微量元素硒在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進展

李萬棟，李光梅，景建武，崔占鴻

（1.青海農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，青海湟源 812100；2.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海省牦牛工程技術(shù)研究中心，青海省高原放牧家畜動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)重點實驗室，青海西寧 810016）

硒是維持動物健康和生產(chǎn)所必需的微量元素[1]。硒最初被認為是毒素，后來被證明對健康和發(fā)展至關(guān)重要[2]。硒的不平衡可能影響反芻動物的生長、繁殖、免疫功能、健康和畜產(chǎn)品質(zhì)量[3]。目前硒的功能已經(jīng)從抗氧化，擴展到免疫調(diào)節(jié)、細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)和基因調(diào)控[4]。硒通過促進瘤胃發(fā)酵，提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率，提高機體抗氧化功能和免疫水平，進而促進反芻動物生長[5]。有機硒的生物有效性和生物活性大于無機硒源[6]；容易吸收，其毒性較小[7]。有機硒的生物學(xué)效價高于無機硒。一方面，動物攝入無機硒后，僅有少量的硒與蛋白結(jié)合形成硒蛋白，大多數(shù)硒則進入腎臟排出體外，而攝入的有機硒則可以在合成蛋白質(zhì)的過程中代替含硫氨基酸中的硫元素，固定到蛋白質(zhì)中，從而增加機體總硒的貯存量[8-10]；另一方面，無機硒和有機硒在瘤胃內(nèi)的代謝不完全相同，無機硒經(jīng)瘤胃微生物代謝作用后降低了其生物學(xué)利用率，而有機硒與蛋白質(zhì)緊密結(jié)合，大部分硒以硒氨基酸的形式離開瘤胃，進入真胃和十二指腸被吸收，利用率高[11]。本文主要綜述了硒對反芻動物機體抗氧化水平和免疫力、營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、生產(chǎn)和繁殖性能的作用，為硒在反芻動物生產(chǎn)中應(yīng)用提供參考。

1 硒在提高反芻動物機體抗氧化水平和免疫力方面的作用

1.1 硒對反芻動物機體抗氧化水平的影響 硒是抗氧化防御的重要物質(zhì)，補充硒可增強抗氧化能力[12-13]。硒在維生素E 的輔助下具有抗氧化劑的作用[14]。硒對機體的重要作用在于其支持重要的抗氧化酶系統(tǒng)和控制氧化應(yīng)激的功能[12]。硒主要通過谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、硫氧還蛋白還原酶（TrxR）、甲狀腺素脫碘酶（DIOs）等含硒酶發(fā)揮抗氧化作用[15-16]。提高硒的生物利用度可以提高機體抗氧化能力，消除自由基的生物學(xué)作用，進而顯著提高反芻動物機體的抗氧化系統(tǒng)功能[17]。機體代謝反應(yīng)尤其是涉及氧產(chǎn)生的自由基會破壞細胞膜，使細胞膜喪失保護細胞的功能[18]。在正常情況下產(chǎn)生的自由基會被抗氧化系統(tǒng)中和，然而過量自由基的產(chǎn)生或抗氧化能力出現(xiàn)缺陷時會導(dǎo)致氧化應(yīng)激[19]，過量自由基也會導(dǎo)致DNA 損傷、蛋白質(zhì)交聯(lián)和脂質(zhì)過氧化[20]，最終可能改變生理功能并影響重要的經(jīng)濟表型[21]。含硒酶可以清除自由基，如圍產(chǎn)期高產(chǎn)奶牛適當(dāng)補充硒可以減少氧化應(yīng)激[22-24]；太行黑山羊飼糧中添加蛋氨酸硒極顯著提高了血清GSH-Px 和超氧化物歧化酶（SOD）活性[25]；奶?；A(chǔ)飼糧[ 含硒0.11 mg/kg 干物質(zhì)（DM）] 中添加0.5、5 mg/kg DM酵母硒可顯著提高血清GSH-Px 活性及總抗氧化能力（T-AOC），顯著降低丙二醛（MDA）濃度[26]；奶牛飼糧中添加亞硒酸鈉和酵母硒均可提高血液中GSH-Px活性[27]；酵母硒添加水平（0.2、0.4、0.8 mg/kg DM）與藏羊血清MDA、SOD 和T-AOC 呈二次曲線關(guān)系[28]；奶牛飼糧中添加硒和維生素E 可顯著降低MDA 含量、SOD 和過氧化氫酶（CAT）活性，顯著提高細胞T-AOC[29]。

硒可提高反芻動物抗氧化水平主要原因有3 個。首先，GSH-Px 是動物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的重要組成部分，可以清除過氧化氫，并將脂質(zhì)過氧化物（ROOH）還原成相對穩(wěn)定的醇和水，從而減輕細胞膜多不飽和脂肪酸過氧化作用，以及ROOH 分解產(chǎn)物引起的細胞損傷；硒為GSH-Px 等硒蛋白生物合成所必需的，硒蛋白的抗氧化特性有助于防止自由基對細胞的損害，組織中GSH-Px 的合成依賴于硒的可得性，而硒的可得性與動物硒攝入量直接相關(guān)[30-33]。其次，TrxR 通過對底物硫氧還蛋白的催化還原參與過氧化氫清除、支持細胞功能、細胞增殖、抗氧化防御和氧化還原調(diào)節(jié)信號傳導(dǎo)等過程[34]。如TrxR 在保護牛內(nèi)皮細胞免受促氧化劑的有害影響方面尤為重要[35-36]，奶牛在圍產(chǎn)期氧化應(yīng)激的增加會導(dǎo)致牛外周血單個核細胞TrxR 活性降低[37]。再次，DIOs 通過參與調(diào)節(jié)甲狀腺激素的活性，調(diào)節(jié)機體抗氧化等功能[38]。

1.2 硒對反芻動物免疫功能的影響 硒是免疫系統(tǒng)正常運作所必需的，而且是免疫所需的一種關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)。硒可以提高反芻動物先天免疫反應(yīng)[22-23]，減輕奶牛乳腺炎和子宮炎的嚴重程度及卵巢囊腫的發(fā)生率[12,39-40]；硒含量也與奶牛體細胞數(shù)（SCC）相關(guān)，添加酵母硒可顯著降低乳中SCC[26]。而缺硒會對反芻動物免疫造成影響。如成年奶牛臨界硒缺乏會造成圍產(chǎn)期乳腺炎、胎膜殘留和子宮炎[22,41-42]。

硒提高反芻動物免疫功能的機制主要有4 個方面，首先，在體液免疫方面，硒主要通過增加漿細胞產(chǎn)生的抗體數(shù)量與增強抗體效價來提高機體免疫功能[43]。妊娠奶牛飼喂富硒苜蓿干草可顯著增加乳中免疫球蛋白G1（IgG1）濃度[44]，表明機體硒含量會影響免疫球蛋白的表達。犢牛初乳中添加硒1、3 mg/kg 可顯著提高血漿中IgG 含量[45]。研究也表明，低硒組（血漿硒水平低于70 mg/L）IgG 含量顯著低于硒正常組，IgG 與血漿硒水平顯著正相關(guān)[46]。其次，在細胞免疫方面，硒可以影響淋巴細胞的增殖和分化、促進淋巴細胞分泌淋巴因子，而淋巴細胞通過產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)因子在調(diào)節(jié)細胞免疫方面發(fā)揮重要作用[12]。飼糧中添加硒可增加白細胞介素含量[47]，進而可以增強細胞免疫功能。再次，在非特異性免疫方面，硒可以增強中性粒細胞和巨噬細胞對病原體的吞噬和殺滅作用。硒能增強巨噬細胞殺菌活性與GSH-Px 有關(guān)，因為硒是GSH-Px 的重要組成成分，它可以分解細胞內(nèi)的過氧化物，從而保護巨噬細胞免受氧化損傷[48]。硒可以增強中性粒細胞的功能[49]。奶牛缺乏硒會降低中性粒細胞殺死血液和牛奶中致乳腺炎病原體的能力[50-51]；添加硒可有效增強體外培養(yǎng)的中性粒細胞的趨化遷移，并提高其殺菌活性[52]。在反芻動物患乳房炎期間，巨噬細胞不僅可以吞噬細菌，還可通過釋放細胞因子和二十烷類物質(zhì)促進中性粒細胞的遷移和殺菌活性[53-54]。最后，硒可以通過硒蛋白的抗氧化功能、硒蛋白活性的變化，直接改變參與炎癥反應(yīng)的一些關(guān)鍵細胞功能；硒蛋白還可以調(diào)節(jié)導(dǎo)致炎癥基因表達的細胞間信號通路，從而減輕機體炎癥[55]。

2 硒促進反芻動物營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的作用

2.1 促進瘤胃發(fā)酵 硒對反芻動物瘤胃發(fā)酵有重要的影響，補充適量的硒可以促進瘤胃發(fā)酵，不同形式和不同添加劑量的硒對不同反芻動物瘤胃功能的影響見表1。

表1 補充硒對反芻動物瘤胃功能的影響

多數(shù)研究認為，不同添加形式和不同添加劑量的硒可以提高反芻動物的瘤胃發(fā)酵速率，影響瘤胃微生物，但也有部分研究認為，硒對反芻動物瘤胃發(fā)酵和瘤胃微生物沒有顯著影響，這可能和硒不同添加形式、添加劑量及添加持續(xù)時間、試驗動物、動物生理狀態(tài)、拮抗作用等因素有關(guān)。硒促進反芻動物瘤胃發(fā)酵的主要原因有3 個途徑。首先，添加硒增加可總揮發(fā)性脂肪酸（TFVA）含量，把乙酸為主的發(fā)酵模式轉(zhuǎn)變?yōu)楸岚l(fā)酵模式，提高丙酸含量[57]；同時，補充硒能顯著增加瘤胃微生物數(shù)量和活性，提高了瘤胃氮利用率，促進了瘤胃發(fā)酵。其次，瘤胃上皮很容易受到活性氧代謝內(nèi)源性產(chǎn)生的氧化劑的氧化應(yīng)激，在瘤胃等胃腸道中存在的GSH-Px 可以發(fā)揮抗氧化功能[68-69]，硒可以通過發(fā)揮GSH-Px 作用來保護瘤胃等組織免受氧化損害[70-71]，從而使瘤胃發(fā)揮更好的作用。再次，硒可以誘導(dǎo)瘤胃上皮生長，影響瘤胃乳頭的長度、寬度和密度[58,71]，而發(fā)達的瘤胃乳頭有助于飼料的揉磨與攪勻，同時硒還對瘤胃乳頭的形態(tài)功能適應(yīng)具有重要作用[61]。

2.2 硒對反芻動物營養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響 營養(yǎng)物質(zhì)消化率可反映反芻動物對飼料的利用效率，飼糧中添加硒可以提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率。西門塔爾牛飼糧中添加0.3、0.6、0.9 mg/kg DM 蛋氨酸硒，0.6 mg/kg 組玉米秸稈干物質(zhì)（DM）、有機物（OM）、酸性洗滌纖維（ADF）、中性洗滌纖維（NDF）的降解率以及大豆DM、OM 和粗蛋白質(zhì)（CP）的降解率均顯著高于對照組[67]。泌乳中期奶牛飼糧（基礎(chǔ)飼糧含硒0.06 mg/kg DM）中分別添加0.3 mg/kg DM 亞硒酸鈉和0.1、0.3、0.5 mg/kg DM 羥基蛋氨酸硒，與亞硒酸鈉相比，羥基蛋氨酸硒提高了瘤胃中CP、NDF、ADF 的表觀消化率[62]，表明羥基蛋氨酸硒的表觀吸收率高于亞硒酸鈉。綿羊飼糧中分別添加4 mg/kg DM 納米硒和酵母硒，極顯著提高了飼糧中DM、OM、CP、粗脂肪（EE）、NDF、ADF 和嘌呤衍生物在全腸道和尿排泄中的消化率，與酵母硒相比，添加納米硒可極顯著提高飼料轉(zhuǎn)化率[56]。同樣，在綿羊飼糧中添加0.3、3、6 g/kg DM 納米硒，對羊草NDF降解率和豆粕CP 降解率分別有線性和二次極顯著提高，可見添加納米硒可提高飼料利用率[60]。給山羊添加0.3 mg/kg 酵母硒，DM、CP、粗纖維（CF）利用率分別顯著提高了13.71%、12.02%、4.78%[72]。藏羊添加0.2、0.4、0.8 mg/kg DM 酵母硒，提高了干物質(zhì)采食量（DMI）和飼料轉(zhuǎn)化率（FCR），硒添加水平與DMI 和FCR 均呈二次曲線關(guān)系，同時也顯著提高了NDF、ADF 和EE的表觀消化率，且呈二次效應(yīng)，還顯著提高了氮攝入量和吸收率，最終提高了藏羊消化率和氮代謝[28]。綿羊飼糧中分別添加0.2 mg/kg DM 硒酸鈉、亞硒酸鈉，對DM、OM、CP、NDF、ADF 和可溶性洗滌纖維（NDS）消化率無顯著影響[66]。還有研究表明，羔羊飼糧（基礎(chǔ)飼糧含硒0.06 mg/kg）中添加0.2、0.4 mg/kg DM 亞硒酸鈉對營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率無顯著差異[73]。以上研究表明飼糧中添加硒可以提高西門塔爾牛、奶牛、綿羊、山羊、藏羊等反芻動物對DM、CP、EE、NDF、ADF、OM、CF 等營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，其原因可能是添加硒促進了瘤胃發(fā)酵，轉(zhuǎn)變了瘤胃發(fā)酵模式，顯著增加了瘤胃微生物數(shù)量和活性，硒參與抗氧化酶GSH-Px的生物合成，可以保護消化器官免受活性氧和自由基的侵害，進而影響機體酶活性，促進營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和利用。

3 硒對反芻動物生產(chǎn)和繁殖性能的影響

3.1 硒對反芻動物生產(chǎn)性能的影響 不同形式和不同添加劑量的硒對不同反芻動物生長性能的影響見表2。由此可見，硒可以提高山羊、綿羊、羔羊、犢牛的生長性能，但也有部分研究認為硒對肉牛等反芻動物生長性能沒有顯著影響，可能由于試驗動物基礎(chǔ)飼糧中的硒已經(jīng)滿足了生長發(fā)育所需，額外添加硒沒有對生長性能產(chǎn)生積極影響，因此給反芻動物添加硒盡量做到精準(zhǔn)，避免造成浪費和環(huán)境污染。

表2 硒對反芻動物生長性能的影響

硒能夠促進反芻動物生長主要機制有3 個。首先，硒可以促進瘤胃發(fā)酵，尤其可以提高丙酸濃度，而丙酸可以給反芻動物提供更多的能量用于增重；同時，營養(yǎng)物質(zhì)消化率、機體抗氧化、抗應(yīng)激、免疫力的提高，可以間接促進反芻動物生長。其次，硒可通過影響碘代謝促進動物生長。甲狀腺激素的合成需要含硒的脫碘酶參與，脫碘酶調(diào)控甲狀腺激素的動態(tài)平衡來實現(xiàn)，在5'-脫碘酶催化作用下，T4轉(zhuǎn)化為T3，T3含量增加，而T3能夠促進蛋白質(zhì)同化和參與生長激素及胰島素分泌，還可以增加能量代謝和蛋白質(zhì)代謝，可與生長激素起協(xié)同作用，調(diào)控生長激素的合成和表達，進而促進動物的生長發(fā)育[3,55,81-84]。再次，補充硒可以緩解缺硒產(chǎn)生的肌肉疾病和功能障礙，從而間接影響動物生長發(fā)育[43]；硒還可以通過硒蛋白參與動物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)[81]。

3.2 硒對反芻動物泌乳性能的影響 硒可以提高反芻動物泌乳性能。硒和維生素E 的不足會降低圍產(chǎn)期的中性粒細胞功能，從而導(dǎo)致奶牛出現(xiàn)氧化應(yīng)激，在一定程度上影響其泌乳性能。而充足的硒和維生素E 可以降低氧化應(yīng)激水平和乳腺炎的發(fā)生率，通過提高免疫水平來促進泌乳性能，并縮短乳腺炎臨床癥狀的持續(xù)時間[22,41,51]。添加酵母硒也可顯著降低乳中SCC[26]。奶牛飼糧添加150、300 mg/kg DM 酵母硒，其產(chǎn)奶量和4% 標(biāo)準(zhǔn)乳均顯著高于對照組[61]；0.3、0.4 mg/kg 有機硒組奶牛產(chǎn)奶量較對照組顯著提高24.8%[85]；奶牛飼糧中添加0.3 mg/kg DM 羥基蛋氨酸硒有提高產(chǎn)奶量和降低乳脂率的趨勢[17]；添加羥基蛋氨酸硒還可提高泌乳奶牛血液和牛奶中硒含量[72,86]。雖然飼糧中硒的添加量和硒源（羥基蛋氨酸硒與亞硒酸鈉）對奶牛ADFI、產(chǎn)奶量、乳成分均無影響，但乳脂率和乳脂產(chǎn)量隨羥基蛋氨酸硒添加量的增加呈線性增加[86]。

3.3 硒對反芻動物繁殖性能的影響 活性氧自由基能干擾包括前列腺素、卵泡素、黃體激素的合成以及卵母細胞成熟、受精過程、胚胎發(fā)育等繁殖機能[87]。含硒酶作為抗氧化劑，可以保護生殖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能免受過氧化物的干擾及損害，進而提高反芻動物的繁殖性能[88]。硒蛋白P 是一種血清糖蛋白，為精子發(fā)育提供必需的硒，硒蛋白P 代謝對所有哺乳動物的雄性生育能力至關(guān)重要[89]。研究發(fā)現(xiàn)，在牛卵母細胞體外成熟過程中添加10 ng/mL硒可提高牛卵母細胞的胚胎質(zhì)量[90]。Ullah 等[85]研究表明，飼糧中添加0.3、0.4 mg/kg DM 酵母硒可降低奶牛的應(yīng)激水平，顯著提高其孕酮濃度。Khatti 等[29]研究表明，奶牛補充硒（0.3 mg/kg DM）和維生素E 可提高飼糧能量水平，提高其產(chǎn)后的生殖性能。另有研究表明，亞硒酸鈉和酵母硒（10 mg/ 頭，每周2 次）組血清睪酮和硒濃度顯著高于對照組，酵母硒能顯著提高精子活率和精漿中果糖濃度，表明酵母硒對提高精液質(zhì)量更有效[91]。荷斯坦牛精液擴充劑中添加1.0 μg/mL 納米硒可降低凍精的凋亡、脂質(zhì)過氧化和精子損傷，從而提高解凍后精子質(zhì)量[92]。

4 小結(jié)與展望

硒對反芻動物瘤胃發(fā)酵、營養(yǎng)物質(zhì)消化率、抗氧化性能、免疫水平、生長性能、繁殖性能均有非常重要的影響。有機和納米形式的硒較無機形式的硒具有較高的生物學(xué)效價，且溶解度和穩(wěn)定性較高，對環(huán)境的污染較小，具有很好的應(yīng)用前景。目前，反芻動物對硒的需要量研究仍然是重點，尤其是不同反芻動物不同生理階段硒的需要量，但硒對瘤胃微生物影響的研究仍然較少，促進瘤胃發(fā)酵的具體機理仍然不甚清楚。硒的作用機制可能是通過作用于瘤胃微生物來提高瘤胃優(yōu)勢菌群豐度以促進營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，可以利用16S rDNA 高通量測定技術(shù)快速了解瘤胃內(nèi)微生物菌群結(jié)構(gòu)和種類，在微生物角度上闡述硒對瘤胃菌群組成及多樣性的影響。給反芻動物補充硒時要精準(zhǔn)添加，避免過量硒排泄到環(huán)境中造成污染。