理想微量元素模型及其在養豬生產中的應用

曹冬梅，孫安權

(奧格生物技術(上海)有限公司，上海 201210)

微量元素是動物體所必需的營養物質，直接或間接地參與機體幾乎所有的生理和生化過程，對畜禽維持正常生長、繁殖、免疫和生產性能有極其重要的作用，包括結構組織的維護（鈣，磷，錳）、作為酶催化劑（銅，錳，鋅，鐵）；輔助氧的運輸（鐵血紅蛋白）；膜轉運和電解質平衡的調節（鈉，鉀，氯）、氧化損傷的阻止（硒，銅）、激素和免疫系統的（鐵，銅，鋅，鉻）組成部分。豬常用的微量元素有：銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）、硒（Se）、碘（I）、鉻（Cr）等。在動物機體內各種元素之間按一定比例存在，以維持各自的生理功能，如果比例平衡失調，動物疾病就會發生和發展。微量元素在飼料中含量甚微，在體內作為酶或輔酶的重要成分，直接參與細胞內的代謝過程，為生命之必需。但當某元素達不到或超過動物機體運行的正常需要范圍時，都會導致動物新陳代謝紊亂而表現出與之相關的礦物元素缺乏癥或過量中毒癥，從而給畜牧業生產帶來損失。如硒（Se）元素在畜體內正常范圍為0.1～5 mg/kg，當低于下限值時，就會導致豬生長、繁殖機能紊亂，易患豬肝壞死等癥；但當豬體內超過5 mg/kg，就會出現硒（Se）中毒癥狀，表現出趾殼脫落、消瘦脫毛、肝硬化和肝萎縮、母豬受胎率低、初生仔豬小、弱或死亡。

微量元素在機體內的吸收利用之間存在復雜的協同和頡頏關系，而且在不同的含量范圍內，協同和頡頏的關系常常是互相轉換的。一種元素供給缺乏，必然影響其他元素的吸收，值得注意的是鐵、銅和鋅以及微量元素與鈣的結合。由于無機微量元素被消化成游離離子后溶解成為活性很強的反應物質，此時礦物元素間的相互作用就發生了。沸石粉，膨潤土及其他可能來源于黏土的材料會大量結合微量元素。霉菌毒素尤其是黃曲霉毒素會直接影響與微量元素吸收利用有關的酶的活性，影響微量元素的吸收利用效果。纖維素，植酸鹽，草酸鹽可以直接跟微量元素結合，降低其利用率。這一互作過程會降低豬對微量元素的生物學利用率。不考慮飼料原料中微量元素的含量，有時能誤導或導致礦物元素的不平衡，例如，磷酸鹽原料含有較多的鐵。同種礦物元素來源不同、鹽的形式不同甚至加工生產工藝不同，生物學利用率也會不同。

1 理想微量元素模型的建立

集約化養殖造成的環境污染是一個全球關注的問題。動物飼料中大量使用的銅、鐵、錳，鋅等無機微量元素吸收利用率低，經糞便大量排出，常對當地的土壤和水系造成嚴重污染。在養豬生產中，高銅作為促生長添加劑應用相當普遍，與之呼應的鋅、鐵，錳等微量元素用量也大大高于需要量及推薦用量，造成不應該的浪費及低效率。人們越來越關注規模化養殖場的技術改進和污染治理，對使用較低添加量而高利用率的有機微量元素的需求變得較為迫切。為合理解決改善動物生產效益與減少動物糞便污染之間的矛盾，根據近20年來的研究進展，提出理想微量元素模型，以供養殖業更經濟有效地利用微量元素，以減少對環境的污染。理想微量元素模型是對NRC理論的深化。為避免飼料配方中不同微量元素之間的頡頏作用，需要根據研究結果總結不同種類有機微量元素之間的最佳劑量及比例關系，稱為“理想微量元素模型”。理想微量元素模型，以實踐為基礎，充分考慮礦物元素之間的互作效應，充分發揮微量元素功效，減少不必要的浪費。

由于微量元素之間復雜的互作和頡頏關系，單一提高某種或一些必需微量元素在動物飼糧中的配比，會導致飼料利用率下降、成本上升、環境污染等問題。因此，需要根據飼料原料特性、養殖條件和生產方式、機體對Fe、Cu、Zn和Mn吸收的相互作用機理等方面合理添加必需微量元素，做到高效節約。礦物元素之間存在廣泛的互作，其自身存在形式及量的失衡均會造成生物利用率的下降。圖1顯示有機微量元素在一般情況下利用率比硫酸鋅略高，但在應激情況下硫酸鋅的利用率會下降，而有機微量元素利用率會保持原有水平，所以二者相對利用率有巨大差別，這是高質量的有機微量元素具有抗應激能力的主要原因。而當無機微量元素被動物機體攝入后，金屬元素離子化或解離，帶電(+)，會附著在它首先遇到的吸引它的化合物，如果遇到另一個親和力更強的物質，就會更換伙伴，最終化合物的生物利用率決定微量元素的吸收利用效率。且由于微量元素之間的互作效應，元素之間還會競爭吸收位點。有機微量元素由于礦物元素與有機配位體提前結合，減少了微量元素的反應幾率，降低互作效應，其可運送礦物元素到小腸的吸收部位，確保元素的溶解性。因此，有機微量元素研究日益引起人們的興趣。

有機微量元素就是微量元素和水解蛋白，小肽，單個氨基酸甚至是碳水化合物螯合形成的化合物，金屬離子和“蛋白”結合的鍵的強度決定該微量元素在體內的生物學活性。易溶解、結合強度弱的微量元素在體內分解，并以與無機鹽類似的方式發揮作用。螯合作用可保護金屬蛋白鹽中的微量元素不與其他元素互作，微量元素通過肽或氨基酸的吸收途徑進入血液循環系統，而不是一般金屬離子吸收機制。螯合金屬與其他無機金屬不同，不會以物理化學的方式降低其他必需而“未受保護”離子的吸收利用。這種機制或許可提高其在動物生產上的生物學利用率，從而降低排泄量。同時小肽/氨基酸可以增強金屬與靶部位的結合能力輔助代謝作用，例如酶系統中金屬結合蛋白。一般而言，有機微量元素毒性低，生物利用率高，可以避開無機微量元素的競爭吸收通道，更高效地被動物體利用。因此，只需要添加少量的有機微量元素即可達到高劑量無機微量元素的效果，從而減少微量元素的使用量和排放量，減少環境污染。但并不是所有的有機微量元素都比無機微量元素好。例如，丙酸鹽的生物學利用率與硫酸鹽并無區別，只有真正形成螯合而且適度螯合的微量元素利用率才會比較理想。由世界著名的電化學專家美國德克薩斯技術大學 Robert Holwerda教授研發成功的，以小肽作為配位體的高強度螯合型微量元素，在豬的胃中比較穩定，95%可通過豬胃而到達小腸被有效吸收利用。

圖1 不同種微量元素的利用率

理想微量元素模型是根據大量的試驗總結，以較好的試驗結果所總結出來的不同種類微量元素之間的比例關系，主要是鐵，銅，錳，鋅之間的比例及添加量，以確保動物能夠以較少而經濟的添加量而得到更好的生長、免疫及繁殖效果。比如在母豬后備階段及懷孕階段，鋅錳銅3種有機微量元素的比例按照8：4：2，比較有利于繁殖性能的發揮，而在哺乳階段則需要增加有機鐵的使用量。同時，硒也是理想微量元素模型中不可忽視的重要元素。硒的來源不同，其毒性和生物學利用率存在著巨大差異。亞硒酸鈉作為第一代補硒產品，由于毒性大，混合均勻度差，常常造成中毒，可以考慮全面使用有機態硒取代無機態硒。中國的有機硒研究及生產均領先于世界發達國家許多年，特別是軍事醫學科學院研制的蛋白硒將中國有機硒的生產水平大幅度提高。蛋白硒與酵母硒之差別，主要表現在毒性上，大鼠攻毒試驗顯示硒酸鈉，亞硒酸鈉，酵母硒，蛋白硒的半數致死量分別是 3 mg/kg、4 mg/kg、37 mg/kg、112 mg/kg。同時動物實驗結果表明蛋白硒在提升動物免疫功能速度上也顯著快于酵母硒，這說明世界上廣泛流行的酵母硒是一種比亞硒酸鈉好的硒源，但相比蛋白硒依然屬于毒性較高，效價較低的硒源產品。另外研究還表明水溶性蛋白硒是一種更高效的硒源，抗應激效果更好，用于產房母豬，可顯著提高其抗應激能力（表1）。

應用理想微量元素模型還應考慮微量元素與維生素之間的協同互作關系，常見的幾種微量元素與維生素之間的協同關系有：硒與維生素E，鐵、銅等與維生素C。硒可加強維生素E的抗氧化作用，對維生素E在體內的生物化學作用，起著復雜的補償和協調作用。據報道，一個硒原子預防肝壞死的作用相當于700～1000個維生素E分子。微量元素硫酸鹽在氧化反應中作為氧化劑可誘導維生素的氧化、變質從而破壞維生素的結構。不合格鋅源中氧化劑（高錳酸鉀或過氧化氫）殘留更讓維生素的損失雪上加霜。在含有無機微量元素鐵、鋅、錳的情況下，維生素預混料在貯藏3個月后維生素K損失80%以上，葉酸損失40%以上，維生素B6損失20%以上。使用有機微量元素則可減少這種對維生素的氧化破壞作用，因此可考慮在使用理想微量元素模型的同時降低部分維生素的添加量，達到更經濟環保的效果。

圖2 螯合的蛋白鋅結構示意圖

2 理想微量元素模型在養豬生產中的應用

大量的研究資料證實螯合型有機微量元素對動物都具有顯著提升動物免疫系統和生產性能的功效。應用理想微量元素模型對母豬可以減少死胎、木乃伊胎，顯著提高窩產活仔數。后備母豬及經產母豬淘汰率大幅度下降，首次配種受胎率顯著提高，種公豬需要量大幅度下降。對仔豬及生長豬的生長速度顯著提高，毛色光亮，皮膚紅潤，飼料轉化率顯著上升，平均出欄提前1周以上，減少耳尖壞死、咬耳和咬尾癥狀。

妊娠后期3～4周、哺乳期及斷奶后前3～4周的母豬對微量元素有較高的需要量。此階段有效微量元素的日攝入量對繁殖性能的影響是至關重要的。足量有代謝活性的微量元素的及時釋放，可保障機體內部各種活動的高效進行。已經證實，處于第3胎的母豬機體含有的微量元素水平比同體重未產過仔的母豬少，并且窩產仔數越多，斷奶后母豬機體微量元素儲存量越少。充分表明為了平衡微量元素的吸收和排泄，防止母豬受危害而動員機體組織以滿足微量元素的需要。提高此階段母豬微量元素的供給可以維持繁殖性能，增強腿部力量，降低淘汰率和延長母豬使用年限。研究表明小肽螯合物可提高母豬的繁殖性能（圖3）及微量元素在各繁殖器官中的沉積（圖4）。一般在生產中預產期前3～7 d將母豬趕入分娩室，哺乳期16～21 d或者更長。母豬斷奶后5～7 d進入發情期，配種后25～35 d進行懷孕確診。從進入分娩室到下次配種完成和妊娠的建立持續大概30～60 d。這是個關鍵時期，此時微量元素的攝入對繁殖母豬的順利生產至關重要。在此期間日糧中添加有機微量元素可以提高其性能。添加金屬蛋白鹽形式的50 mg/kg鋅、10 mg/kg錳 和10 mg/kg銅，試驗期為斷奶到配種后的14 d。試驗表明從斷奶到發情時間縮短28%，須重配種的母豬數量降低54%，淘汰的母豬數量減少68%。從斷奶到配種節省2.3 d，每頭母豬每胎產仔數可增加0.3頭（以1頭母豬1年產仔2.5窩計算）。母豬哺乳期添加使用有機螯合微量元素組合（蛋白鋅、蛋白錳、蛋白銅、蛋白鐵、蛋白硒；600 g/t）可提高母豬的泌乳性能，表現為仔豬日增重顯著提高（表2）。

圖3 小肽螯合微量元素ZMC對母豬繁殖性能的影響

表1 水溶性蛋白硒對產房母豬生產性能的影響

表2 應用理想微量元素模型提高母豬泌乳性能

表3 應用理想微量元素模型提高仔豬生長性能

表4 應用理想微量元素模型減少豬糞便銅、鋅的排泄量 mg/kg

仔豬和小豬階段應用理想微量元素模型可提供乳仔豬快速生長發育所需要的均衡營養，發揮仔豬的生長潛力（表3），并減少無機微量元素對維生素的氧化破壞作用。同時可顯著降低豬糞便中銅、鋅的排泄量，減少對環境的污染（表4）。

3 小結

我國礦產資源儲備本來就相對缺乏，無論從保護生態環境和畜牧業可持續發展的角度出發，還是從飼養成本方面考慮，都應該重視提高飼料中微量元素的利用效率。我國大多數的養殖場沒有設立完善的糞便處理及資源再利用系統，不能通過優化畜禽排泄物管理措施來改善礦物元素的污染及浪費，在飼料工業中選用適宜的有機螯合微量元素，在提高微量元素利用效率的同時可減少因飼料中大量使用無機微量元素而造成的環境污染。使用有機微量元素更符合低碳農業的要求。

不同種類動物在不同階段所需求的理想微量元素模型內容不一樣，若能根據動物的生長階段配合理想的微量元素比例及劑量，將會顯著改善動物的生產性能，繁殖性能，對疾病的抵抗力，最終將大幅度降低抗生素使用，減少對環境的污染。低碳農業呼喚理想微量元素模型，減少排放，節省資源。

參考文獻（略）