畜禽微量元素營養需要量的評價方法與影響因素研究進展

apple12151007 · 發表于 2010-10-14 13:31:36

　　畜禽微量元素營養需要量的評價方法與影響因素研究進展

　　姚妙愛

　　摘要：本文綜述了微量元素營養需要量的兩種評價方法，并分析影響微量元素需要量的主要因素：生產性能等評定指標、鈣和纖維素對微量元素利用的影響、植酸酶對微量元素利用率的影響等。
　　關鍵詞：微量元素;評價方法;影響因素
　　微量元素作為酶和輔酶的組成成分，在機體代謝中起著不可替代的作用。由于對飼料原料微量元素含量及其利用率缺乏系統準確分析，生產中添加微量元素存在很大盲目性。普遍做法是不考慮基礎日糧含量，直接按2～3倍NRC水平添加，致使日糧微量元素含量超標且不平衡性加劇。機體存在一套穩定組織微量元素含量的調控機制，過量或不平衡攝入微量元素時，大部分隨排泄物進入環境，致使土壤微量元素含量超標，嚴重影響農業生產和人類健康。確定微量元素需要量和適宜添加方案并提高利用率是當前營養學家的重要任務，也是21世紀我國面臨飼料資源短缺、養殖業污染嚴重、人們對畜產品的需求卻不斷提高的基本條件下實現畜牧業高效、健康和可持續發展的重要保障。
　　1 評價微量元素需要量方法
　　1.1 劑量反應法
　　劑量反應法是評定營養需要最古老、最常用的方法。采用含低水平被研究元素的實用日糧或純合、半純合日糧，并按設計劑量逐步補充微量元素，建立動物對微量元素添加水平的劑量—反應曲線，由此得出特定條件下微量元素的需要量(圖1)。該方法簡單易行，試驗中廣泛應用，但缺點是要求基礎日糧被測元素含量要盡可能低，反應指標要敏感，結果受基礎日糧類型和觀測指標的影響較大。

1.2 析因法
　　析因法是以動物微量元素代謝為基礎，根據元素在體內和產品的沉積量(R，retention)即生產需要(P ，Production)、代謝過程中不可避免的損耗量(Obligatory loss)即通常所說的內源損失(E，endogenous loss)來評定微量元素凈需要量，然后再利用微量元素的生物學效價(A，availability)來確定某種元素在日糧中的適宜添加水平，計算公式可表示為：需要量=(P+E)÷ A。
　　利用析因法確定微量元素需要量的準確性和可靠性取決于計算公式中數據和參數的準確性。不同生長時期微量元素的沉積量可通過比較屠宰試驗獲得;內源損失量可利用同位素示蹤技術或外推法，測定糞、尿中不同來源微量元素含量獲得;微量元素的生物學效價通過消化試驗、代謝試驗和斜率比法來確定。
　　利用析因法評定需要量有以下優點：第一，不需要誘導缺乏癥，減少了對日糧的要求;第二，使用靈活，可以估算不同類型日糧與品種的需要。由于動物代謝的復雜性和環境因素的影響，目前在微量元素內源排泄，日沉積量上還未取得一致的看法。
　　2 影響微量元素需要量的因素
　　2.1 評定指標

表1 不同指標評價蛋雞銅、鐵、鋅、錳需要量的結果（mg/kg）

元素	NRC(1994)	評價指標	需要量	備注
銅	5.00	產蛋性能	6.00	Leeson等[7]
		銅藍蛋白	30.00	Banks等[8]
		雞蛋膽固醇	＞125.00	Lien等[9]；Balevi等[10]
鐵	56.00	血紅蛋白含量	35.00～45.00	Morck等[11]
鐵	56.00	琥珀酸脫氫酶	600.00	Morgan等[12]
鋅	44.00	夏季產蛋性能	110.00	安曉芳[13]
		產蛋性能	40.00	Burrell等[14]
		蛋殼強度	65.00	Balnave等[15]
		免疫性能	100.00～120.00	Kidd等[16]
錳	25.00	產蛋性能	20.00	Mabe[17]
		蛋殼強度	45.00	羅緒剛[6]；Sazzad[18]
		心肌Mn含量	100.00	羅緒剛[6]
		心肌MnSOD活性	105.00	羅緒剛[6]

注：NRC(1994)未給出產蛋期銅的需要量，參考生長期數值。

微量元素需要量受評定指標的影響。生產性能是評定微量元素需要量最常用的指標，肉仔雞用日增重，蛋雞用產蛋率或產蛋量(Fisher[1]，1986)。超過需要的元素含量在一個較寬的范圍不影響動物生產性能(圖1)。一般認為，以動物最佳健康狀況為目標獲得的微量元素需要量大于最高生產性能獲得的結果。已有報道表明，單獨用日增重評價肉仔雞錳(Gallup等[2]，1939)和鋅(Marzo等[3]，2002)需要量的結果應用于生產存在風險，有可能出現缺乏癥。
　　以錳為例，20世紀50年代以前對錳需要量的研究多以增重、腿病率和產蛋率等為指標，結果表明，50.00 mg/kg的錳就足以滿足生長雞對錳的需要。NRC[4](1994)依據上述研究結果建議生長雞、肉仔雞和種雞錳的需要量均為60.00 mg/kg，產蛋雞為30.00 mg/kg。Baker等[5](1986)等以骨灰錳和膽汁錳濃度為指標，評定的結果為42.00 mg/kg;羅緒剛等[6](2003)以蛋殼強度為指標評價錳的需要量為45.00 mg/kg，以心肌錳含量和心肌細胞線粒體錳MnSOD活性為指標，錳的需要量分別為100.00 mg/kg和105.00 mg/kg。微量元素主要以酶或輔酶形式發揮生物學功能，以特定酶分子的基因表達及其活性評價微量元素需要量更能直接敏感地反應微量元素生物學功能，但動物的生長、繁殖、泌乳等任何一種生命現象都是諸多分子共同作用的結果，單獨用一種或幾種分子的基因表達及其活性是否能客觀反應微量元素生理功能還需進一步研究。表1總結了以不同指標獲得的評價銅、鐵、鋅、錳需要量的研究結果。
　　2.2 鈣和纖維素
　　高鈣增加鋅的排泄，補充一定鋅(30.00 mg/kg)不能減輕高鈣導致鋅的缺乏(Grance[19]，1981)。鈣能與植酸形成復合物，此復合物進一步與鋅作用形成鈣—植酸—鋅的三元復合物，這種三元復合物比植酸—鋅的二元復合物更難被動物利用(Fordyce[20]，1987)。也有學者認為，鈣在消化道結合植酸，消除了植酸對鋅的干擾，由此可提高鋅的利用率(Lonnerdal[21,22]，1988，2000)。Spencer等[23](1988)試驗表明在無植酸的純合日糧中鈣水平提高6～8倍，不影響微量元素吸收率，說明高鈣影響微量元素利用需通過植酸作用才能實現。
　　產蛋雞日糧鈣水平高達3.5%，若不添加植酸酶，鋅的利用可能受到鈣和植酸的影響。以NRC[4]為基礎，蛋雞采食量按110 g/d 計算，鋅的需要量為35.00 mg/kg，本課題組試驗表明，產蛋雞基礎日糧70.00 mg/kg的鋅不能滿足最大產蛋性能的需要，添加30.00 mg/kg的鋅極顯著提高蛋雞產蛋率，實用日糧中產蛋雞對鋅的需要量在100.00 mg/kg左右，遠高于NRC(1994)推薦的35.00 mg/kg，可能是實用日糧中鋅的利用率較低。
　　纖維素和微量元素利用的研究表明，高纖維日糧降低微量元素利用率。但也有試驗顯示，單獨添加人工纖維對微量元素利用沒有影響(Turnlund等[24]，1982;Navert等[25]，1985;)。實際日糧中，高纖維往往伴隨高植酸含量，纖維對微量元素利用率的影響可能包含了植酸的效應。也有學者認為，纖維素對微量元素的利用的影響是通過抑制機體消化功能，降低營養素的吸收(Fairchild等[26]，2001;Cousins[27]，1989)實現的。
　　2.3 植酸酶

　　植酸磷是一個含六個磷酸基團的環狀化合物，在多數油菜籽和豆科植物中占干物質的1%～5%。植酸不僅能與植物中的40%～70%的磷結合(圖2左)，而且還與其它二價和三價元素如鈣、鎂、鋅、鐵等螯合形成難溶化合物(圖2右)，在動物腸道變得難以吸收。所有金屬元素中，鋅最易與植酸結合(Kornegay[28]，2001)，尤其在高鈣的情況下，鈣、鋅和植酸磷形成三元復合物，同時影響三種元素的吸收(Oberlease等[29]，1996)，植酸酶能促進植酸降解，增加磷的釋放量，同時提高日糧鋅的利用。
　　植酸酶與鋅元素的當量關系，是當前的研究熱點，Yi等[30](1996)報道，肉仔雞日糧中添加植酸酶增加鋅的沉積率，經線性回歸分析，初步推斷100 U植酸酶相當于1 mg的鋅(以ZnSO4為基礎)。Jondreville等[31](2005)對生長豬的試驗表明，植酸酶和鋅存在如下當量關系：Zn(mg/kg，按ZnSO4為基礎)=49.9-58.3×e-0.00233x，式中x為植酸酶添加量(U/kg)，按此計算，生長豬日糧中植酸酶添加量按500U/kg計算，可以節約30.00 mg/kg的Zn，基本可滿足Zn的需要。按Jondreville[31](2005)的指數模型，100U的植酸酶相當于3.7 mg的鋅，高于Yi等[19](1996)用線性回歸法得到的數值。
　　植酸酶對除鋅以外的其它元素利用率影響的報道相對較少，結果也不太一致(Morris等[32]，1980;Mohanna等[33]，1999)。一些研究者發現，動物組織鋅含量隨植酸酶水平增加而提高，但添加植酸酶降低組織銅含量降低(Pallauf等[34]，1992;Lei等[35]，1993;Zacharias等[36]，2003;Revy等[37]，2004)，推斷可能是植酸酶提高鋅利用率，過量的鋅拮抗了銅的利用;另一些研究者發現添加植酸酶提高鋅利用率，但不影響銅利用(Jondreville等[38]，2005)。體外試驗表明，植酸酶提高菜粕和葵花粕鐵的利用(Larsson等[39]，1997)。Stahl等[40](1999)在仔豬基礎日糧(120.00 mg/kg Fe)中添加1200U/kg的植酸酶，對照組添加50.00 mg/kg的鐵，結果仔豬血液Hb含量與對照組無顯著差異，說明植酸酶能有效提高基礎日糧鐵的利用。植酸酶可提高基礎日糧鈣、磷、鋅的利用，但不影響日糧鐵和銅的利用(Robert等[41]，1997)，提示銅和鐵與植酸鹽的結合可能方式跟其他元素不同。Roberson[42](1994)研究顯示，添加植酸酶可取消日糧鋅的添加，并可減少錳和鐵的添加。綜合上述報道，植酸酶提高鋅的利用已被多數試驗證實，但與銅、錳、鋅等其它元素利用率的關系還未達成共識。
　　2.4.4 其它因素
　　檸檬酸、乳酸、維生素C等有機酸有利于微量元素的吸收(Gillooy[43]，1983)，主要由于酸與微量元素具有弱的絡合性，從而改善元素的溶解性，由此提高利用率，但其效果具有一定條件的限制(Pabon和Lonnerdal[44]，1992)。人和動物的試驗證實寡糖可促進微量元素利用(Kaur等[45]，2002)，Charles等[45](2006)在小鼠日糧中添加7.5%的菊粉(含果寡糖)，成年小鼠鋅的吸收率由30%提高到46%，老齡小鼠鋅吸收率由14%提高到24%，銅的吸收率也顯著提高。寡糖提高微量元素的利用率主要兩種解釋：第一，寡糖在后腸道降解產生有機酸，降低pH，促進微量元素吸收(Trinidad等[41]，1999);第二，寡糖的微生物代謝產物(如丁酸)促進腸道上皮細胞對微量元素的攝取(Topping和Clifton[48]，2001)。寡糖對微量元素利用的改善程度與寡糖種類、機體微量元素的自身穩恒機制和試驗的環境狀況有關(Coudray等[49]，2005)，有關寡糖與微量元素利用在動物生產中的研究還少見報道。維生素D3的中間代謝產物1-α-OH-D3能有效促進鈣磷的利用(Xu等[50]，1997)，也可促進鋅和錳的利用率(Biehl等[51]，1997)，但趨于降低鐵的利用(Robert[41]，1997)，關于1-α-OH-D3與微量元素利用率的報道還較少，結果尚需進一步證實。
　　【參考文獻】
　　[1] Fisher C. and K. N. Boorman. Requirements of trace minerals. [M] Nutrient requirements of poultry and nutrient research, 1986, AFRC Poultry Science Centre, Roslin, Midlothian
　　[2] Gallup, W. D. and Norris, L.C. 1939. The amount of manganese required to prevent perosis in chick[J]. Poultry Science, 18: 76-82.
　　[3] Marzo, E Urdaneta, and S Santidrian. 2002. Liver proteolytic activity in tannic acid-fed birds[J]. Poultry Science, 81: 92-94.
　　[4] NRC. 1994. Nutrient Requirements of Poultry (9th Ed.)[M]. National Academic Press. Washington, DC.
　　[5] Baker D H, G W O Duho, K M Halpin, et al. 1986. Trace mineral nutrition for domestic animals[C]. Proceed in Arkansas Nutrition Conference, Arkansan, US.
　　[6] 羅緒剛，郭修泉，劉彬，等. 2003.中型褐殼產蛋雞實用日糧中錳適宜水平的研究 [J].畜牧獸醫學報，34(2)：105-111.
　　[7] Leeson, S. A. K. Zubair, E. J. Squires, et al. 1997. Influence of dietary levels of fat, fiber, and copper sulfate and fat rancidity on cecal activity in the growing turkey[J]. Poultry Science, 76: 59-66.
　　[8] Banks, K. M., K. L. Thompson, P. Jaynes, et al. 2004. The effects of copper on the efficacy of phytase, growth, and phosphorus retention in broiler chicks[J]. Poultry Science, 83: 1335-1341
　　[9] Lien, T. F., K. L. Chen, C. P. Wu, et al. 2004. Effects of supplemental copper and chromium on the serum and egg traits of laying hens[J]. British Poultry Science, 45: 535-539.
　　[10] Balevi, T., and B. Coskun. 2004. The effects of dietary copper on production and egg cholesterol content in laying hens[J]. British Poultry Science, 45: 530-534.
　　[11] Morgan, E. H. 1975. Plasma iron transport during egg laying and after estrogen administration in the laying hens [J]. Experiment Physiology, 60: 233-247.
　　[12] Morck, T. A., R. E. Austic. 1981. Iron requirements of white leghorn hens[J]. Poultry Science 60, 1797～1530.
　　[13]安曉芳，姚軍虎，韓進誠，等. 2007. 錳、銅、鋅、鐵添加水平對產蛋雞生產性能和養分表觀利用率的影響[J]. 西北農林科技大學學報(自然科學版)，35(3)：38～43.
　　[14] Burrell, A. L., W. A. Dozier, A. J. Davis, et al. 2004. Response of broilers to dietary zinc concentrations and sources in relation to environmental implications[J]. British Poultry Science, 45: 255-263.
　　[15] Balnave, D. and S. K. Muheereza. 1997. Improving eggshell quality at high temperatures with dietary sodium bicarbonate[J]. Poultry Science, 76: 588-593.
　　[16] Kidd, M. T, E. D. Peebles, S. K. Whitmarsh, et al. 2001. Growth and immunity of broiler chicks as affected by dietary arginine[J]. Poultry Science, 80: 1535-1542.
　　[17] Mabe, I., C. Raapp, M. M. Bain, et al. 2003. Supplementation of corn-soybean meal diet with manganese, copper, and zinc form organic or inorganic sources improves eggshell quality in aged laying hens[J]. Poultry Sciece, 82: 1903-1913.
　　[18] Sazzad, H. M. 1994. Egg production, tissue deposition and mineral metabolism in two strains of commercial layers with various levels of manganese in diets [J]. Animal Feed Science and Technology, 46: 271～275. [7] Grance, S. L. 1981. Effect of phytate/Zinc molar ratio and isolated soybean protein on zinc bioavailability[J]. Journal of Nutrition, 111: 2223-235.
　　[19] Grance, S. L. 1981. Effect of phytate/Zinc molar ratio and isolated soybean protein on zinc bioavailability[J]. Journal of Nutrition, 111: 2223-235.
　　[20] Fordyce, E., Forbes, R. M., Robbins, K. R. 1987. Phytate Calcium/zinc molar ratios: are the predicicitive of zinc bioavailability? [J]. Journal of Food Science, 52: 440-444.
　　[21] Lonnerdal, B., J. B. Bell, J. G.. Hendrickx, et al. 1988. Effect of phyate removal on zinc absorption from foy formula[J]. American Journal of Clinic Nutrition, 48: 1301-1306.
　　[22] Lonnerdal, B. 2000. Dietary factors influence Zinc absorption[J]. Journal of Nutriton, 130: 1378s-1383s.
　　[23] Spencer, H. 1988. Mineral-zinc and protein-zinc interactions in man: trace elements on man an animal[M]. Plennum Press. 559-561.
　　[24] Turnlund, J. R., J. C. King, W. R. Keyes. 1982. A stable isotope study of zinc absorption in yong men: effect of phytate and cellulose[J]. American Journal of Clinic Nutrition, 40: 1071-1077.
　　[25] Navert, B., B. Sandstrom, A. Cederblad. 1985. Reduction of the phytate content of bran by leavening in bread and its effect on absorption of zinc in man[J]. British Journal of Nutrition, 53: 47-53.
　　[26] Fairchild, A. S., J. L. Grimes, F. T. Jones, et al. 2001. Sefton Effects of hen age, Bio-Mos, and Flavomycin on poult susceptibility to oral Escherichia coli challenge[J]. Poultry Science, 80: 562-571.
　　[27] Cousins, R. J. 1989. Theoretical and practice aspects of zinc uptake and absorption. In: mineral absorption in the mono-gastric GI tract[M]. Plemum Press, New York: 3-12.
　　28] Kornegay, E. T. 2001. Digestibility of phosphorus and other nutrients: the role of phytases and factors influencing their activity. in Enzymes in farm animal nutrition[M]. CABI publishing, New York, N Y.
　　[29] Oberlease, D., M. E. Muher, and B. L. O’Dell. 1996. Dietary metal complexing agent and zinc bioavailability in rats. J. Nutr. 90:56-72.
　　[30] Yi, Z., E. T. Karnegay and D. M. Dembow. 1996. Supplemntal microbial phytase improves zinc utilization in broilers[J]. Poultry Science, 75: 540-546.
　　[31] Jondreville, C. R. Hayler, and D. Feuerstein. 2005. Replacement of zinc sulphate by microbial paytase for piglets given a maize soya bean meal diet[J]. Animal Science, 81: 77-83.
　　[32] Morris, E. R., and R. Ellis. 1980. Effect of dietary phytase/zinc molar ratio growth and bone zinc response of rats fed semi-purified diets[J]. Journal of Nutrition, 110: 1037-1045.
　　[33] Mohanna, C., and Y. Nys. 1999. Effect of dietary zinc content and sources on the growth, body zinc deposition and retention, zinc excretion and immune response in chickens[J]. British Poultry Science, 40: 108-114.
　　[34] Pallauf, J., G. Rimbach, S. Pippig, et al. 1992. Effect on microbial phytase supplementation to a maize-soya-diet on the apparent absorption on Mg, Fe, Cu, Mn, and Zn and paramers of Zn-status in piglets[J]. Journal of Animal Physiology and animal Nutrition, 68:1-9.
　　[35] Lei, X. G., P. K. Ku, E. R. Miller. 1993. Supplemental microbial phytase improves bioavailability of dietary zinc to weanling pigs[J]. Journal of Nutrition, 76:563-578.
　　[36] Zacharias, B., H. Ott, and W. Drochner. 2003. The influence of dietary paytase and copper on copper status in growing pigs[J]. Animal Feed Science and Technology, 106: 139-148.
　　[37] Revy, P. S., C. Jondreville, J. Y. Dourmad, and Y. Nys. 2004. Effects of zinc supplemented as either an organic or inorganic source and of microbial phytase on zinc and other minerals utilization by weanling pigs[J]. Animal Feed Science and Technology, 116:93-112.
　　[38] Jondreville, C. R. Hayler, and D. Feuerstein. 2005. Replacement of zinc sulphate by microbial paytase for piglets given a maize soya bean meal diet[J]. Animal Science, 81: 77-83.
　　[39] Larsson, M., M. Minekus, and Havenaar. 1997. Estimation of the bioavailability of iron and phosphorus in cereal using a dynamic in vitro gastrointe3stianl mode[J]. Journal of Food and Agriculture Science, 74:99-106.
　　[40] Stahl, C. H., Y. M. Han, K. R. Roneker, W. A. House, and X. G. Lei. 1999. Phytase improves iron bioavailability for hemoglobin synthesis in young pigs[J]. Journal of Animal Science, 77:2135-2142.
　　[41] Robert, R. B., L. E. Jason, and H. B. David. 1997. Iron bioavailability in soybean meal as affected by supplemental phytase and 1α-Hydroxycholecalciferol[J]. Poultry Science, 76:1424-1427.
　　[42] Roberson, K. D., and H. M. Edwards. 1994. Effects of 1,25-(OH)2-D3 and phytase on Zn utilization in broiler chicks[J]. Poultry Science, 73: 1312-1326.
　　[43] Gillooy M., Bothwell T. H., Torrance. J. D. 1983. The effects of organic acid, phytates, and polyphenols on the absorption of iron from vegetables[J]. British Journal of Nutrition, 49: 331-342.
　　[44] Pabon, M. and B. Lonnerdal. 1992. Effect of citrate on zinc bioavailability from ilik, milk fractions and infant formulas[J]. Nutrition Research: 13: 103-111.
　　[45] Kaur, N., A. K. Gupta. 2002. Application of inulin and oligofrucose in health and nutrition[J]. Journal of Bioscience, 27:703-714.
　　[46] Charles C., Christine Feillet-Coudray, Elyet Gueux, et al. 2006. Dietary inulin intake and age can affect intestinal absorption of zinc and copper in rats[J]. Journal of Nutrition, 136:117-122.
　　[47] Trinidad, T. P., T. M. Wolever. Thompson L. U. 1999. Effects of calcium concentration, acetate, and propionate on calcium absorption in the human distal colon[J]. Nutrition, 15: 529-533.
　　[48] Topping, D. L., P. M. Clifton. 2001. Short-chain fatty acids and human colonic function: roles of resistant starch and nonstarch polysaccharides[J]. Physiological review, 81:1031-1064.
　　[49] Coundray, C., C. Feillet-Coudray, J. C. Fressol., et al. 2005. Simulatory effect of inulin on intestinal absorption of calciumand magnesium in rats is modulated by dietary calcium intakes: short-and long-term balance studies[J]. European Journal of Nutrition, 44:293-302.
　　[50] Xu, T., R. M. Leach, Jr, B. Hollis, et al. 1997. Evidence of increased cholecalciferol requirement in chicks with tibial dyschondroplasia[J]. Poultry Science, 76: 47-53.
　　[51] Biehl, R. R., J. L. Emmert, and D. H. Baker, 1997. Iron bioavailability in soybean meal as affected by supplemental phytase and 1a-hydroxycholecalciferol[J]. Poultry Science, 76: 1424–1427.