柏峻,瞿明仁,李艷嬌,許蘭嬌*
(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)江西省動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∕營(yíng)養(yǎng)飼料開(kāi)發(fā)研究中心,南昌,330045)
稀土元素在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的功能及在生產(chǎn)上的應(yīng)用
柏峻1,瞿明仁1,李艷嬌1,許蘭嬌1*
(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)江西省動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∕營(yíng)養(yǎng)飼料開(kāi)發(fā)研究中心,南昌,330045)
我國(guó)稀土資源豐富,應(yīng)用廣泛。隨著深入研究,稀土元素被開(kāi)發(fā)為動(dòng)物飼料添加劑,并在畜牧業(yè)中逐步得以應(yīng)用。本文就稀土元素在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)上的功能及其在生產(chǎn)上的應(yīng)用作一概述,以期促進(jìn)稀土在反芻動(dòng)物生產(chǎn)上的研究與應(yīng)用。
稀土;反芻動(dòng)物;營(yíng)養(yǎng)功能;生產(chǎn)應(yīng)用
稀土,曾稱(chēng)稀土金屬或稀土元素,是元素周期表中元素鈧、釔和鑭系元素共17種化學(xué)元素的合稱(chēng)。我國(guó)稀土資源豐富,稀土資源量約為3600萬(wàn)t(REO),占世界總資源量的36%,居世界之首(U.S Geological Survey[1]2010)。上世紀(jì)70年代以來(lái),我國(guó)逐漸開(kāi)始將稀土運(yùn)用于畜牧業(yè)。根據(jù)添加劑中所含稀土元素的種類(lèi)還可以分為單一稀土添加劑和復(fù)合稀土添加劑。根據(jù)化合物性質(zhì),稀土添加劑分為無(wú)機(jī)稀土添加劑和有機(jī)稀土添加劑。研究表明,有機(jī)稀添加劑的應(yīng)用效果比無(wú)機(jī)稀土要好,復(fù)合稀土添加劑比單一稀土添加劑效果顯著(楊生棟[2],2010)。近年來(lái),稀土元素作為飼料添加劑在畜牧業(yè)中的應(yīng)用取得了良好的效果。大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),稀土不僅可以改善飼料品質(zhì),有效提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。而且具有類(lèi)似抗生素的作用,可以選擇性地影響腸道細(xì)菌,從而提高動(dòng)物對(duì)飼料的利用率、增強(qiáng)動(dòng)物免疫力等(Rambeck等[3],2005)。本文就稀土在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的作用機(jī)理及在生產(chǎn)上的應(yīng)用進(jìn)行綜述,為其在反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵中的調(diào)控及其在實(shí)踐生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
稀土元素作為一種輔助性營(yíng)養(yǎng)元素參與到動(dòng)物機(jī)體代謝時(shí),對(duì)酶的作用,可以歸納為激活、抑制和混合型三種。稀土離子本身具有特殊的4f電子,能產(chǎn)生
一系列的光、電、磁生物效應(yīng),可作為動(dòng)物生理激活劑,激活動(dòng)物體內(nèi)多種酶的活性,促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)。例如Liu等[4](2003)在研究La3+對(duì)Na+∕K+-ATPase的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),La3+對(duì)該酶的活性有抑制作用,原因是稀土離子與酶的變構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合后,使酶構(gòu)象改變而影響酶的活性。曹永范等[5](2010)研究表明,低濃度的稀土離子對(duì)纖維素酶有激活作用,而高濃度對(duì)酶活性有抑制作用,說(shuō)明稀土元素對(duì)酶的作用與其濃度有關(guān)。
Prause等[6](2005)研究發(fā)現(xiàn),動(dòng)物飼喂一定量的稀土可以顯著提高氮的吸收、能量平衡、碳水化合物吸收及營(yíng)養(yǎng)素的消化率。這可能是由于稀土能夠促進(jìn)動(dòng)物胃中消化液的分泌以及影響動(dòng)物小腸的滲透性,從而提高不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化。此外,有研究表明:大部分輕稀土元素,通過(guò)消化道吸收后,主要沉積在動(dòng)物肝臟中,其次是骨骼,而酸性重稀土主要沉積在骨骼中(Durbin等,1956;Evans,1990)[7]。而幼年動(dòng)物由于消化道發(fā)育不全則有可能吸收相當(dāng)量的稀土,其骨骼也更容易沉積稀土,肝臟中稀土?xí)S時(shí)間變化釋放并進(jìn)入骨骼[8](Mraz和Eisele,1977;Evans,1990)。
自由基是動(dòng)物生命活動(dòng)中多種生化反應(yīng)的中間代謝產(chǎn)物,是引起動(dòng)物炎癥、癌變、衰老的重要因素,自由基過(guò)多會(huì)對(duì)動(dòng)物機(jī)體造成嚴(yán)重?fù)p害。劉堅(jiān)等[9](2006)研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)給大鼠灌服氯化鑭后,能降低體內(nèi)過(guò)氧化脂質(zhì)的生成,具有較強(qiáng)清除體內(nèi)氧自由基的能力。王金勝等[10](1997)研究結(jié)果表明,經(jīng)光輻射后核黃素產(chǎn)生的超氧陰離子(O2-),可以被鈰離子大量清除。
稀土元素與某些元素間有著密切的關(guān)系,在一定范圍內(nèi)有代替必需元素的作用。與礦物質(zhì)元素之間常常存在協(xié)同或拮抗效應(yīng)。王天成等[11](2007)在研究輕稀土鑭對(duì)大鼠鈣、鎂、鐵的影響時(shí)發(fā)現(xiàn):稀土元素對(duì)鈣離子和鐵離子均存在拮抗作用。但適量的稀土與其他元素共用時(shí),則會(huì)表現(xiàn)出與其他元素協(xié)同的作用。研究表明稀土?xí)黾恿椎奈眨ㄖ軐幉╗12],2004)。
反芻動(dòng)物的瘤胃為微生物提供了一個(gè)良好的生存環(huán)境,并且調(diào)控、優(yōu)化瘤胃微生物種屬多樣性和微生物區(qū)系的穩(wěn)定性是維持機(jī)體的健康、提高反芻動(dòng)物的生產(chǎn)性能和改善動(dòng)物產(chǎn)品品質(zhì)的前提。沙里等[13](1992)通過(guò)在肉羊中補(bǔ)飼稀土元素,發(fā)現(xiàn)其對(duì)瘤胃微生物區(qū)系有明顯改善。桂榮等[14](1995)研究稀土對(duì)阿爾巴斯白絨山羊作用時(shí)也發(fā)現(xiàn),其瘤胃微生物達(dá)到較為穩(wěn)定、適宜的酸性環(huán)境,微生物比例也相對(duì)平衡,能夠促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效利用,從而提高了飼料的利用率。Liu等[15](2008)向肉牛日糧中分別添加不同濃度的氯化鑭,結(jié)果表明:氯化鑭在調(diào)控瘤胃內(nèi)微生物和酶的作用時(shí)存在劑量效應(yīng)。因此,稀土對(duì)微生物區(qū)系的影響往往會(huì)隨著試驗(yàn)中稀土添加劑量不同而不同。Zhang等[16](2015)通過(guò)體外瘤胃發(fā)酵試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每千克干物質(zhì)(DM)添加0.8 mmol氯化鑭(196 mg氯化鑭∕kg DM)顯著降低瘤胃原蟲(chóng)和產(chǎn)甲烷菌的相對(duì)豐度。而在張婷婷[17](2015)的試驗(yàn)中,添加氯化鑭、氯化鈰、氯化鐠均能降低瘤胃CH4產(chǎn)量,其對(duì)瘤胃微生物機(jī)制是降低了瘤胃產(chǎn)甲烷菌和原蟲(chóng)的數(shù)量。Le等[18](2008)試驗(yàn)研究結(jié)果表明:肉牛的生產(chǎn)性能與瘤胃微生物區(qū)系間存在明顯相關(guān)關(guān)系。
Yang[19](2009)運(yùn)用體外培養(yǎng)方法研究了稀土對(duì)瘤胃發(fā)酵的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn):添加稀土可以使瘤胃產(chǎn)氣量和揮發(fā)酸濃度呈線性增加,瘤胃內(nèi)有機(jī)物質(zhì)、酸性洗滌纖維、粗蛋白等物質(zhì)的真消化率隨稀土添加濃度的增加呈線性上升,推測(cè)其機(jī)制可能是稀土提高了瘤胃內(nèi)纖維降解酶和蛋白質(zhì)降解酶的活性。劉江波等[20](2012)用4只裝有永久性瘤胃瘺管、體重約25 kg的閹割南江黃羊?yàn)榱鑫敢汗w動(dòng)物,研究添加不同水平的氯化鑭、氯化鈰和氯化釹對(duì)瘤胃發(fā)酵功能影響,結(jié)果表明;體外培養(yǎng)24 h后,菌體蛋白(MCP)、揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)、乙酸和丙酸濃度較對(duì)照組顯著提高,乙丙比則顯著低于對(duì)照組。說(shuō)明適當(dāng)?shù)南⊥聊艽龠M(jìn)有機(jī)物的降解,提高微生物利用NH3-N合成MCP的能力。桂榮等[14](1995)用4只阿爾巴斯白絨山羊(母),進(jìn)行瘤胃消化代謝試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加0.02%的硝酸稀土添加劑(含量38%)可使瘤胃內(nèi)氨氮濃度顯著降低。Yang等[19](2009)也通過(guò)體外批次發(fā)酵的方法證明添加稀土混合物后瘤胃內(nèi)的產(chǎn)氣量與VFA濃度均增加。而沙里和張俊奇[13](1992)試驗(yàn)中,每天給三組烏珠穆沁羯羊分別飼喂7 mg∕(kg·d·w)、12 mg∕(kg·d·w)、17mg∕(kg·d·w)不同劑量的稀土,結(jié)果發(fā)現(xiàn):飼喂12 mg∕(kg·d·w)組的烏珠穆沁羯羊瘤胃液pH變動(dòng)范圍最小;而17 mg∕(kg·d·w)的組變動(dòng)范圍最大。說(shuō)明過(guò)高劑量的稀土元素會(huì)破壞瘤胃緩沖體系,使瘤胃內(nèi)環(huán)境失去平衡。
桂榮等[14](1995)用6只成年母阿爾巴斯絨山羊進(jìn)行消化代謝試驗(yàn),以添加200 mg∕kg稀土日糧飼喂60 d。結(jié)果顯示:稀土可提高絨山羊日糧干物質(zhì)(DM),有機(jī)物(OM)、總能(GE)及酸性洗滌纖維(ADF)消化率,分別提高11.58%、12.27%、16.69%和26.29%;除此之外,其氮沉積率顯著提高。而林仕欣[21](2015)在研究鑭、鈰、鐠對(duì)肉牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化的試驗(yàn)中也表明每千克日糧DM添加204 mg氯化鑭、氯化鈰顯著增加了肉牛氮沉積量和沉積率。而Koenig等[22](2000)報(bào)道表明添加稀土可驅(qū)除原蟲(chóng),進(jìn)而能改善瘤胃氮代謝,增強(qiáng)瘤胃微生物合成蛋白的能力來(lái)增加提供給動(dòng)物的微生物蛋白數(shù)量。劉江波[20](2012)等用不同水平的鑭、鈰和釹對(duì)南江黃羊瘤胃體外發(fā)酵的試驗(yàn)結(jié)果:添加LaCl3·7H2O組和添加CeCl3·7H2O組的MCP均高于對(duì)照組,初步表明:添加適量的稀土在一定程度上能夠促進(jìn)微生物對(duì)NH3-N的利用,合成更多的MCP。
3.1.1 提高育肥牛日增重
謝固本等[23](1992)在用稀土飼料添加劑飼喂育肥牛的效果試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)通過(guò)92 d的飼喂后,稀土組平均日增重484.67g,均顯著高于基礎(chǔ)日糧組(日增重363.80g),提高33.22%。王安琪等[24](1992)在牛日糧中添加稀土也發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)牛平均日增重較對(duì)照組明顯提高,且差異極顯著。這可能是由于添加稀土元素(RE)提高了飼料氮源利用率,增加瘤胃微生物蛋白質(zhì)的合成,從而達(dá)到了增重的效果。而其是否會(huì)影響牛分泌系統(tǒng)的變化,尤其是生長(zhǎng)激素的釋放,則需進(jìn)一步研究。
3.1.2 提高育肥牛飼料轉(zhuǎn)化率
張建文等[25](1994)選用臨夏州畜牧獸醫(yī)研究所飼養(yǎng)的6頭育肥雜種牛,通過(guò)向日糧中添加一定量的硝酸稀土,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組飼料轉(zhuǎn)化率明顯提高。其中添加0.5%的稀土添加劑試驗(yàn)1組每千克增重消耗精料3.56 kg,添加0.3%的稀土添加劑+0.16%的玉米蛋白粉試驗(yàn)2組每千克增重消耗精料3.18 kg,而添加0.4%的玉米蛋白粉的對(duì)照組每千克增重消耗精料3.91 kg,表明在日糧中添加稀土,可提高詞料利用率9.8%~23%。王安琪[24](1992)選用斷奶后育肥牛20頭,隨機(jī)分為對(duì)照組和試驗(yàn)組。對(duì)照組為飼喂基礎(chǔ)日糧,試驗(yàn)組為基礎(chǔ)日糧添加0.2%RE。結(jié)果表明:通過(guò)15 d預(yù)試期后,試驗(yàn)組與對(duì)照組相比,每增重1 kg活重,節(jié)省精料0.41kg,提高飼料轉(zhuǎn)化率14.29%。
3.1.3 提高泌乳奶牛產(chǎn)奶量
沈啟云[26](1991)在奶牛日糧中添加一定量的稀土,發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加量為800 mg∕kg時(shí),奶牛產(chǎn)奶量、乳脂率分別提高21.7%和0.39%。王京仁[27](2004)分別給黑白花奶牛飼喂12.5 mg∕kg、20 mg∕kg稀土添加劑,產(chǎn)奶量分別提高了9.57%、9.87%。由此可知,奶牛產(chǎn)奶量在一定范圍內(nèi)與稀土添加量成正比,但并非越高越好。過(guò)高稀土不僅會(huì)抑制奶牛機(jī)體免疫機(jī)能,甚至?xí)霈F(xiàn)毒性作用(劉大森等[28],2001)。而戶(hù)如霞等[29](2003)在泌乳奶牛日糧中添加稀土殼糖胺,發(fā)現(xiàn)其最適比例為0.15%(1500 mg∕kg),這可能與稀土的制備工藝和稀土純度有關(guān),也可能是試驗(yàn)添加劑中殼糖胺與稀土鰲合促進(jìn)了稀土的吸收或與試驗(yàn)環(huán)境相關(guān)。
3.2.1 提高采食量
李淑紅等[30](2003)在湘東黑山羊日糧中分別用添加15 mg∕kg、10 mg∕kg的稀土日糧進(jìn)行育肥試驗(yàn)。結(jié)果表明:在日糧中添加稀土10~15 mg∕kg,能夠提高肥育黑山羊采食量和日增重,明顯改善飼料轉(zhuǎn)化效率,降低飼養(yǎng)成本,從而增加經(jīng)濟(jì)效益。于靜[31](2009)選用了4只五歲左右、體重約55 kg的健康的小尾寒羊,按每千克混合精料(風(fēng)干物計(jì))添加216.5 mg硝酸稀土,結(jié)果表明:添喂稀土使綿羊的自由采食量增加了7.4%~13.0%。
3.2.2 提高羊毛產(chǎn)量和品質(zhì)
張啟儒等[32](1991)在半農(nóng)半牧的干草原在細(xì)毛羊日糧中添加稀土進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)期為3個(gè)月,試驗(yàn)組羯羊每日每千克體重添加10mg稀土,與對(duì)照組相比,羊毛長(zhǎng)度平均提高12.5%。同樣劑量在育成母羊的飼喂試驗(yàn)中表明,試驗(yàn)組兩年平均羊毛長(zhǎng)度比對(duì)照組提高13%,產(chǎn)毛量提高7.27%。并改善了羊毛品質(zhì),羊毛纖維密度、均勻度和凈毛率均顯著高于對(duì)照組。吳延明等[33](1997)在自然放牧條件下對(duì)青海細(xì)毛羊進(jìn)行60 d的稀土飼喂試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組平均羊毛長(zhǎng)度較對(duì)照組增加0.54 cm,提高15.38%,差異極顯著。說(shuō)明稀土元素羊毛只產(chǎn)毛量、產(chǎn)毛品質(zhì)均有一定的促進(jìn)作用,其添加量的數(shù)目可能與羊只品種有關(guān)。
我國(guó)稀土資源豐富。隨著對(duì)稀土研究的不斷深入,大量研究表明:稀土元素能夠影響生物體內(nèi)酶活性和物質(zhì)代謝,具有清除體內(nèi)氧自由基的能力,促進(jìn)動(dòng)物的健康。對(duì)反芻動(dòng)物而言,稀土具有改善反芻動(dòng)物瘤胃微生物區(qū)系和瘤胃發(fā)酵功能、促進(jìn)反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化代謝、提高反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能等功能,但是目前的研究依舊不多,也不夠深入,且主要集中在復(fù)合稀土添加劑的研究中,具體是何種元素或是幾種元素的互作效應(yīng)起作用仍不明確。如果能夠進(jìn)一步解決其對(duì)反芻動(dòng)物機(jī)理的相關(guān)問(wèn)題,必將對(duì)稀土添加劑的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和應(yīng)用前景帶來(lái)巨大的幫助。
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S816.72
:A
:1008-6137(2017)04-0004-05
公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201303143)、國(guó)家肉牛牦牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-38)、廣昌縣肉牛飼料研制與營(yíng)養(yǎng)(09005392)。
柏峻(1993-),男,江西瑞昌人,碩士研究生,主要從事反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究。
*通訊作者:許蘭嬌(1981-),博士,助研。
2017-06-16