敖·德古里那， 張 楠， 焦蓓蕾， 楊春生， 王 靜， 賀永強(qiáng)

(內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)(集團(tuán))股份有限公司，奶源事業(yè)部質(zhì)量技術(shù)管理中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011500)

銅在自然界含量豐富，分布廣泛，不僅應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，更在動(dòng)物體營養(yǎng)調(diào)控上有一定的價(jià)值。國外學(xué)者對(duì)奶牛微量元素銅的需要量已有了深入的研究，在各版本的NRC奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中都給出了銅元素的需要量，但是由于我國奶牛業(yè)起步較晚，對(duì)于微量元素的添加及應(yīng)用沒有科學(xué)的參考依據(jù)，研究也較為有限，因此，在一定程度上對(duì)于微量元素的研究制約著我國奶牛業(yè)的快速發(fā)展。銅作為奶牛體內(nèi)必需的微量元素之一，在奶牛的生長性能、生產(chǎn)性能、免疫能力、繁殖性能及抗氧化性能等都發(fā)揮著重要作用。近年來，隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，微量元素銅作為動(dòng)物體所必需的礦物質(zhì)元素添加劑越來越受到人們的重視，人們對(duì)銅的研究也越來越深入。

1 銅概述

1.1 銅簡述

銅廣泛存在于地殼和海洋中。銅在地殼中含量約為0.01%自然界中的銅多數(shù)以化合物的形式存在。銅屬于IB族過渡金屬，在常溫下為紫紅色固體，+2價(jià)銅是最常見的價(jià)態(tài)，它可以和絕大部分常見的陰離子形成鹽，常見的一些銅化合物有硫酸銅(CuSO4)、氧化銅(CuO)、氯化銅(CuCl2)等。

銅作為動(dòng)物體必需的微量元素，廣泛分布于各種生物組織中，在奶牛機(jī)體中主要以金屬蛋白的形式存在，并以酶的形式起著相關(guān)功能作用。每個(gè)含銅蛋白的酶類都有其特定的生理生化學(xué)效應(yīng)，并對(duì)生命過程都起著十分重要的作用。

1.2 動(dòng)物飼料中銅源的選擇

微量元素銅是動(dòng)物體必需的微量元素，但是由于銅在自然界中存在形式多種多樣，動(dòng)物對(duì)于不同形式銅的吸收率是完全不同的。銅作為動(dòng)物飼料添加劑可以簡單的劃分為無機(jī)銅源和有機(jī)銅源兩大類。無機(jī)銅包括硫酸銅、氧化銅、碳酸銅和氯化銅等，奶牛從不同化合物中攝取銅能力從大到小順序?yàn)椋禾妓徙~、硝酸銅、硫酸銅、氧化銅、二氧化銅、銅絲。其中由于五水硫酸銅水溶性好、含銅量高、生物利用率高等特點(diǎn)其成為了目前人們首選的補(bǔ)銅劑之一。有機(jī)銅源主要包括氨基酸螯合銅和蛋白銅鹽。在動(dòng)物營養(yǎng)研究中，常見的氨基酸絡(luò)合銅有蛋氨酸絡(luò)合銅、賴氨酸絡(luò)合銅和甘氨酸絡(luò)合銅，由于甘氨酸銅的純度高達(dá)90%以上，晶體結(jié)構(gòu)好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，水溶性高，吸收率高的特點(diǎn)，并且有機(jī)銅不會(huì)受到如鉬、鋅及鐵等金屬離子的影響而產(chǎn)生拮抗作用，谷甘氨酸銅是目前作為有機(jī)銅源主要的補(bǔ)銅劑[1]。

1.3 銅在動(dòng)物機(jī)體的內(nèi)含量及分布

微量元素銅雖然在動(dòng)物體內(nèi)含量很低，但卻廣泛分布于動(dòng)物機(jī)體內(nèi)各種組織和細(xì)胞中。大部分以結(jié)合態(tài)的形式存在，小部分以游離狀態(tài)存在。動(dòng)物機(jī)體各組織中含銅量隨年齡、性別及日糧含銅量水平的高低而發(fā)生變化。正常來說，健康成年奶牛體內(nèi)含銅量約為80 mg。在新生犢牛機(jī)體中含銅量是最高的，平均約含13～14 mg。在動(dòng)物體組織中，銅主要分布在心臟、肝臟、腎臟、腦、毛發(fā)等部位。其中肝臟、骨骼、腦和毛發(fā)屬于高銅含量器官。肝臟作為高銅含量器官，是動(dòng)物機(jī)體銅主要貯存的場所也是主要的代謝器官。已有學(xué)者研究表明[2]，肝臟銅含量是評(píng)價(jià)動(dòng)物機(jī)體銅狀況的一項(xiàng)十分敏感指標(biāo)，當(dāng)日糧中銅水平高于動(dòng)物體的需要量且不至于使動(dòng)物銅中毒時(shí)，動(dòng)物體內(nèi)銅含量與日糧銅水平呈正相關(guān)關(guān)系。另外，血液中銅含量也可以作為評(píng)價(jià)動(dòng)物體銅營養(yǎng)的重要指標(biāo)[3]。

1.4 動(dòng)物體內(nèi)銅的代謝

奶牛體內(nèi)的銅主要通過采食飼料獲得，當(dāng)奶牛從飼糧中攝取的銅進(jìn)入消化道后，銅在奶牛小腸前段(主要為十二指腸前段)中被有效吸收。日糧銅經(jīng)小腸上皮細(xì)胞吸收后在其表面銅結(jié)合蛋白介導(dǎo)下穿越腸基底外側(cè)膜進(jìn)入血液并循環(huán)至肝臟，同時(shí)在肝細(xì)胞膜表面銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)下由血液將銅運(yùn)送至身體的各個(gè)器官并發(fā)揮相應(yīng)作用[4]。銅在機(jī)體的吸收率通常只有5%～10%，而日糧中90%以上的銅經(jīng)過肝臟隨膽汁排泄到消化道，再由糞便排出體外，只有微量銅通過尿和汗液排出。另外，動(dòng)物體消化道中過量的銅元素與膽汁中的氨基酸結(jié)合，兩者形成復(fù)合物后隨著糞便排出體外[5]。銅在奶牛體內(nèi)的吸收機(jī)制一種是可飽和的主動(dòng)運(yùn)輸，另一種是不飽和的擴(kuò)散過程。這兩種吸收機(jī)制取決于飼料中含銅量的高低，當(dāng)飼料中含銅量較低時(shí)機(jī)體通過可飽和的主動(dòng)形式來轉(zhuǎn)運(yùn)銅；當(dāng)飼喂高銅飼料時(shí)，銅的轉(zhuǎn)運(yùn)主要是不飽和的擴(kuò)散過程起主導(dǎo)作用[6]。奶牛體內(nèi)銅具體的代謝過程如圖1。

圖1 動(dòng)物體內(nèi)銅代謝過程

1.5 銅促生長作用

銅作為動(dòng)物體內(nèi)必需的微量元素之一，其營養(yǎng)功能已被我們熟知，在飼料中添加適量的銅便可以提高奶牛的生長性能，對(duì)奶牛的生長育肥有很好的促進(jìn)作用。自1945年Braude首次發(fā)現(xiàn)，在豬飼料中添加高劑量的銅可顯著提高豬的飼料利用率和生長率后，銅作為動(dòng)物一種高效的促生長劑被廣泛的用于實(shí)際生產(chǎn)中。Ward等[7]在開食及生長階段的育成牛飼料中補(bǔ)銅即可增加牛的干物質(zhì)采食量。Arthington等研究也發(fā)現(xiàn)[8]，在育成牛的草料中添加銅，其干物質(zhì)采食量可比未補(bǔ)銅的有顯著提高。黃應(yīng)祥等[9]在8月齡以上的奶牛飼料中添加中等劑量的銅，飼喂93 d，結(jié)果表明奶牛平均日增重提高了11.9%，每1 kg增重耗能降低了12.1%。

以上研究結(jié)果表明，飼糧中添加銅具有促進(jìn)奶牛生長發(fā)育的作用。追究其內(nèi)在原因，是因?yàn)殂~能夠影響奶牛體內(nèi)促生長激素和生長相關(guān)因子的合成和分泌，從而調(diào)控奶牛體內(nèi)蛋白質(zhì)的沉積，最終發(fā)揮出促進(jìn)動(dòng)物生長的作用。近年來隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的快速發(fā)展，人們也從分子水平上確定了銅元素對(duì)促生長激素合成與分泌的作用。銅元素的促生長作用主要是銅能夠調(diào)節(jié)促生長激素的合成和分泌[10]。在奶牛日糧中添加銅，其能夠通過動(dòng)物體血腦屏障在動(dòng)物的腦中進(jìn)行積累，并在轉(zhuǎn)銅蛋白的作用下傳遞給動(dòng)物機(jī)體相應(yīng)的含銅蛋白，提高腦細(xì)胞內(nèi)各種含銅酶的活性，并刺激下丘腦釋放生長激素釋放激素(GH-releasing hormone，GHRH)，從而影響激素GH的分泌，促進(jìn)機(jī)體生長[11-13]。

1.6 銅影響生產(chǎn)性能

銅對(duì)于奶牛的生產(chǎn)泌乳性能有著重要的影響。研究表明，在日糧中添加適當(dāng)濃度的銅可以提高飼料的轉(zhuǎn)化率，提高奶牛產(chǎn)奶量和改善乳品質(zhì)。劉曦等[14]的研究指出，在奶牛日糧中添加24 mg/kg的螯合銅，飼喂60 d，其產(chǎn)奶量提高27.8%，乳蛋白提高7.72%。黃志秋等[15]為奶牛飼喂7.6 mg/kg的銅，結(jié)果表明，奶牛泌乳量提高7.66%～9.61%，且其乳脂率干物質(zhì)含量未降低。另有文獻(xiàn)指出，在荷斯坦奶牛飼料中添加10 mg/kg和40 mg/kg干物質(zhì)銅，結(jié)果表明，降低了牛奶乳脂中反式脂肪酸C18烯酸和C18共軛二烯酸的含量[16]。銅能夠改善奶牛的生產(chǎn)性能可能是因?yàn)?，飼糧中帶正電的銅離子進(jìn)入到奶牛瘤胃中，與帶負(fù)電的瘤胃微生物相結(jié)合，從而增加了瘤胃微生物對(duì)植物的附著，滿足了瘤胃微生物群落生長的需要，增加了細(xì)菌對(duì)植物纖維的降解，從而提高了飼料轉(zhuǎn)化率，增加了產(chǎn)奶量[17]。對(duì)于乳品質(zhì)的改善，可能是因?yàn)轱暭Z中銅影響了瘤胃微生物對(duì)脂肪的氫化作用，從而降低了乳脂中某些脂肪酸的含量，使乳脂含量降低。

1.7 銅影響機(jī)體免疫功能

銅元素在維持動(dòng)物機(jī)體正常的免疫功能方面發(fā)揮著重要的作用[18]。銅通過參與機(jī)體免疫球蛋白的形成和免疫相關(guān)酶類的調(diào)節(jié)，在不同程度上影響機(jī)體的免疫器官、體液免疫、細(xì)胞免疫。銅缺乏引起淋巴免疫器官的病理損傷和體液免疫、細(xì)胞免疫以及非特異性免疫功能降低[19]。許多研究學(xué)者在大鼠及肉雞上的研究表明，當(dāng)銅缺乏時(shí)，動(dòng)物機(jī)體胸腺、脾臟會(huì)發(fā)生不同程度的萎縮，重量減輕以及淋巴細(xì)胞減少等癥狀；當(dāng)補(bǔ)充銅時(shí)，動(dòng)物機(jī)體迅速恢復(fù)免疫功能并促進(jìn)胸腺增長[20-21]。對(duì)于體液免疫，許多研究證實(shí)，銅缺乏可引起T淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞(MNC)中的白細(xì)胞介素-2(IL-2)分泌減少[22-23]，補(bǔ)充銅，能促進(jìn)奶牛T淋巴細(xì)胞的成熟或轉(zhuǎn)化[24]。分析其原因，可能是因?yàn)閯?dòng)物體銅缺乏會(huì)導(dǎo)致鐵代謝的障礙，從而使動(dòng)物脾臟肝臟和淋巴組織中與鐵有關(guān)的血黃素沉積，血黃素的沉積誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有極強(qiáng)毒性的羥自由基，使動(dòng)物T淋巴細(xì)胞單位成熟機(jī)制受到影響，進(jìn)而影響動(dòng)物的免疫系統(tǒng)。而在細(xì)胞免疫的研究中，有學(xué)者指出銅缺乏可致奶牛淋巴細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞色素氧化酶活性降低，使細(xì)胞內(nèi)三磷酸腺苷(ATP)生成減少，從而造成動(dòng)物機(jī)體IgG合成受阻[24]。另有學(xué)者觀察指出，輕度銅缺乏也能引起乳牛嗜中性白細(xì)胞殺菌活力降低，補(bǔ)銅可以提高嗜中性白細(xì)胞的功能或恢復(fù)缺銅動(dòng)物嗜中性白細(xì)胞殺菌活力[25]。

1.8 銅對(duì)繁殖性能的影響

動(dòng)物的繁殖性能是制約動(dòng)物周轉(zhuǎn)與出欄的一個(gè)因素[26]。近年來，國內(nèi)外許多研究表明，銅與奶牛的生殖存在極為密切的關(guān)系。一些學(xué)者認(rèn)為，動(dòng)物在進(jìn)行繁殖活動(dòng)時(shí)需要比維持正常生理活動(dòng)需要更多的銅，因此，想要提高動(dòng)物的繁殖性能，在動(dòng)物繁育期間必須要保證銅的需要量，從而來保證繁育后代的效果達(dá)到最佳。在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)，特別是像奶牛等大型反芻動(dòng)物體內(nèi)，缺銅會(huì)導(dǎo)致紅細(xì)胞和結(jié)締組織在動(dòng)物胚胎發(fā)育階段產(chǎn)生缺陷。由于紅細(xì)胞不能持續(xù)地供給母畜和胎兒，所以缺銅會(huì)引起分娩困難、流產(chǎn)、死胎等情況從而動(dòng)物降低繁殖性能[27]。奶牛缺銅時(shí)會(huì)導(dǎo)致母牛發(fā)情遲緩甚至受到抑制，也會(huì)導(dǎo)致其卵巢機(jī)能低下從而導(dǎo)致分娩困難，胎衣不下[28]。微量元素銅主要影響奶牛機(jī)體卵巢促黃體素的分泌，對(duì)于奶牛維持發(fā)情與妊娠具有明顯作用。而對(duì)于種公牛來說，種公牛精液中銅含量與精子的密度與活性在某一范圍內(nèi)呈正相關(guān)關(guān)系。而在很多原發(fā)性缺銅的草場，適量的補(bǔ)飼銅元素可以防止母牛的發(fā)情紊亂，并能夠減少奶牛產(chǎn)后胎衣不下、子宮炎的發(fā)生率，保證犢牛的成活率。有研究指出，給荷斯坦奶牛注射銅，其受胎率從53%提高到67%[29]。還有研究指出，給荷斯坦牛中補(bǔ)充銅，其受胎率從53%提高到72%。另有研究表明，給血銅濃度低的奶牛中補(bǔ)充銅，可以改善奶牛繁殖力，提高其受胎率[30]。對(duì)于公牛而言，金穗華等[31]研究指出，銅濃度與精子活力在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)，到達(dá)峰值后逐漸下降。銅改善奶牛的繁殖性能主要是由于銅元素能夠促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體垂體釋放生長激素(GH)、促甲狀腺素(TSH)、促黃體素(LH)和促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)的分泌，從而影響腎上腺皮質(zhì)類固醇和茶酚胺的合成，進(jìn)而影響奶牛繁殖力。對(duì)于公牛來說，銅可以提高前列腺素與受體的結(jié)合力，促進(jìn)前列腺素E2(PEG2)的作用，從而引起公牛LH水平提高，并使睪酮分泌增加。

1.9 銅與抗氧化性能

動(dòng)物機(jī)體的健康與機(jī)體自身防御系統(tǒng)息息相關(guān)，特別是對(duì)于奶牛這種高產(chǎn)動(dòng)物來說，高強(qiáng)度的代謝特別容易使動(dòng)物產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而引起奶牛多種慢性疾病，并對(duì)奶牛的生產(chǎn)性能產(chǎn)生極其嚴(yán)重的影響，因此抗氧化性能對(duì)動(dòng)物的健康以及生產(chǎn)起著重要作用。現(xiàn)階段，由于我國奶牛泌乳量不斷提高，奶牛缺乏銅的亞臨床病例不斷增多，對(duì)于奶牛的生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的影響，從而影響了經(jīng)濟(jì)效益的增加。許多研究都表明，動(dòng)物的抗氧化能力在一定程度上決定著動(dòng)物機(jī)體本身抵抗這些自由基危害的能力。有學(xué)者指出，動(dòng)物機(jī)體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的氧自由基，會(huì)刺激機(jī)體生物膜中的多不飽和脂肪酸，從而引起脂質(zhì)發(fā)生過氧化作用，并且氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的分解產(chǎn)物能夠引起細(xì)胞損傷，從而危害機(jī)體健康[32]。銅作為動(dòng)物體必需的微量元素，主要通過影響機(jī)體抗氧化酶活性來發(fā)揮抗氧化作用。銅是超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)和血漿銅藍(lán)蛋白(CP)的重要組成成分，這些酶可保護(hù)細(xì)胞免受氧代謝的毒性影響，維護(hù)動(dòng)物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的完整性。許楚楚等[33]的研究指出，泌乳奶牛血漿中血漿銅藍(lán)蛋白、總抗氧化能力(T-Aoc)與銅含量密切相關(guān)，銅缺乏與動(dòng)物體的總抗氧化能力呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。分析其原因是因?yàn)槟膛C(jī)體在正常情況下，其抗氧化能力和不斷產(chǎn)生的氧自由基的氧化能力保持著動(dòng)態(tài)的平衡關(guān)系，以確保奶牛機(jī)體組織免于氧化損傷。而當(dāng)奶牛處于圍產(chǎn)期，特別是處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，奶牛體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生出大量的自由基，破壞了機(jī)體抗氧化能力與自由之間的動(dòng)態(tài)平衡使抗氧化能力下降或者自由基產(chǎn)生異常增多則導(dǎo)致組織的氧化損傷，從而促發(fā)奶牛的多種疾病[34-35]，當(dāng)奶牛機(jī)體缺乏銅時(shí)，抗氧化酶系活性降低，超氧陰離子自由基和過氧化氫積累。從而攻擊生物膜，使細(xì)胞膜功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致細(xì)胞機(jī)能降低，使奶牛機(jī)體組織中SOD和GSH-Px活性降低，致使多種酶失活機(jī)體的抗氧化能力下降。

2 銅的需要量

奶牛對(duì)于微量元素銅的需要量受到多種因素的影響，其中包括年齡、生理狀況、產(chǎn)奶狀況及飼料組成成分等。NRC奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中采用析因法確定奶牛對(duì)于銅的需要量，奶牛體內(nèi)銅最低需要量為10 mg/kg，最大耐受量為100 mg/kg，當(dāng)奶牛從日糧中攝入銅量超過了其最大耐受量，就會(huì)導(dǎo)致奶牛銅中毒。奶牛組織生長所需的銅約為1.15 mg/kg體增重，初乳分泌時(shí)銅的需要量為0.6 mg/kg，常乳約為0.2 mg/kg，奶牛在妊娠早期(<100 d)時(shí)胎盤及子宮組織銅的需要量為0.5 mg/d；另外，銅在奶牛體內(nèi)內(nèi)源性損失大約為71 μg/kg·bw，對(duì)于體重在650 kg，日產(chǎn)奶量為40 kg的高產(chǎn)奶牛來說，其銅的需要量為15.7 mg/kg[36]。

3 小 結(jié)

綜上所述，銅作為動(dòng)物體必需的微量元素之一，在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮著重要的作用。不僅參與動(dòng)物體的生長和生產(chǎn)，對(duì)于動(dòng)物的繁殖、免疫及抗氧化都有著極其重要影響。隨著銅元素在奶牛營養(yǎng)調(diào)控中研究深入，人們可以通過對(duì)微量元素銅的營養(yǎng)調(diào)控來最大限度地發(fā)揮動(dòng)物的生產(chǎn)潛力并提高經(jīng)濟(jì)效益。但是我們對(duì)于銅在奶牛營養(yǎng)調(diào)控的研究中也面領(lǐng)著巨大的挑戰(zhàn)，例如銅在奶牛日糧中具體添加量；如何避免在銅元素的添加過程中與其他金屬元素的協(xié)同及拮抗作用，從而避免浪費(fèi)，達(dá)到最佳的生物學(xué)效應(yīng)，這些都是今后研究的難點(diǎn)及重點(diǎn)。因此，我們在今后的研究中，要在確定奶牛品種、生理階段及飼養(yǎng)方式的基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源的現(xiàn)狀，選擇出適宜的銅源及銅添加水平，從而使動(dòng)物的生產(chǎn)達(dá)到最佳。