wú)顯著變化，單純血鋅濃度的提高也未能引起血清Cu-Zn-SOD活性的明顯增加。也有研究認(rèn)為，日糧鋅濃度的提高對(duì)血液中與鋅相關(guān)指標(biāo)影響較小，除非有一些協(xié)助性物質(zhì)（如同時(shí)添加飽和脂肪酸）存在，才能促進(jìn)血中與鋅相關(guān)指標(biāo)的變化，這也可能是造成本試驗(yàn)中血液相關(guān)指標(biāo)沒(méi)有顯著變化的原因之一[7]。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，基礎(chǔ)日糧中鐵、鋅、銅濃度為 336.30、50.15、31.50 mg·kg-1最適宜。

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