健康環(huán)保型納米微量元素在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

崔藝燕，馬現(xiàn)永，田志梅，鄧 盾，王 剛，劉志昌，容 庭，余 苗

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所，畜禽育種國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室，廣東畜禽肉品質(zhì)量安全控制與評定工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510640）

微量元素添加劑對于畜禽生長發(fā)育具有重要作用。養(yǎng)殖生產(chǎn)中廣泛使用無機(jī)、有機(jī)、螯合物等多種形式的微量元素。但是，畜禽糞便微量元素超標(biāo)，污染環(huán)境問題一直是大家關(guān)注的焦點。納米微量元素產(chǎn)品及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)應(yīng)運而生，但目前在養(yǎng)殖業(yè)尚未普遍應(yīng)用。直徑為1～100 nm的納米顆粒具有與生物功能單元相當(dāng)?shù)某叽?，表面官能化擴(kuò)展了納米粒子的生物學(xué)功能。納米微量元素添加到飼料中，除具有普通微量元素的促生長、營養(yǎng)作用外，還能緩解生豬養(yǎng)殖中存在的微量元素高劑量添加、吸收利用率低、重金屬殘留、環(huán)境污染等問題，對于生豬養(yǎng)殖健康可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，應(yīng)用于養(yǎng)殖生產(chǎn)的納米微量元素主要有納米銅、納米鉻、納米硒和納米鋅，文內(nèi)總結(jié)了以上幾種納米微量元素在生豬養(yǎng)殖的應(yīng)用及發(fā)展前景，旨在為養(yǎng)豬生產(chǎn)上合理應(yīng)用微量元素添加劑提供重要依據(jù)。

1 納米銅

1.1 提高生長性能

納米銅可以提高仔豬、生長肥育豬的生長性能，降低仔豬腹瀉率。0．3%載銅硅酸鹽納米微粒（CSN）組提高仔豬平均日增重（ADG）(P＜0．05)，0．2%，0．3%CSN 顯 著 降 低 仔 豬 腹 瀉率（P＜0．01)[1]。 應(yīng) 用納米載銅蒙脫石（1500 mg/kg MMT-Cu）， 仔 豬 平均日采食量（ADFI）較基礎(chǔ)日糧組提高5．93%（P＜0．05）；肥育豬ADG 較抗生素組增加 21．45%（P＜0．05），料重比降低 16．72%(P＜0．01)，全程料重比較基礎(chǔ)日糧組降低7．50%(P＜0．01)[2]。納米銅顯著增加肥育豬血清生長激素、胰島素含量(P＜0．01)[2]。提示CSN促進(jìn)豬生長性能提高，可能通過機(jī)體生長激素的增加實現(xiàn)。

1.2 增強抗氧化能力

納米銅能夠提高豬血液、組織抗氧化能力。日糧中添加納米銅使肥育豬血清超氧化物歧化酶（參考文獻(xiàn)）活性比對照組提高 146．83%（P＜ 0．05），較抗生素提高 98．22%（P＜ 0．05）[2]。納米氧化銅組（50，200 mgCu/kg，）的銅鋅超氧化物歧化酶（CuZn-參考文獻(xiàn)）基因表達(dá)量比對照組（5 mgCu/kg）、同劑量CuSO4組顯著降低（P＜ 0．05）[3]。

1.3 促進(jìn)消化吸收

由于納米結(jié)構(gòu)的特殊性，納米銅較常規(guī)銅更容易被機(jī)體吸收利用，可減輕銅在組織的殘留，減少銅的排放[1]。納米銅會改變腸道消化酶、合成酶的活力，繼而改變機(jī)體營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收利用率。CSN（0．2%，、0．3%）可顯著增加十二指腸內(nèi)容物脂肪酶、空腸黏膜二糖酶活性（P＜0．05）[1]。納米氧化銅增加CP活性，降低NO含量及一氧化氮合成酶（NOS）活性，納米銅（60 mg/kg）能提高飼料粗蛋白、粗脂肪和鈣的表觀消化率 (P＜0．05)[2]。與抗生素相比，MMT-Cu能降低背肌脂肪含量（P＜0．05），增加肌肉中蛋白質(zhì)含量（P＜0．05）[4]。納米銅對于維持仔豬腸道形態(tài)具有一定作用，能促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收。CSN（0．2%，0．3%）顯著提高十二指腸、空腸、回腸的絨毛、微絨毛長度 (P＜0．01)，降低隱窩深度 (P＜0．01)，提高絨毛高度：隱窩深度比值 (P＜ 0．05)[1]。

1.4 調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)

納米銅可以改善生豬腸道菌群結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)微生態(tài)系統(tǒng)。高銅（180 mgCu/kg，CuSO4）對杜洛克×大白豬糞便大腸桿菌、沙門氏菌菌落數(shù)分別比納米銅組（10 mgCu/kg，CSN）降低了3．45%（P＜ 0．05）、3．48%(P＜ 0．05)；CSN（10 mgCu/kg）、高銅（180 mgCu/kg ， CuSO4）均可顯著降低杜洛克×斯格豬糞便大腸桿菌、沙門氏菌菌落數(shù)（P＜ 0．05）[4]。0．2%，0．3% CSN調(diào)節(jié)仔豬腸道微生態(tài)，降低腸段內(nèi)容物pH（P＜0．05），同時降低病原菌（大腸桿菌、沙門氏菌）數(shù)量(P＜0．01)[1]。

1.5 其他

低濃度的納米銅對于豬具有免疫作用，高濃度對機(jī)體產(chǎn)生損害。納米氧化銅（50 mgCu/kg）組仔豬十二指腸、回腸、盲腸的Toll樣受體2（TLR2）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）表達(dá)量顯著低于 CuSO4組（50 mgCu/kg，P＜0．01）；200 mg/kg納米氧化銅，降低血清中白介素-2（IL-2）、免疫球蛋白M（IgM）的含量，升高TNF-α含量[3]。高劑量的納米銅（10，20，40μg/ml）具有隨著濃度的增加，使豬血清中丙二醛（MDA）含量明顯增加，參考文獻(xiàn)活性降低[5]。因此，在生產(chǎn)中需要注意納米銅的使用濃度、使用時間。通過文獻(xiàn)查閱，目前認(rèn)為使用納米銅最佳濃度范圍是10～200 mg/kg。

2 納米鉻

2.1 提高肥育豬生長性能、胴體性能

納米鉻主要應(yīng)用于肥育豬，能提高其生長性能，改善胴體性能。Wang等[6]報道，鉻殼聚糖納米粒子（Cr-CNP，200 μg/kg） 使 肥 育 豬 ADG提高 6．31 %(P＜ 0．05)，料重比下降4．61 %(P＜ 0．05)。Cr-CNP（200 μg/kg)提高肥育豬瘦肉率、眼肌面積（10．55%，20．22 %，P＜ 0．05)，降低脂肪率、背膘厚（32．54 %、24．32%，P＜0．05)[6]。除以上指標(biāo)外，納米鉻（200 μgCr/kg）還能提高背最長肌、半膜肌重量(P＜0．05)[7]。

2.2 改善肥育豬肉品質(zhì)

納米鉻能提高肥育豬肉品質(zhì)。納米 鉻（200 μgCr/kg） 組 較 氯 化 鉻（200 μgCr/kg）組肥育豬背最長肌24 h 滴水損失降低21．48 %(P＜0．05)，肌紅蛋白含量提高75．89%(P＜0．05)，對45 min pH，L，a，b，大理石紋和肉色評分、粗蛋白、肌內(nèi)脂肪和肌苷酸含量未產(chǎn)生顯著影響(P＞0．05)[7]。

2.3 改善血液指標(biāo)

納米鉻對豬生長的效果優(yōu)于常規(guī)鉻源，可調(diào)控機(jī)體脂代謝。納米鉻能改善機(jī)體血液生化指標(biāo)，促進(jìn)機(jī)體健康。納米鉻（200 μgCr/kg）與基礎(chǔ)日糧相比，提高血清總蛋白、游離脂肪酸、高密度脂蛋白、胰島素樣生長因子1含量及脂肪酶活性(P＜0．05)，降低葡萄糖、胰島素、尿素氮、甘油三酯、膽固醇含量(P＜0．05)[6]。納米鉻顯著提高肥育豬血清生長激素的總體水平、最低值、峰值及峰持續(xù)時間(P＜0．05)，氯化鉻對生長激素分泌無顯著影響(P＞0．05)[8]。

3 納米硒

3.1 提高豬的生長性能、促進(jìn)硒沉積

納米硒能夠促進(jìn)豬生長，提高仔豬ADFI[9]、ADG[9-10]， 降 低 料 重 比[9]。納米硒能較其他形式硒沉積量大，其在機(jī)體沉積受添加水平的影響。納米硒（0．1 mg/kg，0．3 mg/kg，0．5 mg/kg）能提高肥育豬血清、肝臟、腎臟、胰臟、心臟的硒含量（P＜0．05），機(jī)體硒沉積含量隨硒水平遞增而增加[11]。納米硒添加水平（0．3～ 0．7 mgSe/kg）對仔豬血漿硒含量影響不顯著（P＞0．05）[10]。這主要是由于納米硒的工藝造成的，不同工藝的納米硒，其粒徑、空間結(jié)構(gòu)有所不同，機(jī)體吸收沉積硒的方式也存在差異。

3.2 提高仔豬抗氧化能力

納米硒可提高機(jī)體抗氧化酶活力，降低MDA含量，促進(jìn)機(jī)體抗氧化能力。納米硒（0．5 mg Se/kg）組仔豬血清總抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX）活力顯著高于基礎(chǔ)日糧組（P＜0．05），不同硒源和不同硒添加水平對血清MDA含量無影響（P＞ 0．05）[10]。三個不同劑量（0．1 mg/kg，0．3 mg/kg，0．5 mg/kg）納米硒組較基礎(chǔ)日糧均能提高肥育豬血清及肝臟、腎臟、胰臟、心臟的抗氧化功能，提高GSH-PX、T-AOC、參考文獻(xiàn)活力，降低血清及各組織器官 MDA 含量（P＜0．05）[11]。生物納米單質(zhì)硒可激活Nrf2-ARE通路提高下游抗氧化酶的蛋白表達(dá)與活性，提高含硒酶的蛋白表達(dá)與活性兩種路徑，提高豬空腸上皮細(xì)胞(IPEC-J2)抗氧化能力[12]。

圖1 實驗過程

3.3 其他

納米硒能夠提高豬的免疫球蛋白、細(xì)胞因子、激素等，調(diào)節(jié)機(jī)體生長發(fā)育。納米硒提高血清 IgG[9，13]，IgM[9，13]，IgA[9，13]，C3[9]，3，5，3′ - 三碘甲腺原氨酸含量[13]。納米硒(0．8mg Se/kg)能降低肌肉滴水損失、揮發(fā)性鹽基氮（P＜ 0．05），0．5 mg，0．8 mg Se/kg 添加水平顯著提高肌肉嫩度和Hart透過率（P＜0．05）[14]。硒能提高仔豬十二指腸、空腸、回腸的腸絨毛高度，降低隱窩深度，納米硒（0．5 mg Se/kg）維持腸道黏膜形態(tài)效果優(yōu)于酵母硒（0．5 mgSe/kg）[9]。

4 納米鋅

4.1 提高仔豬生長性能

納米氧化鋅能夠有效提高仔豬的生長性能、降低大腸桿菌數(shù)量、降低腹瀉率。飼糧添加700 mg/kg凹土納米氧化鋅較基礎(chǔ)日糧組顯著提高斷奶仔豬 ADFI、ADG(P＜ 0．05)，腹瀉率、腹瀉指數(shù)顯著降低(P＜0．05)[15]。普通氧化鋅（3000 mg/kg）、納米氧化鋅（300 mg/kg，500 mg/kg）顯著提高斷奶仔豬ADG（P＜0．05），顯著降低料重比、腹瀉率（P＜0．05），ADFI差異不顯著（P＞0．05）[16]。納米氧化鋅（0 mg Zn，300 mg Zn，400 mg Zn，500 mg Zn，600 mg Zn/kg） 提 高 了仔豬斷奶后0～14 d、0～28 d的ADG，同時降低仔豬斷奶后的腹瀉率；600 mg Zn/kg納米氧化鋅組與2000 mg Zn/kg氧化鋅組之間ADG、ADFI、腹瀉率無顯著差異[17]?？梢姡蛣┝考{米氧化鋅可替代高劑量普通氧化鋅（3000 mg/kg），達(dá)到促進(jìn)生長、降低腹瀉率的效果。

4.2 改善血液指標(biāo)

納米氧化鋅可以改善仔豬血液指標(biāo)。1000 mg/kg凹土納米氧化鋅組血液總膽固醇、甘油三脂含量顯著降低（P＜0．05），高密度脂蛋白含量顯著提高（P＜0．05），促進(jìn)脂肪分解，加快膽固醇等脂類物質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)脂肪代謝[15]。對斷奶仔豬腸黏膜通透性，普通氧化鋅（3000 mg/kg）、納米氧化鋅（300 mg/kg、500 mg/kg）極顯著降低斷奶仔豬血漿D-乳酸（P＜0．01）、二胺氧化酶（P＜ 0．05）[16]。

4.3 提高抗氧化、免疫功能

納米氧化鋅能夠提高仔豬抗氧化、免疫功能，緩解斷奶應(yīng)激。氧化 鋅（3000 mg/kg）、 納 米 氧 化 鋅（300 mg/kg，500 mg/kg）組仔豬胰臟CuZn-參考文獻(xiàn)活性顯著高于基礎(chǔ)日糧組（P＜0．05），肝臟CuZn-參考文獻(xiàn)活性差異不顯著（P＞0．05）[16]。納米氧化鋅（400～600 mg Zn/kg）提高了仔豬斷奶后第14 d血清胰島素、IgG和參考文獻(xiàn)以及肝臟參考文獻(xiàn)、金屬硫蛋白含量，降低了仔豬斷奶第14 d血清、肝臟MDA含量，600 mg Zn/kg納米氧化鋅與2000 mg Zn/kg氧化鋅以上指標(biāo)均無顯著差異[17]。納米氧化鋅（120 mg Zn/kg）較普通氧化鋅（80 mg Zn/kg）增加血清鋅濃度，碳酸酐酶活性、激素水平[18]。

4.4 提高消化吸收利用率

納米氧化鋅提高機(jī)體鋅吸收利用，減少鋅排放。納米氧化鋅（120 mg Zn/kg）增加斷奶仔豬鋅消化率[18]。在斷奶仔豬飼糧中添加納米氧化鋅（1200 mg/kg），增加血漿和組織鋅濃度（肝臟、脛骨）[19]，仔豬組織和排泄物中鋅的含量更低，減少鋅的富集，提高鋅的吸收利用[20]。

4.5 維持腸道健康

納米氧化鋅能夠維持腸道形態(tài)，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)系統(tǒng)。納米氧化鋅（1200 mg/kg）改善仔豬腸道形態(tài)（增加十二指腸和回腸絨毛長度、隱窩深度和絨毛表面），增強ZO-1 mRNA在回腸黏膜中的表達(dá)，顯著降低二胺氧化酶[19]。600 mg Zn/kg納米氧化鋅顯著提高仔豬斷奶后第14 d空腸絨毛高度∶隱窩深度，提高結(jié)腸中厚壁菌門和乳桿菌屬的相對比例（P＜0．05與P＜0．01），第14 d回腸、盲腸食糜乳酸菌、乙酸和總揮發(fā)性脂肪酸水平，盲腸中總厭氧菌數(shù)量，降低回腸總好氧菌數(shù)量[20]。

5 小結(jié)

生豬養(yǎng)殖中，高劑量微量元素的使用，嚴(yán)重危害豬肉安全，污染環(huán)境。納米技術(shù)的應(yīng)用可有效解決普通微量元素高劑量使用帶來的問題。而納米微量元素對豬作用機(jī)制的相關(guān)研究較少，其在仔豬體內(nèi)的消化吸收、轉(zhuǎn)運、代謝以及生物學(xué)作用、毒理性質(zhì)等需要進(jìn)一步的研究。隨著環(huán)保問題的加劇，人們對綠色產(chǎn)品的追求，開發(fā)高效、低殘留、安全、環(huán)保的納米微量元素添加劑是養(yǎng)豬健康發(fā)展的必然趨勢。