乳仔豬鐵營養(yǎng)調(diào)控研究進展

代發(fā)文， 劉 輝， 黃 霞， 馬 靜， 易祖建

（1.樂山師范學院，四川樂山 614000；2.竹類病蟲防控與資源開發(fā)四川省重點實驗室，四川樂山 614000；3.北京大偉嘉生物技術(shù)股份有限公司，北京100085；4.四川金微健農(nóng)牧科技有限公司，四川成都 611330）

鐵是動物必需的微量元素之一，是機體許多重要酶的組成成分，廣泛參與氧的運輸、電子傳遞、三羧酸循環(huán)、血紅蛋白和肌紅蛋白合成等。仔豬出生時大約只有50 mg鐵儲備，體重每增加1 kg需20 mg鐵（NRC，2012），而母乳中鐵含量整體水平均較低（低于10 mg/kg），初乳時最低（Hu等，2018）。為預(yù)防乳仔豬鐵不足，當前養(yǎng)豬生產(chǎn)中主要采用注射鐵劑進行補鐵。然而補鐵不當可能對生產(chǎn)性能帶來負面影響，乳仔豬鐵不足可能出現(xiàn)缺鐵性貧血、生長受限（Heidbüchel等，2019），鐵過量可能影響腸道微生物菌群平衡、出現(xiàn)腹瀉（Chen等，2020）。本文就乳仔豬補鐵方案及其調(diào)控機制進行綜述，以期為豬場根據(jù)實際生產(chǎn)情況制定乳仔豬科學補鐵方案提供理論依據(jù)。

1 “母仔一體化”補鐵對乳仔豬鐵營養(yǎng)狀況的影響

1.1 母源補鐵對乳仔豬鐵營養(yǎng)狀況的影響 血紅蛋白濃度可作為評價鐵缺乏指標，對五個商業(yè)豬場248頭妊娠母豬血液指標檢測發(fā)現(xiàn)，血紅蛋白參考區(qū)間為103.1～145.0 g/L（Bhattarai等，2019）。母豬血紅蛋白濃度90～102 g/L時為輕度貧血，80～90 g/L為中度貧血，低于80 g/L為重度貧血，通過飼喂無植酸酶無鐵添加劑低鐵日糧并間歇性清除血紅蛋白建立缺鐵型貧血妊娠母豬模型，其分娩仔豬的紅細胞壓積和紅細胞數(shù)量顯著降低，血紅蛋白含量也有降低趨勢（Rydal等，2021）。血紅蛋白對仔豬初生重和成活率存在一定影響，對1029頭大白母豬和858頭長白母豬及其分娩的7857窩仔豬進行遺傳參數(shù)測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高血紅蛋白與較低死胎仔豬數(shù)和較高斷奶前成活率在遺傳上存在相關(guān)性，選擇體重較大的仔豬可能會降低母豬和仔豬血紅蛋白水平，選擇較高的產(chǎn)仔數(shù)將降低仔豬平均初生重和斷奶前成活率，并可能導(dǎo)致仔豬血紅蛋白含量降低（Hollema等，2020）。妊娠期母豬缺鐵還會對胎兒聽力和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育產(chǎn)生不利影響（Yu等，2016；Jougleux等，2014）。上述研究表明，妊娠期母豬缺鐵會影響其仔豬鐵營養(yǎng)狀況和生產(chǎn)性能，因此制定乳仔豬鐵營養(yǎng)預(yù)防措施應(yīng)從“母仔一體化”角度進行設(shè)計。

鑒于母體鐵營養(yǎng)狀況的重要性，有研究者試圖通過強化妊娠母豬補鐵以期實現(xiàn)對仔豬生產(chǎn)性能的改善，結(jié)果表明，妊娠中期注射2500 mg右旋糖酐鐵對母豬及其所產(chǎn)仔豬血液指標和死胎數(shù)均無顯著影響（Bhattarai等，2019），母豬對注射鐵劑耐受性良好，母體注射鐵劑可能并不是改善乳仔豬機體鐵儲備的有效方式。對妊娠85 d母豬飼喂80 mg Fe/kg硫酸亞鐵或甘氨酸鐵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)甘氨酸鐵組活仔窩重顯著高于硫酸亞鐵組，母豬胎盤鐵濃度顯著增加，但新生仔豬肝臟和腎臟鐵濃度顯著降低，對初乳鐵含量也無顯著影響（Wan等，2018），這表明補飼強化母豬鐵營養(yǎng)可通過增強胎盤鐵運輸來改善仔豬初生重，但對仔豬鐵儲備和母乳鐵含量的作用效果有限。而另一試驗在妊娠母豬基礎(chǔ)日糧中添加50、80、110、140 mg Fe/kg甘氨酸鐵或硫酸亞鐵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)甘氨酸鐵組新生仔豬組織鐵含量、血紅蛋白和血液生化指標優(yōu)于硫酸亞鐵組，隨著添加水平增加呈二次線性響應(yīng)，添加110 mg/kg甘氨酸鐵優(yōu)于其他補鐵方案（Li等，2018）。關(guān)于妊娠母豬補鐵調(diào)控乳仔豬鐵儲備的效果報道并不一致，可能與胎盤屏障和補鐵方案有關(guān)，應(yīng)用有機鐵的效果優(yōu)于無機鐵。

1.2 注射鐵劑對乳仔豬鐵營養(yǎng)狀況的影響 注射鐵劑是生產(chǎn)中最常見的補鐵方式之一，注射次數(shù)和劑量對乳仔豬鐵營養(yǎng)狀況和生長性能存在影響。注射不同劑量鐵劑試驗發(fā)現(xiàn)，100 mg鐵劑組仔豬在哺乳期生長性能表現(xiàn)更好，而200 mg鐵劑組在隨后保育期生長性能表現(xiàn)更好，在注射200mg鐵劑后再補注100 mg鐵劑能提高斷奶仔豬和保育仔豬血紅蛋白水平，但對哺乳期和保育期生長性能無進一步改善作用（Williams等，2020）。另一哺乳期為42 d的有機養(yǎng)殖試驗發(fā)現(xiàn)，與注射一次鐵劑組相比，注射兩次鐵劑可顯著提高21 d和28 d時仔豬血液紅細胞體積和血清鐵含量以及42 d仔豬斷奶重，但21 d和28 d時仔豬重兩組之間無顯著性差異（Heidbüchel等，2019）。上述研究表明，由于母乳鐵含量較低，加大鐵劑注射劑量或增加注射次數(shù)可改善長時間哺乳帶來的仔豬缺鐵問題，并對斷奶后生長性能也有提升作用。

然而也有報道，一次性注射200 mg鐵劑會使血清鐵含量快速增至正常生理水平的50倍，這種短時間的鐵過量情況會增加細菌感染概率（Bullen等，2006；Knight等，1983）。為探索降低鐵劑注射劑量的方法，研究發(fā)現(xiàn)注射100 mg鐵劑+補飼鐵組仔豬死亡率和發(fā)病率（關(guān)節(jié)炎、腦膜炎和足部膿腫）以及生長性能與注射200 mg鐵劑組無顯著性差異，關(guān)節(jié)炎和足部膿腫發(fā)病率數(shù)值上有所降低（Thanner和Gutzwiller，2018）。另一研究報道注射鐵劑可顯著降低血清免疫球蛋白IgA含量，通過連續(xù)口服甘氨酸鐵可改善貧血乳仔豬的鐵穩(wěn)態(tài)，在改善機體抗氧化和免疫水平方面優(yōu)于鐵劑注射（Dong等，2020）。上述研究表明，乳仔豬通過口服強化補鐵可能也是一種有效的方式。

1.3 口服補鐵對乳仔豬鐵營養(yǎng)狀況的影響 由于哺乳期乳仔豬攝食以奶水為主，對膳食有選擇偏好性，因此口服補鐵方案的探索研究應(yīng)兼顧適口性。研究選用硫酸亞鐵作為鐵源制作強化面包使鐵含量達到21 mg/100 g用于缺鐵型貧血乳仔豬，經(jīng)過7 d補飼，一些反映貧血的血液指標得到顯著改善（Bryszewska等，2017），這進一步證明口服補鐵可作為一種改善乳仔豬鐵缺乏的有效措施。另有研究者在為仔豬提供200 mg注射鐵劑和200 ppm含鐵日糧的基礎(chǔ)上開發(fā)新型可食用的含鐵玩具，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可進一步顯著增加斷奶仔豬紅細胞數(shù)量、紅細胞壓積以及血清鐵和鐵蛋白含量，提供更多鐵源來改善仔豬鐵營養(yǎng)狀況（Anticoi等，2021）。研究發(fā)現(xiàn)生長育肥豬日糧中添加450～600 mg/kg硫酸亞鐵形式鐵，仍可通過改變血液狀況、促進腸道杯狀細胞分化和改善氨基酸表觀回腸消化率進而改善生長性能（Deng等，2021）。上述研究表明，口服補鐵是一種安全有效的乳仔豬補鐵方式，這可能與其吸收途徑有關(guān)。

1.4 “母仔一體化”補鐵 上述研究表明，乳仔豬補鐵應(yīng)根據(jù)母豬或仔豬是否發(fā)生貧血以及飼喂階段計劃調(diào)整等實際情況，采取“母仔一體化”多種營養(yǎng)預(yù)防措施進行調(diào)控，參考方案見圖1所示，其中補飼有機鐵是主要手段。因此開發(fā)乳仔豬用安全、高效的鐵源添加劑對預(yù)防乳仔豬鐵缺乏或鐵過量具有重要的現(xiàn)實意義。

圖1 “母豬一體化”補鐵方案

2 新型鐵源添加劑的開發(fā)研究

當前鐵源添加劑的研究開發(fā)以非紅素鐵為主，以無機硫酸亞鐵作為參照比較相對生物利用率。由于硫酸亞鐵存在適口性和生物利用率問題，近年來許多新型鐵源添加劑被開發(fā)用于替代硫酸亞鐵，包括有機絡(luò)合鐵、有機螯合鐵、乳鐵蛋白、重組鐵蛋白等，其中前兩類在當前飼料工業(yè)中應(yīng)用較多；后兩種與常規(guī)鐵源添加劑不同，不以鐵含量為標準，有改善機體鐵代謝作用，筆者稱為“新型鐵源增效劑”。

2.1 有機鐵添加劑 有機螯（絡(luò)）合鐵添加劑種類較多，其吸收利用率高于無機鐵，但不同研究報道也存在差異。在缺鐵貧血型仔豬日糧中添加相同水平不同來源鐵添加劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加富馬酸亞鐵與硫酸亞鐵均能顯著提高日增重和料肉比，兩種鐵源組之間血紅蛋白無顯著差異（Caballero等，2019）。研究發(fā)現(xiàn)添加強螯合強度（小肽螯合鐵）組肉仔雞血清鐵含量顯著高于低螯合強度（蛋氨酸螯合鐵）組（Bai等，2021）。上述研究表明，有機鐵的生物利用率可能受機體鐵營養(yǎng)狀況和螯合強度雙重影響。

實驗室評估有機鐵添加劑時除測定螯合強度外，還可運用掃描電鏡和紅外光譜等試驗手段進行螯合反應(yīng)特性分析。筆者在評估大豆小肽螯合鐵時發(fā)現(xiàn)，與大豆小肽相比小肽螯合鐵顆粒粒徑變小，碎片結(jié)構(gòu)增多，表面疏松空隙增加，螯合后的鐵可能主要附著于小肽疏松孔隙間（圖2）。紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，小肽螯合鐵主要峰型變化發(fā)生在羰基、N-H、C-H彎曲振動，表明螯合反應(yīng)可能發(fā)生在羰基、N-H基團上，C-H彎曲可能由于小肽鏈解離變短所致（圖3）。

圖2 大豆小肽螯合鐵電鏡掃描圖

圖3 大豆小肽螯合鐵紅外光譜圖

2.2 鐵源增效劑 乳鐵蛋白是一種鐵結(jié)合糖蛋白，具有許多重要生理功能，包括免疫調(diào)節(jié)、抵抗病原微生物、改善機體健康和生長性能等。研究發(fā)現(xiàn)，母乳中乳鐵蛋白濃度較高，初乳中乳鐵蛋白含量顯著高于常乳67%，初產(chǎn)母豬常乳中乳鐵蛋白含量顯著高于經(jīng)常母豬22%（Jahan等，2020）。在妊娠和哺乳期母豬補飼1 g/d乳鐵蛋白與1 g/d牛奶酪蛋白進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乳鐵蛋白組母豬產(chǎn)奶量、仔豬增重以及母豬和仔豬血清免疫球蛋白IgA濃度顯著高于對照組（Jahan等，2017）。在大河烏豬妊娠后期日糧中添加不同劑量乳鐵蛋白和甘氨酸鐵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)200 mg/kg乳鐵蛋白組仔豬初生窩重、母乳鐵含量、母豬和仔豬血紅蛋白含量以及血清免疫球蛋白IgG含量和溶菌酶活性顯著高于對照組和500 mg/kg甘氨酸組（車麗濤等，2020）。上述研究表明，乳鐵蛋白改善鐵營養(yǎng)狀況效果優(yōu)于有機鐵，且改善免疫作用明顯。

鐵蛋白是一種廣泛存在細菌、植物和動物中的儲鐵蛋白，也是一種非血紅素蛋白質(zhì)，具有調(diào)節(jié)鐵平衡的重要作用。當細胞內(nèi)二價鐵離子含量高時，鐵蛋白可將其催化氧化成三價鐵儲藏在它內(nèi)部，1分子鐵蛋白最多可儲存4500個三價鐵；當細胞需要鐵時，可將三價鐵還原為二價鐵釋放出來。在斷奶仔豬含90 mg/kg Fe硫酸亞鐵日糧基礎(chǔ)上進一步添加不同水平重組鐵蛋白，該重組蛋白經(jīng)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌表達，純度為95%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加5～15 g/t重組鐵蛋白可顯著提高仔豬血清鐵、鐵蛋白和血紅蛋白濃度，顯著改善平均日增重和增重耗料比（Hossain等，2017）。這表明重組鐵蛋白可作為一種補鐵增效劑，通過鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)控進一步改善乳仔豬鐵營養(yǎng)狀況。

隨著飼料工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鐵源添加劑產(chǎn)品不斷迭代，溶水性、適口性和吸收利用率等滿足乳仔豬生理需求的特性被不斷改善，代表性產(chǎn)品見表1所示。不同有機鐵和重組鐵蛋白在理化特性上的差異為進一步優(yōu)化乳仔豬補鐵方案提供了依據(jù)。

表1 不同鐵源添加劑的特性

3 機體鐵吸收轉(zhuǎn)運機制

3.1 不同鐵源的吸收轉(zhuǎn)運機制 鐵的主要吸收部位在小腸，非血紅素鐵的吸收主要與二價金屬轉(zhuǎn)運蛋白（DMT1）和膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白（FPN）等有關(guān)。為揭示不同來源鐵添加劑在改善鐵營養(yǎng)狀況上的應(yīng)用效果差異，有必要理解機體鐵吸收轉(zhuǎn)運機制。研究發(fā)現(xiàn)，甘氨酸鐵在鐵吸收利用方面優(yōu)于硫酸亞鐵，然而高通量轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，兩種鐵源可能具有相似的吸收途徑，生物利用率的差異可能主要與吸收效率不同有關(guān)（卓釗，2017）。對低鐵日糧誘導(dǎo)缺鐵型貧血仔豬飼喂添加硫酸亞鐵或甘氨酸鐵日糧，結(jié)果發(fā)現(xiàn)甘氨酸鐵組仔豬心、肝、肺組織中鐵含量顯著高于硫酸亞鐵組，十二指腸和空腸中小肽轉(zhuǎn)運蛋白1（PepT1）mRNA表達水平顯著提高，而膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白1 mRNA表達水平顯著降低（Fang等，2013），這表明PepT1在甘氨酸鐵吸收中可能起關(guān)鍵作用，不同鐵源在吸收利用上的差異可能與其配體或配體調(diào)控的相關(guān)基因表達有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，底物賴氨酸濃度對豬腸黏膜上皮細胞堿性氨基酸轉(zhuǎn)運載體CAT-1、4F2hc表達存在顯著影響（職愛民等，2010），這表明氨基酸螯合鐵所含氨基酸配體的形式和含量可能對鐵吸收效率也存在一定影響。

3.2 鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機制 研究發(fā)現(xiàn)，仔豬血清鐵含量呈晝夜節(jié)律動態(tài)調(diào)節(jié)，同時十二指腸和空腸DMT1、膜相關(guān)鐵還原酶（DCYTB）和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（TFR）以及肝臟鐵調(diào)素（HAMP）和TFR表達水平也存在日節(jié)律變化規(guī)律（Zhang等，2017）。這表明DMT1、DCYTB、TFR、HAMP等編碼鐵攝入和平衡的因子可能構(gòu)成一個調(diào)控機體血清鐵水平的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，血清鐵水平的日節(jié)律變化規(guī)律可能對判斷仔豬鐵營養(yǎng)狀況具有一定參考意義。根據(jù)仔豬血清鐵日節(jié)律變化規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)晚間補鐵可能是一種更有效的方式，晚間補飼高鐵日糧組仔豬血清鐵和血紅蛋白水平顯著提高，十二指腸DMT1和FPN mRNA表達水平顯著升高（Dong等，2021）。筆者課題組在評定飼喂同一日糧公豬鐵營養(yǎng)狀況時，發(fā)現(xiàn)癱瘓公豬（n=10）血清鐵含量與正常公豬（n=10）無顯著性差異，但癱瘓公豬組鐵含量變異系數(shù)較高（123%Vs 41%）（未發(fā)表）。上述研究表明，機體具有鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機制，群體內(nèi)不同個體或同一個體不同時間段血清鐵含量大幅度波動可能反映出機體鐵營養(yǎng)狀況已發(fā)生了較大變化，可采取相應(yīng)營養(yǎng)預(yù)防措施。

4 補鐵對乳仔豬腸道健康的影響

腸道健康對提高乳仔豬消化吸收和生長性能具有十分重要的意義，科學補鐵有利于通過調(diào)控仔豬鐵營養(yǎng)狀況改善腸道健康。補鐵對腸道的調(diào)控作用主要表現(xiàn)在以下三個方面。

4.1 補鐵調(diào)控乳仔豬腸道組織發(fā)育和免疫反應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，哺乳仔豬口服硫酸亞鐵或肌肉注射右旋糖酐鐵均能顯著增加小腸腸道長度和重量以及空腸絨毛高度，顯著提高上皮成熟標志物海藻糖酶和蔗糖異麥芽糖酶mRNA表達水平（Zhou等，2020）。以21日齡仔豬為試驗動物開展不同鐵水平日糧飼喂試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與足量水平（120 mg Fe/kg）日糧組相比，飼喂低水平（20 mg Fe/kg）組仔豬十二指腸跨上皮電阻值顯著降低，低水平和高水平（520 mg Fe/kg）組仔豬十二指腸黏膜甘露醇通透性顯著增加，高水平組仔豬十二指腸黏膜瘤壞死因子（TNF）α、白細胞介素（IL）1β和IL6基因表達水平顯著增加（Li等，2016）。另一試驗也發(fā)現(xiàn)，鐵過量導(dǎo)致豚鼠TFR和DMT1表達顯著降低，促炎細胞因子IL-1β和TNF表達顯著提高，膝關(guān)節(jié)原發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎加重（Burton等，2020）。上述研究表明，適宜補鐵會促進腸道組織發(fā)育和成熟，而過量補鐵可能會反抑制鐵吸收轉(zhuǎn)運，通過增加腸道通透性和刺激炎癥反應(yīng)進而對腸道健康造成不良影響。

4.2 補鐵影響腸道微生物菌群平衡 鐵是動物和微生物所必需的微量元素，過量的膳食鐵會給宿主及其微生物菌群造成不良影響。研究發(fā)現(xiàn)以硫酸亞鐵為鐵源添加劑，鐵增加至500 ppm和800 ppm對生長性能無顯著影響，但高鐵日糧增加了糞便評分值（分值越高越不成型）、腸道和肝臟以及血清中鐵沉積，改變了結(jié)腸干擾素-γ信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子兩種基于抗感染基因網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)錄譜，減少結(jié)腸和盲腸微生物群α多樣性、梭菌和羅伊氏乳桿菌的相對豐度以及增加了乳酸桿菌和嗜淀粉乳桿菌相對豐度（Chen等，2020）。這表明過量補鐵可能通過改變機體鐵蓄積和腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)進而增加腹瀉發(fā)病風險。

4.3 補鐵與腸道健康、病毒感染三者間存在互作影響 豬流行性腹瀉病毒（PEDV）主要感染仔豬腸上皮細胞，引起急性、嚴重的萎縮性腸炎，乳仔豬階段比生長育肥階段更易感染PEDV，可能與其鐵缺乏有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，通過誘導(dǎo)缺鐵或過度表達TFR1會導(dǎo)致PEDV感染增加，通過補鐵增加鐵蓄積或降低TFR1可以抑制PEDV感染，PEDV S1蛋白在PEDV進入期間與TFR1細胞外區(qū)域相互作用，促進TFR1重新定位和聚集，然后激活Src激酶介導(dǎo)TFR1酪氨酸磷酸化并增強TFR1內(nèi)化，從而促進PEDV進入（Zhang等，2020）。缺鐵引起腸絨毛頂端組織中TFR1高水平表達解釋了新生仔豬對PEDV的急性易感性，改善乳仔豬鐵營養(yǎng)狀況對預(yù)防腸道特定病原感染具有重要的現(xiàn)實意義。

5 乳仔豬鐵營養(yǎng)調(diào)控研究展望

綜上所述，母豬鐵營養(yǎng)狀況會影響新生仔豬鐵儲備，根據(jù)豬群鐵營養(yǎng)狀況和生產(chǎn)計劃制定科學的“母仔一體化”補鐵方案有助改善乳仔豬腸道健康和生長性能。以血紅蛋白和血清鐵含量為鐵營養(yǎng)狀況判定依據(jù)，通過母豬飼喂有機鐵日糧以及仔豬注射一至兩次鐵劑和誘食補鐵是當前研究得出的主要營養(yǎng)預(yù)防措施。隨著養(yǎng)殖形勢的變化，未來可在以下幾個方面開展研究：（1）新型鐵源添加劑的開發(fā)；（2）不同鐵源的吸收轉(zhuǎn)運機制及其對腸道健康的影響；（3）缺鐵型貧血乳仔豬的營養(yǎng)調(diào)控措施；（4）不同養(yǎng)殖條件下的精準補鐵方案；（5）補鐵對乳仔豬特定病原感染的預(yù)防作用；（6）鐵與其他營養(yǎng)互作對乳仔豬腸道健康和生長性能的影響。