纳米技术在当代畜牧业中的应用

文│李文刚（山西农科院畜牧兽医研究所）

纳米技术是以0.1～100纳米材料为研究对象的新科学，纳米材料以其独特的物理、化学、生物学特性在畜牧业中得到广泛应用，在饲料添加剂、动植物品种改良、动物疫病防治、畜产品品质提高、新型兽药研发、饲养环境改善等方面发挥了很大的作用。

纳米技术是近几年发展起来的一项应用现代物理或化学方法对材料进行微粉化的新技术，已广泛应用于化工、医药、食品、农业、农药、化妆品、染料、涂料、电子、航空航天等领域。纳米技术作为一项新兴技术势必给畜牧业尤其是饲料行业带来新的起点。

一、纳米饲料的开发

随着纳米技术的发展和产品的批量生产，纳米材料的成本将大幅降低。将纳米技术引入饲料产品的研发，不仅能突破传统的生产模式，实现传统工艺、传统产品的升级换代，提高产品的技术含量，而且还可以在纳米饲料，纳米添加剂制备技术及其产业化方面建立一系列具有自主知识产权的专利技术、检测手段和创新方法。目前，可利用资源的短缺始终是制约动物饲料业可持续发展的瓶颈，提高营养物质利用率及转化效率和开辟新的饲料资源势在必行。采用纳米技术制造饲料、将饲料原料颗粒粉碎到纳米水平后再加工成颗粒料，这样，饲料摄食后与消化液的接触面积比现在的饲料大数万倍，可以提高畜禽肠胃吸收能力、吸收速度和吸收率，大大降低料肉比和料蛋比。

二、在微量元素添加剂中的应用

纳米微量元素可以不通过离子交换而直接渗透被吸收，从而大大提高吸收的速度和利用率。结合目前纳米材料的发展现状，短期内最有可能大规模实现纳米化的添加剂就是微量元素添加剂。对饲料原料进行纳米化处理后，可以使原料中那些动物不可缺少而又较难采食的营养成分充分地被动物体吸收，从而扩大饲料来源，并最大限度地提高饲料原料的生物利用率。笔者曾进行过生长猪喂养试验，同样配方颗粒饲料喂给平均约12.8千克体重的仔猪各10头，同样饲养条件下，实验组在压制颗粒前把配合好的饲料用立式超细粉碎机进行了超细加工粉碎（细度200目），一个月后实验组较对照组每头日增重提高101.03克，料肉比相差0.27，差异极显著。

1.纳米硒。硒是动物的必需微量元素，它的一个显著特征是，营养剂量与毒性剂量之间范围较窄。因此，开发利用低毒高效硒制品备受世界各国的重视。研究结果表明，与其他形态 硒相比，纳米硒有较强的低毒高效优势。张劲松用昆明小鼠作试验，验证了纳米红色元素硒有护肝、抑瘤和免疫调节作用，是已发现的急性毒性最低的补硒制剂。

2.纳米铜。高铜带来的环境污染和食品残留问题日益严重。研制高效的纳米铜制剂成为解决这些问题的方法之一。纳米铜可促进肠道有益微生物的增殖，保护黏膜上皮，使机体消化道内环境得到明显改善；纳米铜还可提高血清生长激素水平，促进蛋白质合成，产生促生长效应。

3.纳米氧化锌。纳米氧化锌是面向21世纪的新产品，是饲料行业中优秀的氧化锌产品，纳米氧化锌有极强的化学性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内部的有机物），从而把大部分病菌和病毒杀死。研究表明，在饲料中添加纳米氧化锌，比一般氧化锌的药效高得多，并具有吸收率高、剂量小的特点，还可利用纳米氧化锌的强渗透性，避开胃肠吸收时体液环境与药物反应引起的不良反应或造成的吸收不稳定，提高吸收率。由此推之，其他的抑菌剂也可以做成纳米粒子，更充分地发挥抑菌效果，减少原有抑菌剂的用量。

4.纳米铬。国内外学者尝试用各种不同化学形式的铬（氯化铬、酵母铬、烟酸铬、吡啶羧酸铬、氨基酸铬等）改善畜禽胴体组成的应用效果，取得了参差不齐的结果。一般而言，都认为有机铬尤其是吡啶羧酸铬的作用效果要优于无机铬。纳米技术为铬的利用提供了新的科研思路，浙江大学饲料研究所研制出了粒径范围在30～60纳米之间的纳米三价铬。纳米三价铬可增加肌内脂肪含量，提高猪肉的嫩度和风味；通过提高肌肉内肌红蛋白水平，增强红色度；通过提高免疫球蛋白A和补体3水平，改善生长育肥猪的免疫机能。

三、纳米兽药

中草药添加剂以绿色、环保、无残留应用在畜牧业中备受青睐。但传统中草药在应用上存在配伍用量大、成本高、药效慢的缺点，限制了中草药添加剂在畜禽生产中的推广应用。2000年，杨祥良等提出纳米中药的概念。纳米中药可以使中药物质核100%破壁，使各种有效成分充分释放，大大改善或提高中药的溶解度与生物有效性。纳米中药被吸收速率高，产生疗效快，对胃肠道刺激小，在临床上可以减少药的用量，结合纳米控释技术进行靶向给药或将某些药物制成缓释剂，还可以达到特殊的治疗目的。

纳米技术还可使抗生素的残留与耐药性得到改善，并能使已禁用的抗生素重新得到使用。兽药采用纳米技术后，药效能够大幅度提高，使用剂量降低，可以在不换药的前提下解决药物残留问题。某些物质的纳米级微粒会呈现出传统概念上微粒所没有的新生物学功能，这使开发新的药物或老药新用成为可能。应用纳米技术以氟石和磷酸盐为载体的无机银离子抗菌药具有抗菌力强、抗菌谱广、不良反应少、无耐药、理化性质稳定等优点。国际上纳米无机抗菌剂起步于20世纪80年代，日、美、德发展较快，我国自行研制的纳米无机抗菌剂被证实对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病菌有强烈的抑制和杀灭作用。

四、在营养与环境方面

在畜禽饲养环境的控制中，用纳米抗菌复合涂料粉刷的畜舍，不仅有杀菌、除臭的功效，还可以起到隔热保温的功能，这对畜舍温度的控制有一定的意义；用纳米光催化技术生产的空气净化器可大大降低空气中有害气体的浓度；用多孔小球组合光催化纳米材料，能用于污水中有机物的降解；用纳米技术处理饮用水，可提高水的质量，这些都有利于畜禽生产。

五、在畜产品安全及功能方面

纳米技术生产的药物，由于其吸收、利用率高，且能起到控释、缓释等作用，大大提高了药效，减少了用药量，可解决使用普通药物造成的药物残留问题，从而提高动物产品的质量，保证了畜产品的安全性。把对人体有重要作用而普通食品中含量又十分有限的元素纳米化后添加到饲料内，通过过腹转化，使畜产品成为对人类有重要作用的高营养价值食品，如富硒肉、高碘蛋等。用纳米抗菌塑料袋包装禽肉，用纳米超微薄膜包装禽蛋，可延长禽产品的保质期。此外，还可将纳米技术在动物营养研究中取得的成果用于人类功能性纳米食品的开发，为其提供可靠的参数和经验。

六、纳米技术用于动物遗传育种

现在的遗传工程育种方法（转基因技术）是用限制性内切酶将所要的目的基因片段切下，再连接到目的动物的DNA上。由于基因片段和DNA的连接点通常是随机的，所以每次试验成功的几率都有所不同。而纳米技术可先将DNA全部分解为单个基因，然后再根据人们的需要进行组装，成功率可达100%。同时，利用纳米技术，只要操纵DNA链上少数几个氨基酸密码甚至改变几个原子的排列，就可以培养出新性状品种乃至全新的物种。随着纳米科技的发展，扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）的出现，为研究生物大分子结构与功能的关系及如何操作这些结构提供了新的工具。利用STM的针尖与表面原子间的相互作用，可操作一个个原子，达到人们改良品种的目的。

七、疫病防疫与诊断

集约化畜禽养殖中，通常需要对畜禽群进行几次多种易发性传染病的防疫注射，以控制疫病的发生，降低疫病造成的损失。而用纳米技术所制造的携带各种疫苗并能精确释放的微芯片，只要一次性植入体内，就可终身对各种传染病免疫，这样不但能避免现行多次免疫接种造成的应激给生产带来损失，而且大大提高了免疫效果，能彻底改变现行免疫的程序。此外，纳米技术在兽医领域也有着广泛的应用。

总之，纳米技术使人类认识自然和改造自然的能力扩展到分子和原子领域，已成为全世界关注的热点，纳米技术在畜牧兽医领域中的应用将更为广泛。在提高饲料利用率、促进动物生长、增进畜禽健康、增强动物机体免疫力和新型饲料（饲料添加剂）与兽药的研发等方面发挥着积极作用。

◎全国畜牧总站副站长郑友民（右一）等领导和嘉宾为农户赠送“京红1号”蛋鸡