稀土元素在反芻動物營養(yǎng)中的功能及在生產上的應用

柏峻，瞿明仁，李艷嬌，許蘭嬌＊

（1.江西農業(yè)大學江西省動物營養(yǎng)重點實驗室∕營養(yǎng)飼料開發(fā)研究中心，南昌，330045）

稀土元素在反芻動物營養(yǎng)中的功能及在生產上的應用

柏峻1，瞿明仁1，李艷嬌1，許蘭嬌1＊

（1.江西農業(yè)大學江西省動物營養(yǎng)重點實驗室∕營養(yǎng)飼料開發(fā)研究中心，南昌，330045）

我國稀土資源豐富，應用廣泛。隨著深入研究，稀土元素被開發(fā)為動物飼料添加劑，并在畜牧業(yè)中逐步得以應用。本文就稀土元素在反芻動物營養(yǎng)上的功能及其在生產上的應用作一概述，以期促進稀土在反芻動物生產上的研究與應用。

稀土；反芻動物；營養(yǎng)功能；生產應用

0 引言

稀土，曾稱稀土金屬或稀土元素，是元素周期表中元素鈧、釔和鑭系元素共17種化學元素的合稱。我國稀土資源豐富，稀土資源量約為3600萬t（REO），占世界總資源量的36%，居世界之首（U.S Geological Survey[1]2010）。上世紀70年代以來，我國逐漸開始將稀土運用于畜牧業(yè)。根據添加劑中所含稀土元素的種類還可以分為單一稀土添加劑和復合稀土添加劑。根據化合物性質，稀土添加劑分為無機稀土添加劑和有機稀土添加劑。研究表明，有機稀添加劑的應用效果比無機稀土要好，復合稀土添加劑比單一稀土添加劑效果顯著（楊生棟[2]，2010）。近年來，稀土元素作為飼料添加劑在畜牧業(yè)中的應用取得了良好的效果。大量試驗發(fā)現，稀土不僅可以改善飼料品質，有效提高動物生產性能。而且具有類似抗生素的作用，可以選擇性地影響腸道細菌，從而提高動物對飼料的利用率、增強動物免疫力等（Rambeck等[3]，2005）。本文就稀土在反芻動物營養(yǎng)中的作用機理及在生產上的應用進行綜述，為其在反芻動物瘤胃發(fā)酵中的調控及其在實踐生產中的應用提供理論依據。

1 稀土元素對生物體的作用

1.1 對酶活性的影響

稀土元素作為一種輔助性營養(yǎng)元素參與到動物機體代謝時，對酶的作用，可以歸納為激活、抑制和混合型三種。稀土離子本身具有特殊的4f電子，能產生

一系列的光、電、磁生物效應，可作為動物生理激活劑，激活動物體內多種酶的活性，促進動物生長。例如Liu等[4]（2003）在研究La3+對Na+∕K+-ATPase的影響時發(fā)現，La3+對該酶的活性有抑制作用，原因是稀土離子與酶的變構位點結合后，使酶構象改變而影響酶的活性。曹永范等[5]（2010）研究表明，低濃度的稀土離子對纖維素酶有激活作用，而高濃度對酶活性有抑制作用，說明稀土元素對酶的作用與其濃度有關。

1.2 對物質代謝的影響

Prause等[6]（2005）研究發(fā)現，動物飼喂一定量的稀土可以顯著提高氮的吸收、能量平衡、碳水化合物吸收及營養(yǎng)素的消化率。這可能是由于稀土能夠促進動物胃中消化液的分泌以及影響動物小腸的滲透性，從而提高不同營養(yǎng)物質的消化。此外，有研究表明：大部分輕稀土元素，通過消化道吸收后，主要沉積在動物肝臟中，其次是骨骼，而酸性重稀土主要沉積在骨骼中（Durbin等，1956；Evans，1990）[7]。而幼年動物由于消化道發(fā)育不全則有可能吸收相當量的稀土，其骨骼也更容易沉積稀土，肝臟中稀土會隨時間變化釋放并進入骨骼[8]（Mraz和Eisele，1977；Evans，1990）。

1.3 對自由基的影響

自由基是動物生命活動中多種生化反應的中間代謝產物，是引起動物炎癥、癌變、衰老的重要因素，自由基過多會對動物機體造成嚴重損害。劉堅等[9]（2006）研究發(fā)現，通過給大鼠灌服氯化鑭后，能降低體內過氧化脂質的生成，具有較強清除體內氧自由基的能力。王金勝等[10]（1997）研究結果表明，經光輻射后核黃素產生的超氧陰離子（O2-），可以被鈰離子大量清除。

1.4 對其他礦物元素的影響

稀土元素與某些元素間有著密切的關系，在一定范圍內有代替必需元素的作用。與礦物質元素之間常常存在協同或拮抗效應。王天成等[11]（2007）在研究輕稀土鑭對大鼠鈣、鎂、鐵的影響時發(fā)現：稀土元素對鈣離子和鐵離子均存在拮抗作用。但適量的稀土與其他元素共用時，則會表現出與其他元素協同的作用。研究表明稀土會增加磷的吸收（周寧波[12]，2004）。

2 稀土元素在反芻動物營養(yǎng)中的功能

2.1 改善反芻動物瘤胃微生物區(qū)系

反芻動物的瘤胃為微生物提供了一個良好的生存環(huán)境，并且調控、優(yōu)化瘤胃微生物種屬多樣性和微生物區(qū)系的穩(wěn)定性是維持機體的健康、提高反芻動物的生產性能和改善動物產品品質的前提。沙里等[13]（1992）通過在肉羊中補飼稀土元素，發(fā)現其對瘤胃微生物區(qū)系有明顯改善。桂榮等[14]（1995）研究稀土對阿爾巴斯白絨山羊作用時也發(fā)現，其瘤胃微生物達到較為穩(wěn)定、適宜的酸性環(huán)境，微生物比例也相對平衡，能夠促進營養(yǎng)物質的有效利用，從而提高了飼料的利用率。Liu等[15]（2008）向肉牛日糧中分別添加不同濃度的氯化鑭，結果表明：氯化鑭在調控瘤胃內微生物和酶的作用時存在劑量效應。因此，稀土對微生物區(qū)系的影響往往會隨著試驗中稀土添加劑量不同而不同。Zhang等[16]（2015）通過體外瘤胃發(fā)酵試驗發(fā)現每千克干物質（DM）添加0.8 mmol氯化鑭（196 mg氯化鑭∕kg DM）顯著降低瘤胃原蟲和產甲烷菌的相對豐度。而在張婷婷[17]（2015）的試驗中，添加氯化鑭、氯化鈰、氯化鐠均能降低瘤胃CH4產量，其對瘤胃微生物機制是降低了瘤胃產甲烷菌和原蟲的數量。Le等[18]（2008）試驗研究結果表明：肉牛的生產性能與瘤胃微生物區(qū)系間存在明顯相關關系。

2.2 改善反芻動物瘤胃發(fā)酵

Yang[19]（2009）運用體外培養(yǎng)方法研究了稀土對瘤胃發(fā)酵的影響，結果發(fā)現：添加稀土可以使瘤胃產氣量和揮發(fā)酸濃度呈線性增加，瘤胃內有機物質、酸性洗滌纖維、粗蛋白等物質的真消化率隨稀土添加濃度的增加呈線性上升，推測其機制可能是稀土提高了瘤胃內纖維降解酶和蛋白質降解酶的活性。劉江波等[20]（2012）用4只裝有永久性瘤胃瘺管、體重約25 kg的閹割南江黃羊為瘤胃液供體動物，研究添加不同水平的氯化鑭、氯化鈰和氯化釹對瘤胃發(fā)酵功能影響，結果表明;體外培養(yǎng)24 h后，菌體蛋白（MCP）、揮發(fā)性脂肪酸（TVFA）、乙酸和丙酸濃度較對照組顯著提高，乙丙比則顯著低于對照組。說明適當的稀土能促進有機物的降解，提高微生物利用NH3-N合成MCP的能力。桂榮等[14]（1995）用4只阿爾巴斯白絨山羊（母），進行瘤胃消化代謝試驗，結果發(fā)現添加0.02%的硝酸稀土添加劑（含量38%）可使瘤胃內氨氮濃度顯著降低。Yang等[19]（2009）也通過體外批次發(fā)酵的方法證明添加稀土混合物后瘤胃內的產氣量與VFA濃度均增加。而沙里和張俊奇[13]（1992）試驗中，每天給三組烏珠穆沁羯羊分別飼喂7 mg∕（kg·d·w）、12 mg∕（kg·d·w）、17mg∕（kg·d·w）不同劑量的稀土，結果發(fā)現：飼喂12 mg∕（kg·d·w）組的烏珠穆沁羯羊瘤胃液pH變動范圍最小；而17 mg∕（kg·d·w）的組變動范圍最大。說明過高劑量的稀土元素會破壞瘤胃緩沖體系，使瘤胃內環(huán)境失去平衡。

2.3 改善反芻動物消化代謝

桂榮等[14]（1995）用6只成年母阿爾巴斯絨山羊進行消化代謝試驗，以添加200 mg∕kg稀土日糧飼喂60 d。結果顯示：稀土可提高絨山羊日糧干物質（DM）,有機物（OM）、總能（GE）及酸性洗滌纖維（ADF）消化率，分別提高11.58%、12.27%、16.69%和26.29%；除此之外，其氮沉積率顯著提高。而林仕欣[21]（2015）在研究鑭、鈰、鐠對肉牛營養(yǎng)物質消化的試驗中也表明每千克日糧DM添加204 mg氯化鑭、氯化鈰顯著增加了肉牛氮沉積量和沉積率。而Koenig等[22]（2000）報道表明添加稀土可驅除原蟲，進而能改善瘤胃氮代謝，增強瘤胃微生物合成蛋白的能力來增加提供給動物的微生物蛋白數量。劉江波[20]（2012）等用不同水平的鑭、鈰和釹對南江黃羊瘤胃體外發(fā)酵的試驗結果：添加LaCl3·7H2O組和添加CeCl3·7H2O組的MCP均高于對照組，初步表明：添加適量的稀土在一定程度上能夠促進微生物對NH3-N的利用，合成更多的MCP。

3 稀土元素在反芻動物生產中的應用

3.1 稀土元素在牛生產上的應用

3.1.1 提高育肥牛日增重

謝固本等[23]（1992）在用稀土飼料添加劑飼喂育肥牛的效果試驗中發(fā)現通過92 d的飼喂后，稀土組平均日增重484.67g，均顯著高于基礎日糧組（日增重363.80g），提高33.22%。王安琪等[24]（1992）在牛日糧中添加稀土也發(fā)現試驗牛平均日增重較對照組明顯提高，且差異極顯著。這可能是由于添加稀土元素（RE）提高了飼料氮源利用率，增加瘤胃微生物蛋白質的合成，從而達到了增重的效果。而其是否會影響牛分泌系統(tǒng)的變化，尤其是生長激素的釋放，則需進一步研究。

3.1.2 提高育肥牛飼料轉化率

張建文等[25]（1994）選用臨夏州畜牧獸醫(yī)研究所飼養(yǎng)的6頭育肥雜種牛，通過向日糧中添加一定量的硝酸稀土，發(fā)現試驗組飼料轉化率明顯提高。其中添加0.5%的稀土添加劑試驗1組每千克增重消耗精料3.56 kg，添加0.3%的稀土添加劑+0.16%的玉米蛋白粉試驗2組每千克增重消耗精料3.18 kg，而添加0.4%的玉米蛋白粉的對照組每千克增重消耗精料3.91 kg，表明在日糧中添加稀土，可提高詞料利用率9.8%～23%。王安琪[24]（1992）選用斷奶后育肥牛20頭，隨機分為對照組和試驗組。對照組為飼喂基礎日糧，試驗組為基礎日糧添加0.2%RE。結果表明：通過15 d預試期后，試驗組與對照組相比，每增重1 kg活重，節(jié)省精料0.41kg,提高飼料轉化率14.29%。

3.1.3 提高泌乳奶牛產奶量

沈啟云[26]（1991）在奶牛日糧中添加一定量的稀土，發(fā)現當添加量為800 mg∕kg時，奶牛產奶量、乳脂率分別提高21.7%和0.39%。王京仁[27]（2004）分別給黑白花奶牛飼喂12.5 mg∕kg、20 mg∕kg稀土添加劑，產奶量分別提高了9.57%、9.87%。由此可知，奶牛產奶量在一定范圍內與稀土添加量成正比，但并非越高越好。過高稀土不僅會抑制奶牛機體免疫機能，甚至會出現毒性作用（劉大森等[28]，2001）。而戶如霞等[29]（2003）在泌乳奶牛日糧中添加稀土殼糖胺，發(fā)現其最適比例為0.15%（1500 mg∕kg），這可能與稀土的制備工藝和稀土純度有關，也可能是試驗添加劑中殼糖胺與稀土鰲合促進了稀土的吸收或與試驗環(huán)境相關。

3.2 稀土元素在羊生產上的應用

3.2.1 提高采食量

李淑紅等[30]（2003）在湘東黑山羊日糧中分別用添加15 mg∕kg、10 mg∕kg的稀土日糧進行育肥試驗。結果表明：在日糧中添加稀土10～15 mg∕kg，能夠提高肥育黑山羊采食量和日增重，明顯改善飼料轉化效率，降低飼養(yǎng)成本，從而增加經濟效益。于靜[31]（2009）選用了4只五歲左右、體重約55 kg的健康的小尾寒羊，按每千克混合精料（風干物計）添加216.5 mg硝酸稀土，結果表明:添喂稀土使綿羊的自由采食量增加了7.4%～13.0%。

3.2.2 提高羊毛產量和品質

張啟儒等[32]（1991）在半農半牧的干草原在細毛羊日糧中添加稀土進行試驗，試驗期為3個月，試驗組羯羊每日每千克體重添加10mg稀土，與對照組相比，羊毛長度平均提高12.5%。同樣劑量在育成母羊的飼喂試驗中表明，試驗組兩年平均羊毛長度比對照組提高13%，產毛量提高7.27%。并改善了羊毛品質，羊毛纖維密度、均勻度和凈毛率均顯著高于對照組。吳延明等[33]（1997）在自然放牧條件下對青海細毛羊進行60 d的稀土飼喂試驗，發(fā)現試驗組平均羊毛長度較對照組增加0.54 cm，提高15.38%，差異極顯著。說明稀土元素羊毛只產毛量、產毛品質均有一定的促進作用，其添加量的數目可能與羊只品種有關。

4 小結

我國稀土資源豐富。隨著對稀土研究的不斷深入，大量研究表明：稀土元素能夠影響生物體內酶活性和物質代謝，具有清除體內氧自由基的能力，促進動物的健康。對反芻動物而言，稀土具有改善反芻動物瘤胃微生物區(qū)系和瘤胃發(fā)酵功能、促進反芻動物營養(yǎng)物質消化代謝、提高反芻動物生產性能等功能，但是目前的研究依舊不多，也不夠深入，且主要集中在復合稀土添加劑的研究中，具體是何種元素或是幾種元素的互作效應起作用仍不明確。如果能夠進一步解決其對反芻動物機理的相關問題，必將對稀土添加劑的標準化生產和應用前景帶來巨大的幫助。

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S816.72

：A

：1008-6137（2017）04-0004-05

公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201303143）、國家肉牛牦牛產業(yè)技術體系（CARS-38）、廣昌縣肉牛飼料研制與營養(yǎng)（09005392）。

柏峻（1993-），男，江西瑞昌人，碩士研究生，主要從事反芻動物營養(yǎng)研究。

*通訊作者：許蘭嬌（1981-），博士，助研。

2017-06-16