理想微量元素模型及其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

曹冬梅，孫安權(quán)

(奧格生物技術(shù)(上海)有限公司，上海 201210)

微量元素是動(dòng)物體所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，直接或間接地參與機(jī)體幾乎所有的生理和生化過(guò)程，對(duì)畜禽維持正常生長(zhǎng)、繁殖、免疫和生產(chǎn)性能有極其重要的作用，包括結(jié)構(gòu)組織的維護(hù)（鈣，磷，錳）、作為酶催化劑（銅，錳，鋅，鐵）；輔助氧的運(yùn)輸（鐵血紅蛋白）；膜轉(zhuǎn)運(yùn)和電解質(zhì)平衡的調(diào)節(jié)（鈉，鉀，氯）、氧化損傷的阻止（硒，銅）、激素和免疫系統(tǒng)的（鐵，銅，鋅，鉻）組成部分。豬常用的微量元素有：銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）、硒（Se）、碘（I）、鉻（Cr）等。在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)各種元素之間按一定比例存在，以維持各自的生理功能，如果比例平衡失調(diào)，動(dòng)物疾病就會(huì)發(fā)生和發(fā)展。微量元素在飼料中含量甚微，在體內(nèi)作為酶或輔酶的重要成分，直接參與細(xì)胞內(nèi)的代謝過(guò)程，為生命之必需。但當(dāng)某元素達(dá)不到或超過(guò)動(dòng)物機(jī)體運(yùn)行的正常需要范圍時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物新陳代謝紊亂而表現(xiàn)出與之相關(guān)的礦物元素缺乏癥或過(guò)量中毒癥，從而給畜牧業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。如硒（Se）元素在畜體內(nèi)正常范圍為0.1～5 mg/kg，當(dāng)?shù)陀谙孪拗禃r(shí)，就會(huì)導(dǎo)致豬生長(zhǎng)、繁殖機(jī)能紊亂，易患豬肝壞死等癥；但當(dāng)豬體內(nèi)超過(guò)5 mg/kg，就會(huì)出現(xiàn)硒（Se）中毒癥狀，表現(xiàn)出趾殼脫落、消瘦脫毛、肝硬化和肝萎縮、母豬受胎率低、初生仔豬小、弱或死亡。

微量元素在機(jī)體內(nèi)的吸收利用之間存在復(fù)雜的協(xié)同和頡頏關(guān)系，而且在不同的含量范圍內(nèi)，協(xié)同和頡頏的關(guān)系常常是互相轉(zhuǎn)換的。一種元素供給缺乏，必然影響其他元素的吸收，值得注意的是鐵、銅和鋅以及微量元素與鈣的結(jié)合。由于無(wú)機(jī)微量元素被消化成游離離子后溶解成為活性很強(qiáng)的反應(yīng)物質(zhì)，此時(shí)礦物元素間的相互作用就發(fā)生了。沸石粉，膨潤(rùn)土及其他可能來(lái)源于黏土的材料會(huì)大量結(jié)合微量元素。霉菌毒素尤其是黃曲霉毒素會(huì)直接影響與微量元素吸收利用有關(guān)的酶的活性，影響微量元素的吸收利用效果。纖維素，植酸鹽，草酸鹽可以直接跟微量元素結(jié)合，降低其利用率。這一互作過(guò)程會(huì)降低豬對(duì)微量元素的生物學(xué)利用率。不考慮飼料原料中微量元素的含量，有時(shí)能誤導(dǎo)或?qū)е碌V物元素的不平衡，例如，磷酸鹽原料含有較多的鐵。同種礦物元素來(lái)源不同、鹽的形式不同甚至加工生產(chǎn)工藝不同，生物學(xué)利用率也會(huì)不同。

1 理想微量元素模型的建立

集約化養(yǎng)殖造成的環(huán)境污染是一個(gè)全球關(guān)注的問(wèn)題。動(dòng)物飼料中大量使用的銅、鐵、錳，鋅等無(wú)機(jī)微量元素吸收利用率低，經(jīng)糞便大量排出，常對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥篮退翟斐蓢?yán)重污染。在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，高銅作為促生長(zhǎng)添加劑應(yīng)用相當(dāng)普遍，與之呼應(yīng)的鋅、鐵，錳等微量元素用量也大大高于需要量及推薦用量，造成不應(yīng)該的浪費(fèi)及低效率。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的技術(shù)改進(jìn)和污染治理，對(duì)使用較低添加量而高利用率的有機(jī)微量元素的需求變得較為迫切。為合理解決改善動(dòng)物生產(chǎn)效益與減少動(dòng)物糞便污染之間的矛盾，根據(jù)近20年來(lái)的研究進(jìn)展，提出理想微量元素模型，以供養(yǎng)殖業(yè)更經(jīng)濟(jì)有效地利用微量元素，以減少對(duì)環(huán)境的污染。理想微量元素模型是對(duì)NRC理論的深化。為避免飼料配方中不同微量元素之間的頡頏作用，需要根據(jù)研究結(jié)果總結(jié)不同種類(lèi)有機(jī)微量元素之間的最佳劑量及比例關(guān)系，稱為“理想微量元素模型”。理想微量元素模型，以實(shí)踐為基礎(chǔ)，充分考慮礦物元素之間的互作效應(yīng)，充分發(fā)揮微量元素功效，減少不必要的浪費(fèi)。

由于微量元素之間復(fù)雜的互作和頡頏關(guān)系，單一提高某種或一些必需微量元素在動(dòng)物飼糧中的配比，會(huì)導(dǎo)致飼料利用率下降、成本上升、環(huán)境污染等問(wèn)題。因此，需要根據(jù)飼料原料特性、養(yǎng)殖條件和生產(chǎn)方式、機(jī)體對(duì)Fe、Cu、Zn和Mn吸收的相互作用機(jī)理等方面合理添加必需微量元素，做到高效節(jié)約。礦物元素之間存在廣泛的互作，其自身存在形式及量的失衡均會(huì)造成生物利用率的下降。圖1顯示有機(jī)微量元素在一般情況下利用率比硫酸鋅略高，但在應(yīng)激情況下硫酸鋅的利用率會(huì)下降，而有機(jī)微量元素利用率會(huì)保持原有水平，所以二者相對(duì)利用率有巨大差別，這是高質(zhì)量的有機(jī)微量元素具有抗應(yīng)激能力的主要原因。而當(dāng)無(wú)機(jī)微量元素被動(dòng)物機(jī)體攝入后，金屬元素離子化或解離，帶電(+)，會(huì)附著在它首先遇到的吸引它的化合物，如果遇到另一個(gè)親和力更強(qiáng)的物質(zhì)，就會(huì)更換伙伴，最終化合物的生物利用率決定微量元素的吸收利用效率。且由于微量元素之間的互作效應(yīng)，元素之間還會(huì)競(jìng)爭(zhēng)吸收位點(diǎn)。有機(jī)微量元素由于礦物元素與有機(jī)配位體提前結(jié)合，減少了微量元素的反應(yīng)幾率，降低互作效應(yīng)，其可運(yùn)送礦物元素到小腸的吸收部位，確保元素的溶解性。因此，有機(jī)微量元素研究日益引起人們的興趣。

有機(jī)微量元素就是微量元素和水解蛋白，小肽，單個(gè)氨基酸甚至是碳水化合物螯合形成的化合物，金屬離子和“蛋白”結(jié)合的鍵的強(qiáng)度決定該微量元素在體內(nèi)的生物學(xué)活性。易溶解、結(jié)合強(qiáng)度弱的微量元素在體內(nèi)分解，并以與無(wú)機(jī)鹽類(lèi)似的方式發(fā)揮作用。螯合作用可保護(hù)金屬蛋白鹽中的微量元素不與其他元素互作，微量元素通過(guò)肽或氨基酸的吸收途徑進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，而不是一般金屬離子吸收機(jī)制。螯合金屬與其他無(wú)機(jī)金屬不同，不會(huì)以物理化學(xué)的方式降低其他必需而“未受保護(hù)”離子的吸收利用。這種機(jī)制或許可提高其在動(dòng)物生產(chǎn)上的生物學(xué)利用率，從而降低排泄量。同時(shí)小肽/氨基酸可以增強(qiáng)金屬與靶部位的結(jié)合能力輔助代謝作用，例如酶系統(tǒng)中金屬結(jié)合蛋白。一般而言，有機(jī)微量元素毒性低，生物利用率高，可以避開(kāi)無(wú)機(jī)微量元素的競(jìng)爭(zhēng)吸收通道，更高效地被動(dòng)物體利用。因此，只需要添加少量的有機(jī)微量元素即可達(dá)到高劑量無(wú)機(jī)微量元素的效果，從而減少微量元素的使用量和排放量，減少環(huán)境污染。但并不是所有的有機(jī)微量元素都比無(wú)機(jī)微量元素好。例如，丙酸鹽的生物學(xué)利用率與硫酸鹽并無(wú)區(qū)別，只有真正形成螯合而且適度螯合的微量元素利用率才會(huì)比較理想。由世界著名的電化學(xué)專(zhuān)家美國(guó)德克薩斯技術(shù)大學(xué) Robert Holwerda教授研發(fā)成功的，以小肽作為配位體的高強(qiáng)度螯合型微量元素，在豬的胃中比較穩(wěn)定，95%可通過(guò)豬胃而到達(dá)小腸被有效吸收利用。

圖1 不同種微量元素的利用率

理想微量元素模型是根據(jù)大量的試驗(yàn)總結(jié)，以較好的試驗(yàn)結(jié)果所總結(jié)出來(lái)的不同種類(lèi)微量元素之間的比例關(guān)系，主要是鐵，銅，錳，鋅之間的比例及添加量，以確保動(dòng)物能夠以較少而經(jīng)濟(jì)的添加量而得到更好的生長(zhǎng)、免疫及繁殖效果。比如在母豬后備階段及懷孕階段，鋅錳銅3種有機(jī)微量元素的比例按照8：4：2，比較有利于繁殖性能的發(fā)揮，而在哺乳階段則需要增加有機(jī)鐵的使用量。同時(shí)，硒也是理想微量元素模型中不可忽視的重要元素。硒的來(lái)源不同，其毒性和生物學(xué)利用率存在著巨大差異。亞硒酸鈉作為第一代補(bǔ)硒產(chǎn)品，由于毒性大，混合均勻度差，常常造成中毒，可以考慮全面使用有機(jī)態(tài)硒取代無(wú)機(jī)態(tài)硒。中國(guó)的有機(jī)硒研究及生產(chǎn)均領(lǐng)先于世界發(fā)達(dá)國(guó)家許多年，特別是軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院研制的蛋白硒將中國(guó)有機(jī)硒的生產(chǎn)水平大幅度提高。蛋白硒與酵母硒之差別，主要表現(xiàn)在毒性上，大鼠攻毒試驗(yàn)顯示硒酸鈉，亞硒酸鈉，酵母硒，蛋白硒的半數(shù)致死量分別是 3 mg/kg、4 mg/kg、37 mg/kg、112 mg/kg。同時(shí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明蛋白硒在提升動(dòng)物免疫功能速度上也顯著快于酵母硒，這說(shuō)明世界上廣泛流行的酵母硒是一種比亞硒酸鈉好的硒源，但相比蛋白硒依然屬于毒性較高，效價(jià)較低的硒源產(chǎn)品。另外研究還表明水溶性蛋白硒是一種更高效的硒源，抗應(yīng)激效果更好，用于產(chǎn)房母豬，可顯著提高其抗應(yīng)激能力（表1）。

應(yīng)用理想微量元素模型還應(yīng)考慮微量元素與維生素之間的協(xié)同互作關(guān)系，常見(jiàn)的幾種微量元素與維生素之間的協(xié)同關(guān)系有：硒與維生素E，鐵、銅等與維生素C。硒可加強(qiáng)維生素E的抗氧化作用，對(duì)維生素E在體內(nèi)的生物化學(xué)作用，起著復(fù)雜的補(bǔ)償和協(xié)調(diào)作用。據(jù)報(bào)道，一個(gè)硒原子預(yù)防肝壞死的作用相當(dāng)于700～1000個(gè)維生素E分子。微量元素硫酸鹽在氧化反應(yīng)中作為氧化劑可誘導(dǎo)維生素的氧化、變質(zhì)從而破壞維生素的結(jié)構(gòu)。不合格鋅源中氧化劑（高錳酸鉀或過(guò)氧化氫）殘留更讓維生素的損失雪上加霜。在含有無(wú)機(jī)微量元素鐵、鋅、錳的情況下，維生素預(yù)混料在貯藏3個(gè)月后維生素K損失80%以上，葉酸損失40%以上，維生素B6損失20%以上。使用有機(jī)微量元素則可減少這種對(duì)維生素的氧化破壞作用，因此可考慮在使用理想微量元素模型的同時(shí)降低部分維生素的添加量，達(dá)到更經(jīng)濟(jì)環(huán)保的效果。

圖2 螯合的蛋白鋅結(jié)構(gòu)示意圖

2 理想微量元素模型在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

大量的研究資料證實(shí)螯合型有機(jī)微量元素對(duì)動(dòng)物都具有顯著提升動(dòng)物免疫系統(tǒng)和生產(chǎn)性能的功效。應(yīng)用理想微量元素模型對(duì)母豬可以減少死胎、木乃伊胎，顯著提高窩產(chǎn)活仔數(shù)。后備母豬及經(jīng)產(chǎn)母豬淘汰率大幅度下降，首次配種受胎率顯著提高，種公豬需要量大幅度下降。對(duì)仔豬及生長(zhǎng)豬的生長(zhǎng)速度顯著提高，毛色光亮，皮膚紅潤(rùn)，飼料轉(zhuǎn)化率顯著上升，平均出欄提前1周以上，減少耳尖壞死、咬耳和咬尾癥狀。

妊娠后期3～4周、哺乳期及斷奶后前3～4周的母豬對(duì)微量元素有較高的需要量。此階段有效微量元素的日攝入量對(duì)繁殖性能的影響是至關(guān)重要的。足量有代謝活性的微量元素的及時(shí)釋放，可保障機(jī)體內(nèi)部各種活動(dòng)的高效進(jìn)行。已經(jīng)證實(shí)，處于第3胎的母豬機(jī)體含有的微量元素水平比同體重未產(chǎn)過(guò)仔的母豬少，并且窩產(chǎn)仔數(shù)越多，斷奶后母豬機(jī)體微量元素儲(chǔ)存量越少。充分表明為了平衡微量元素的吸收和排泄，防止母豬受危害而動(dòng)員機(jī)體組織以滿足微量元素的需要。提高此階段母豬微量元素的供給可以維持繁殖性能，增強(qiáng)腿部力量，降低淘汰率和延長(zhǎng)母豬使用年限。研究表明小肽螯合物可提高母豬的繁殖性能（圖3）及微量元素在各繁殖器官中的沉積（圖4）。一般在生產(chǎn)中預(yù)產(chǎn)期前3～7 d將母豬趕入分娩室，哺乳期16～21 d或者更長(zhǎng)。母豬斷奶后5～7 d進(jìn)入發(fā)情期，配種后25～35 d進(jìn)行懷孕確診。從進(jìn)入分娩室到下次配種完成和妊娠的建立持續(xù)大概30～60 d。這是個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)微量元素的攝入對(duì)繁殖母豬的順利生產(chǎn)至關(guān)重要。在此期間日糧中添加有機(jī)微量元素可以提高其性能。添加金屬蛋白鹽形式的50 mg/kg鋅、10 mg/kg錳 和10 mg/kg銅，試驗(yàn)期為斷奶到配種后的14 d。試驗(yàn)表明從斷奶到發(fā)情時(shí)間縮短28%，須重配種的母豬數(shù)量降低54%，淘汰的母豬數(shù)量減少68%。從斷奶到配種節(jié)省2.3 d，每頭母豬每胎產(chǎn)仔數(shù)可增加0.3頭（以1頭母豬1年產(chǎn)仔2.5窩計(jì)算）。母豬哺乳期添加使用有機(jī)螯合微量元素組合（蛋白鋅、蛋白錳、蛋白銅、蛋白鐵、蛋白硒；600 g/t）可提高母豬的泌乳性能，表現(xiàn)為仔豬日增重顯著提高（表2）。

圖3 小肽螯合微量元素ZMC對(duì)母豬繁殖性能的影響

表1 水溶性蛋白硒對(duì)產(chǎn)房母豬生產(chǎn)性能的影響

表2 應(yīng)用理想微量元素模型提高母豬泌乳性能

表3 應(yīng)用理想微量元素模型提高仔豬生長(zhǎng)性能

表4 應(yīng)用理想微量元素模型減少豬糞便銅、鋅的排泄量 mg/kg

仔豬和小豬階段應(yīng)用理想微量元素模型可提供乳仔豬快速生長(zhǎng)發(fā)育所需要的均衡營(yíng)養(yǎng)，發(fā)揮仔豬的生長(zhǎng)潛力（表3），并減少無(wú)機(jī)微量元素對(duì)維生素的氧化破壞作用。同時(shí)可顯著降低豬糞便中銅、鋅的排泄量，減少對(duì)環(huán)境的污染（表4）。

3 小結(jié)

我國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)備本來(lái)就相對(duì)缺乏，無(wú)論從保護(hù)生態(tài)環(huán)境和畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，還是從飼養(yǎng)成本方面考慮，都應(yīng)該重視提高飼料中微量元素的利用效率。我國(guó)大多數(shù)的養(yǎng)殖場(chǎng)沒(méi)有設(shè)立完善的糞便處理及資源再利用系統(tǒng)，不能通過(guò)優(yōu)化畜禽排泄物管理措施來(lái)改善礦物元素的污染及浪費(fèi)，在飼料工業(yè)中選用適宜的有機(jī)螯合微量元素，在提高微量元素利用效率的同時(shí)可減少因飼料中大量使用無(wú)機(jī)微量元素而造成的環(huán)境污染。使用有機(jī)微量元素更符合低碳農(nóng)業(yè)的要求。

不同種類(lèi)動(dòng)物在不同階段所需求的理想微量元素模型內(nèi)容不一樣，若能根據(jù)動(dòng)物的生長(zhǎng)階段配合理想的微量元素比例及劑量，將會(huì)顯著改善動(dòng)物的生產(chǎn)性能，繁殖性能，對(duì)疾病的抵抗力，最終將大幅度降低抗生素使用，減少對(duì)環(huán)境的污染。低碳農(nóng)業(yè)呼喚理想微量元素模型，減少排放，節(jié)省資源。

參考文獻(xiàn)（略）