理想微量元素模型及其在养猪生产中的应用

曹冬梅，孙安权

(奥格生物技术(上海)有限公司，上海 201210)

微量元素是动物体所必需的营养物质，直接或间接地参与机体几乎所有的生理和生化过程，对畜禽维持正常生长、繁殖、免疫和生产性能有极其重要的作用，包括结构组织的维护（钙，磷，锰）、作为酶催化剂（铜，锰，锌，铁）；辅助氧的运输（铁血红蛋白）；膜转运和电解质平衡的调节（钠，钾，氯）、氧化损伤的阻止（硒，铜）、激素和免疫系统的（铁，铜，锌，铬）组成部分。猪常用的微量元素有：铜（Cu）、锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn）、硒（Se）、碘（I）、铬（Cr）等。在动物机体内各种元素之间按一定比例存在，以维持各自的生理功能，如果比例平衡失调，动物疾病就会发生和发展。微量元素在饲料中含量甚微，在体内作为酶或辅酶的重要成分，直接参与细胞内的代谢过程，为生命之必需。但当某元素达不到或超过动物机体运行的正常需要范围时，都会导致动物新陈代谢紊乱而表现出与之相关的矿物元素缺乏症或过量中毒症，从而给畜牧业生产带来损失。如硒（Se）元素在畜体内正常范围为0.1～5 mg/kg，当低于下限值时，就会导致猪生长、繁殖机能紊乱，易患猪肝坏死等症；但当猪体内超过5 mg/kg，就会出现硒（Se）中毒症状，表现出趾壳脱落、消瘦脱毛、肝硬化和肝萎缩、母猪受胎率低、初生仔猪小、弱或死亡。

微量元素在机体内的吸收利用之间存在复杂的协同和颉颃关系，而且在不同的含量范围内，协同和颉颃的关系常常是互相转换的。一种元素供给缺乏，必然影响其他元素的吸收，值得注意的是铁、铜和锌以及微量元素与钙的结合。由于无机微量元素被消化成游离离子后溶解成为活性很强的反应物质，此时矿物元素间的相互作用就发生了。沸石粉，膨润土及其他可能来源于黏土的材料会大量结合微量元素。霉菌毒素尤其是黄曲霉毒素会直接影响与微量元素吸收利用有关的酶的活性，影响微量元素的吸收利用效果。纤维素，植酸盐，草酸盐可以直接跟微量元素结合，降低其利用率。这一互作过程会降低猪对微量元素的生物学利用率。不考虑饲料原料中微量元素的含量，有时能误导或导致矿物元素的不平衡，例如，磷酸盐原料含有较多的铁。同种矿物元素来源不同、盐的形式不同甚至加工生产工艺不同，生物学利用率也会不同。

1 理想微量元素模型的建立

集约化养殖造成的环境污染是一个全球关注的问题。动物饲料中大量使用的铜、铁、锰，锌等无机微量元素吸收利用率低，经粪便大量排出，常对当地的土壤和水系造成严重污染。在养猪生产中，高铜作为促生长添加剂应用相当普遍，与之呼应的锌、铁，锰等微量元素用量也大大高于需要量及推荐用量，造成不应该的浪费及低效率。人们越来越关注规模化养殖场的技术改进和污染治理，对使用较低添加量而高利用率的有机微量元素的需求变得较为迫切。为合理解决改善动物生产效益与减少动物粪便污染之间的矛盾，根据近20年来的研究进展，提出理想微量元素模型，以供养殖业更经济有效地利用微量元素，以减少对环境的污染。理想微量元素模型是对NRC理论的深化。为避免饲料配方中不同微量元素之间的颉颃作用，需要根据研究结果总结不同种类有机微量元素之间的最佳剂量及比例关系，称为“理想微量元素模型”。理想微量元素模型，以实践为基础，充分考虑矿物元素之间的互作效应，充分发挥微量元素功效，减少不必要的浪费。

由于微量元素之间复杂的互作和颉颃关系，单一提高某种或一些必需微量元素在动物饲粮中的配比，会导致饲料利用率下降、成本上升、环境污染等问题。因此，需要根据饲料原料特性、养殖条件和生产方式、机体对Fe、Cu、Zn和Mn吸收的相互作用机理等方面合理添加必需微量元素，做到高效节约。矿物元素之间存在广泛的互作，其自身存在形式及量的失衡均会造成生物利用率的下降。图1显示有机微量元素在一般情况下利用率比硫酸锌略高，但在应激情况下硫酸锌的利用率会下降，而有机微量元素利用率会保持原有水平，所以二者相对利用率有巨大差别，这是高质量的有机微量元素具有抗应激能力的主要原因。而当无机微量元素被动物机体摄入后，金属元素离子化或解离，带电(+)，会附着在它首先遇到的吸引它的化合物，如果遇到另一个亲和力更强的物质，就会更换伙伴，最终化合物的生物利用率决定微量元素的吸收利用效率。且由于微量元素之间的互作效应，元素之间还会竞争吸收位点。有机微量元素由于矿物元素与有机配位体提前结合，减少了微量元素的反应几率，降低互作效应，其可运送矿物元素到小肠的吸收部位，确保元素的溶解性。因此，有机微量元素研究日益引起人们的兴趣。

有机微量元素就是微量元素和水解蛋白，小肽，单个氨基酸甚至是碳水化合物螯合形成的化合物，金属离子和“蛋白”结合的键的强度决定该微量元素在体内的生物学活性。易溶解、结合强度弱的微量元素在体内分解，并以与无机盐类似的方式发挥作用。螯合作用可保护金属蛋白盐中的微量元素不与其他元素互作，微量元素通过肽或氨基酸的吸收途径进入血液循环系统，而不是一般金属离子吸收机制。螯合金属与其他无机金属不同，不会以物理化学的方式降低其他必需而“未受保护”离子的吸收利用。这种机制或许可提高其在动物生产上的生物学利用率，从而降低排泄量。同时小肽/氨基酸可以增强金属与靶部位的结合能力辅助代谢作用，例如酶系统中金属结合蛋白。一般而言，有机微量元素毒性低，生物利用率高，可以避开无机微量元素的竞争吸收通道，更高效地被动物体利用。因此，只需要添加少量的有机微量元素即可达到高剂量无机微量元素的效果，从而减少微量元素的使用量和排放量，减少环境污染。但并不是所有的有机微量元素都比无机微量元素好。例如，丙酸盐的生物学利用率与硫酸盐并无区别，只有真正形成螯合而且适度螯合的微量元素利用率才会比较理想。由世界著名的电化学专家美国德克萨斯技术大学 Robert Holwerda教授研发成功的，以小肽作为配位体的高强度螯合型微量元素，在猪的胃中比较稳定，95%可通过猪胃而到达小肠被有效吸收利用。

图1 不同种微量元素的利用率

理想微量元素模型是根据大量的试验总结，以较好的试验结果所总结出来的不同种类微量元素之间的比例关系，主要是铁，铜，锰，锌之间的比例及添加量，以确保动物能够以较少而经济的添加量而得到更好的生长、免疫及繁殖效果。比如在母猪后备阶段及怀孕阶段，锌锰铜3种有机微量元素的比例按照8：4：2，比较有利于繁殖性能的发挥，而在哺乳阶段则需要增加有机铁的使用量。同时，硒也是理想微量元素模型中不可忽视的重要元素。硒的来源不同，其毒性和生物学利用率存在着巨大差异。亚硒酸钠作为第一代补硒产品，由于毒性大，混合均匀度差，常常造成中毒，可以考虑全面使用有机态硒取代无机态硒。中国的有机硒研究及生产均领先于世界发达国家许多年，特别是军事医学科学院研制的蛋白硒将中国有机硒的生产水平大幅度提高。蛋白硒与酵母硒之差别，主要表现在毒性上，大鼠攻毒试验显示硒酸钠，亚硒酸钠，酵母硒，蛋白硒的半数致死量分别是 3 mg/kg、4 mg/kg、37 mg/kg、112 mg/kg。同时动物实验结果表明蛋白硒在提升动物免疫功能速度上也显著快于酵母硒，这说明世界上广泛流行的酵母硒是一种比亚硒酸钠好的硒源，但相比蛋白硒依然属于毒性较高，效价较低的硒源产品。另外研究还表明水溶性蛋白硒是一种更高效的硒源，抗应激效果更好，用于产房母猪，可显著提高其抗应激能力（表1）。

应用理想微量元素模型还应考虑微量元素与维生素之间的协同互作关系，常见的几种微量元素与维生素之间的协同关系有：硒与维生素E，铁、铜等与维生素C。硒可加强维生素E的抗氧化作用，对维生素E在体内的生物化学作用，起着复杂的补偿和协调作用。据报道，一个硒原子预防肝坏死的作用相当于700～1000个维生素E分子。微量元素硫酸盐在氧化反应中作为氧化剂可诱导维生素的氧化、变质从而破坏维生素的结构。不合格锌源中氧化剂（高锰酸钾或过氧化氢）残留更让维生素的损失雪上加霜。在含有无机微量元素铁、锌、锰的情况下，维生素预混料在贮藏3个月后维生素K损失80%以上，叶酸损失40%以上，维生素B6损失20%以上。使用有机微量元素则可减少这种对维生素的氧化破坏作用，因此可考虑在使用理想微量元素模型的同时降低部分维生素的添加量，达到更经济环保的效果。

图2 螯合的蛋白锌结构示意图

2 理想微量元素模型在养猪生产中的应用

大量的研究资料证实螯合型有机微量元素对动物都具有显著提升动物免疫系统和生产性能的功效。应用理想微量元素模型对母猪可以减少死胎、木乃伊胎，显著提高窝产活仔数。后备母猪及经产母猪淘汰率大幅度下降，首次配种受胎率显著提高，种公猪需要量大幅度下降。对仔猪及生长猪的生长速度显著提高，毛色光亮，皮肤红润，饲料转化率显著上升，平均出栏提前1周以上，减少耳尖坏死、咬耳和咬尾症状。

妊娠后期3～4周、哺乳期及断奶后前3～4周的母猪对微量元素有较高的需要量。此阶段有效微量元素的日摄入量对繁殖性能的影响是至关重要的。足量有代谢活性的微量元素的及时释放，可保障机体内部各种活动的高效进行。已经证实，处于第3胎的母猪机体含有的微量元素水平比同体重未产过仔的母猪少，并且窝产仔数越多，断奶后母猪机体微量元素储存量越少。充分表明为了平衡微量元素的吸收和排泄，防止母猪受危害而动员机体组织以满足微量元素的需要。提高此阶段母猪微量元素的供给可以维持繁殖性能，增强腿部力量，降低淘汰率和延长母猪使用年限。研究表明小肽螯合物可提高母猪的繁殖性能（图3）及微量元素在各繁殖器官中的沉积（图4）。一般在生产中预产期前3～7 d将母猪赶入分娩室，哺乳期16～21 d或者更长。母猪断奶后5～7 d进入发情期，配种后25～35 d进行怀孕确诊。从进入分娩室到下次配种完成和妊娠的建立持续大概30～60 d。这是个关键时期，此时微量元素的摄入对繁殖母猪的顺利生产至关重要。在此期间日粮中添加有机微量元素可以提高其性能。添加金属蛋白盐形式的50 mg/kg锌、10 mg/kg锰 和10 mg/kg铜，试验期为断奶到配种后的14 d。试验表明从断奶到发情时间缩短28%，须重配种的母猪数量降低54%，淘汰的母猪数量减少68%。从断奶到配种节省2.3 d，每头母猪每胎产仔数可增加0.3头（以1头母猪1年产仔2.5窝计算）。母猪哺乳期添加使用有机螯合微量元素组合（蛋白锌、蛋白锰、蛋白铜、蛋白铁、蛋白硒；600 g/t）可提高母猪的泌乳性能，表现为仔猪日增重显著提高（表2）。

图3 小肽螯合微量元素ZMC对母猪繁殖性能的影响

表1 水溶性蛋白硒对产房母猪生产性能的影响

表2 应用理想微量元素模型提高母猪泌乳性能

表3 应用理想微量元素模型提高仔猪生长性能

表4 应用理想微量元素模型减少猪粪便铜、锌的排泄量 mg/kg

仔猪和小猪阶段应用理想微量元素模型可提供乳仔猪快速生长发育所需要的均衡营养，发挥仔猪的生长潜力（表3），并减少无机微量元素对维生素的氧化破坏作用。同时可显著降低猪粪便中铜、锌的排泄量，减少对环境的污染（表4）。

3 小结

我国矿产资源储备本来就相对缺乏，无论从保护生态环境和畜牧业可持续发展的角度出发，还是从饲养成本方面考虑，都应该重视提高饲料中微量元素的利用效率。我国大多数的养殖场没有设立完善的粪便处理及资源再利用系统，不能通过优化畜禽排泄物管理措施来改善矿物元素的污染及浪费，在饲料工业中选用适宜的有机螯合微量元素，在提高微量元素利用效率的同时可减少因饲料中大量使用无机微量元素而造成的环境污染。使用有机微量元素更符合低碳农业的要求。

不同种类动物在不同阶段所需求的理想微量元素模型内容不一样，若能根据动物的生长阶段配合理想的微量元素比例及剂量，将会显著改善动物的生产性能，繁殖性能，对疾病的抵抗力，最终将大幅度降低抗生素使用，减少对环境的污染。低碳农业呼唤理想微量元素模型，减少排放，节省资源。

参考文献（略）