羅旋

（武漢輕工大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，湖北 武漢　430023）

稀土元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的作用研究

羅旋

（武漢輕工大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，湖北 武漢430023）

我國(guó)稀土資源豐富，已被廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中，稀土元素作為重要的飼料添加劑，具有促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，增強(qiáng)免疫力，降低死亡率等生理作用。筆者在文章中就稀土元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的作用進(jìn)行綜述。

稀土元素；動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)；作用

在化學(xué)周期表中，稀土元素是表中鑭系元素和鈧、釔元素的總稱，共包含17種元素。其中鑭系元素有15種，鈧和釔有兩種，化學(xué)性質(zhì)與鑭系元素相似。稀土元素在地殼中的含量較少，我國(guó)世界上稀土元素儲(chǔ)量、開(kāi)采量最多的國(guó)家。稀土元素是一種新型的動(dòng)物飼料添加劑，具有獨(dú)特的理化性能，應(yīng)用前景廣闊。在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的稀土元素主要分為有機(jī)稀土和無(wú)機(jī)稀土兩大類，無(wú)極稀土中的硝酸稀土應(yīng)用較廣。有機(jī)稀土主要有維生素C稀土、有機(jī)酸稀土添加劑、氨基酸稀土螯合劑等。按照飼料添加劑中稀土元素的種類可以劃分為復(fù)合稀土添加劑、單一稀土添加劑。據(jù)有關(guān)研究表明，有機(jī)稀土比無(wú)機(jī)稀土應(yīng)用效果較好，復(fù)合稀土添加劑比單一稀土添加劑應(yīng)用效果好。稀土元素具有改善動(dòng)物飼料品質(zhì)、提高飼料利用率、促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、增強(qiáng)免疫力、降低死亡率等生理作用，已在飼料業(yè)中獲得了良好的發(fā)展效果。目前稀土元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的作用已成為動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家一個(gè)重要的研究方向。文章就稀土元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的具體作用展開(kāi)論述。

1　我國(guó)稀土資源的分布

目前，我國(guó)稀土資源的儲(chǔ)量、開(kāi)采量和出口量都均世界首位。稀土資源在我國(guó)分布較廣，但分布地區(qū)相對(duì)集中，已發(fā)現(xiàn)稀土礦床的省份已達(dá)到20多個(gè)，如江西、四川、廣東、廣西、內(nèi)蒙、山東等地區(qū)。稀土礦主要有四川的冕寧牦牛坪礦、山東的微山湖礦、內(nèi)蒙古的白云鄂博礦、廣東的離子吸附型稀土礦以及湖南的獨(dú)居石礦等。這些稀土礦每年開(kāi)采稀土資源總量可觀，對(duì)農(nóng)業(yè)、工業(yè)發(fā)展起重要推動(dòng)作用。

2　稀土元素的作用機(jī)理

稀土元素是動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的一種輔助性營(yíng)養(yǎng)元素，參與動(dòng)物的新陳代謝，一定劑量的稀土元素能夠有效激活動(dòng)物體內(nèi)一系列生理過(guò)程，促進(jìn)酶的活性，改善新陳代謝，提高飼料轉(zhuǎn)化率，加速動(dòng)物的生長(zhǎng)、發(fā)育。稀土元素的作用機(jī)理主要有以下5個(gè)方面。

（1）影響酶系統(tǒng)的活性。酶是動(dòng)物機(jī)體新陳代謝過(guò)程重要的催化劑，其活性強(qiáng)弱直接影響生理代謝水平。稀土元素是動(dòng)物體內(nèi)多種酶的抑制劑或者激活劑，它能夠通過(guò)影響酶系統(tǒng)的活動(dòng)，影響體內(nèi)的新陳代謝。

（2）影響糖類和脂類代謝。胰島素能降低血糖濃度，緩解高血糖，維持動(dòng)物體內(nèi)正常的糖含量。稀土元素還能有效降低動(dòng)物血液中脂類的含量，例如膽固醇，進(jìn)而導(dǎo)致三磷酸循環(huán)過(guò)程受阻，確保脂類含量維持在正常范圍內(nèi)。

（3）影響核酸代謝。核糖核酸聚合酶是核酸代謝的重要催化酶，而稀土元素影響核酸代謝主要是影響核糖核酸聚合酶的活性。此外，稀土元素還能有效抑制腺肝酸環(huán)化酶活性，達(dá)到調(diào)節(jié)核酸代謝目的。

（4）與礦物元素之間的關(guān)系。稀土元素不直接調(diào)節(jié)動(dòng)物體內(nèi)的物質(zhì)代謝，而是與礦物元素之間存在互作效應(yīng)，借助影響礦物元素性能，間接調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)的物質(zhì)代謝。例如稀土離子與鈣離子性質(zhì)和半徑相似，在一定條件下，稀土離子可以占據(jù)或者是取代鈣離子發(fā)生生理效應(yīng)。

（5）稀土元素對(duì)微生物的作用。稀土元素對(duì)微生物的生長(zhǎng)過(guò)程有調(diào)控作用，能影響微生物的生長(zhǎng)。稀土元素對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)作用與其有機(jī)復(fù)合物配合形式有密切關(guān)系。例如稀土元素能夠有效改善反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)的pH值，調(diào)節(jié)微生物比例達(dá)到理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)高效利用目的。

3　稀土元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的主要作用

3.1代謝調(diào)控作用

（1）代謝、沉積作用。動(dòng)物組織和器官等部位是稀土元素的主要分布區(qū)，皮膚注射、呼吸道吸入和攝入是稀土元素進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)的常見(jiàn)三種方式，進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)的稀土元素絕大部分轉(zhuǎn)化為磷酸鹽或者氫氧化物，先進(jìn)入網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，然后再轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟、淋巴結(jié)和骨骼等部位。動(dòng)物飼料中含有大量的陰離子毒素和抗?fàn)I養(yǎng)因子，其帶有負(fù)電荷，對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)造成不利影響。進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)的稀土離子帶有正電荷，能夠與帶有負(fù)電荷的陰離子毒素和抗?fàn)I養(yǎng)因子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀。此外，稀土離子自身具有粘著性，大量帶有正電荷的稀土離子吸附在纖維素上，提高腸液的電位差，有利于沉淀排出體外。與其他微量元素一樣，稀土元素主要通過(guò)胃腸壁、膽汁以及尿液而排出體外，稀土鹽在高濃度磷酸鹽和碳酸鹽環(huán)境小容易形成磷酸鹽和碳酸鹽，磷酸鹽和碳酸鹽具有不可溶性，且能結(jié)合載體形成不可溶性的沉淀物，最終被靶細(xì)胞吞噬、吸收。例如肝臟中的枯否氏細(xì)胞。稀土螯合鹽可以完全吸收稀土，降低稀土在血液中的滯留時(shí)間，繼而改變稀土在動(dòng)物體內(nèi)的分布方式。稀土螯合鹽的穩(wěn)定性與其排泄方式有重要聯(lián)系，穩(wěn)定性較差的稀土螯合鹽會(huì)與生物配體發(fā)生交互作用，不能完全排出體外，而高穩(wěn)定性能的稀土螯合鹽排出體外時(shí)間較短。若口服稀土螯合鹽，其會(huì)隨著動(dòng)物糞便排泄出來(lái)，若注射稀土螯合鹽，其會(huì)通過(guò)尿液排到體外。

（2）調(diào)節(jié)激素水平。稀土元素調(diào)節(jié)激素水平作用與腎上腺皮質(zhì)激素作用類似，都能有效抑制血液中細(xì)胞成分的增值，促進(jìn)上皮組織代謝和肉芽組織的生長(zhǎng)，繼而加速傷口愈合。目前無(wú)法肯定稀土元素對(duì)動(dòng)物體內(nèi)甲狀腺激素、生長(zhǎng)激素的調(diào)節(jié)作用是提高還是降低，但大量實(shí)驗(yàn)表明：稀土元素對(duì)甲狀腺激素和生長(zhǎng)激素存在一種調(diào)節(jié)效應(yīng)，能夠作用動(dòng)物的腺垂體細(xì)胞和甲狀腺結(jié)構(gòu)。例如在動(dòng)物飼料中添加稀土元素后，動(dòng)物血清中的激素T3及T4含量明顯下降；在大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)稀土中的釤能夠改變大鼠的甲狀腺結(jié)構(gòu)，同時(shí)導(dǎo)致激素T3及T4含量增加；研究稀土元素對(duì)生長(zhǎng)激素的影響時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員將低劑量硝酸稀土注射到大鼠體內(nèi)，連續(xù)觀察6個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組大鼠的生長(zhǎng)激素含量顯著高出對(duì)照組，料肉比減少。此外，稀土元素還對(duì)胰島素有一定的調(diào)節(jié)效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明：低劑量的三氯化釤不僅能明顯降低生長(zhǎng)激素含量，還會(huì)導(dǎo)致胰島素含量顯著增加，有助于動(dòng)物體內(nèi)維持正常的血糖水平。

（3）調(diào)控消化道微生態(tài)環(huán)境。稀土能夠有效改善動(dòng)物瘤胃內(nèi)的酸性環(huán)境，使其保持穩(wěn)定，確保微生物比例穩(wěn)定，為動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)創(chuàng)造一個(gè)理想的瘤胃微生物系統(tǒng)。由于稀土元素添加計(jì)量與倡導(dǎo)細(xì)菌生長(zhǎng)有直接關(guān)聯(lián)，因此要嚴(yán)格控制稀土元素添加計(jì)量在合適范圍內(nèi)。有關(guān)研究認(rèn)為，稀土元素能夠增強(qiáng)某些代謝酶的活動(dòng)或者促進(jìn)小腸平滑肌蠕動(dòng)，影響食物消化過(guò)程，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率和利用率的功能，防止疾病入侵，有效增強(qiáng)動(dòng)物的生產(chǎn)性能。

3.2金屬活化劑作用

（1）生理激活劑作用。一是稀土元素影響酶系統(tǒng)活性。4f電子是稀土離子的特殊結(jié)構(gòu)，其能發(fā)生光、電、磁等一系列生物效應(yīng)。因此，稀土元素一方面參與動(dòng)物體內(nèi)的新陳代謝，另一方面又作為金屬激活劑，激活動(dòng)物體內(nèi)的酶系統(tǒng)，提高酶活性，例如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。酶活性的提升，有助于增加動(dòng)物日重，提高飼料轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)改變動(dòng)物體內(nèi)的一些生化指標(biāo)，二是影響遺傳物質(zhì)。在人體或者動(dòng)物破損皮膚處涂抹稀土化合物，如氯化稀土、氨基酸稀土等，有助于加速傷口愈合。這是由于稀土元素能夠影響遺傳物質(zhì)，加速細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)，從而達(dá)到傷口快速愈合的目的。研究表明：一分子的DNA能夠結(jié)合700個(gè)稀土原子。稀土離子能夠有效降低DNA接連溫度，促使DNA在較低溫度下即可完成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成等過(guò)程，有助于加快細(xì)胞增殖。此外，稀土元素對(duì)RNA酶、核糖核酸聚合酶有激活作用，能夠加快RNA的降解速度和調(diào)節(jié)核算代謝。

（2）抑制自由基作用。具有氧化作用的O自由基和OH自由基具有較強(qiáng)的氧化作用，過(guò)量的自由基會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生一系列損害。在動(dòng)物體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)雖能有效清除自由基，但當(dāng)系統(tǒng)清除能力較弱或者受阻時(shí)，稀土元素可在一定條件下代替抗氧化系統(tǒng)，有效抑制自由基產(chǎn)生，激活P21、P16、P53抑癌基因，有效提高動(dòng)物抗腫瘤免疫能力和抗氧化能力。例如稀土中的釤（Sm）與腙及酰腙形成的配合物或Sm能夠有效抑制自由基產(chǎn)生，維持較低的自由基濃度，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)物機(jī)體內(nèi)穩(wěn)定的自由基代謝系統(tǒng)，延長(zhǎng)細(xì)胞壽命。此外，稀土元素與動(dòng)物體內(nèi)某些元素之間存在協(xié)同作用，如動(dòng)物血液中的硒元素與稀土元素具有協(xié)同作用。硒元素是谷甘肽過(guò)氧化物酶的組成成分，而谷甘肽過(guò)氧化物酶能有效降低過(guò)氧化物的毒性，確保細(xì)胞和細(xì)胞膜的正常功能。

（3）“超級(jí)鈣”作用。鈣離子在維持動(dòng)物細(xì)胞的正常功能、信息傳遞、神經(jīng)沖動(dòng)、骨髓形成以及肌肉收縮等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。與鈣離子相比，稀土元素性質(zhì)與其相似，半徑大小接近，但稀土離子是正三價(jià)，離子勢(shì)大于鈣離子，能發(fā)揮“超級(jí)鈣”作用。因此，在動(dòng)物體內(nèi)某些特殊的生理學(xué)過(guò)程中可以取代鈣離子與生物大分子結(jié)合。例如細(xì)胞增殖過(guò)程需要大量的鈣離子，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的鈣離子較少時(shí)，就需要及時(shí)補(bǔ)充外源性鈣離子。稀土離子可以有效改善表皮細(xì)胞表面的鈣離子通道性能，有助于外源性鈣離子的內(nèi)流，提高細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度，確保細(xì)胞增殖。

4　稀土元素作為飼料添加劑的安全性

在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中，稀土元素作為飼料添加劑的安全性是首要考慮問(wèn)題。由于稀土礦多和具有放射性的釷和鈾礦共存，因此稀土元素具有一定的放射性。在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中，要堅(jiān)決禁止使用含有釷和鈾等強(qiáng)放射性的稀土元素，而是要使用放射性較低的稀土元素。在注射稀土元素時(shí)，還要注意稀土的毒性大小，尤其是靜脈注射，控制注射量，以免發(fā)生動(dòng)物中毒現(xiàn)象。由于稀土元素經(jīng)消化道吸收量較少，大部分沉積在動(dòng)物骨骼中，因此稀土元素對(duì)人體的危害較小，可以在動(dòng)物屠宰前的一段時(shí)間內(nèi)停止添加稀土元素，即可大幅度降低動(dòng)物體內(nèi)稀土元素含量。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，稀土元素作為一種新型、高效、安全的飼料添加劑，能夠有效提高動(dòng)物新陳代謝水平，提高飼料效率，促進(jìn)動(dòng)物生產(chǎn)與發(fā)育。雖然稀土元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究領(lǐng)域還存在較多疑問(wèn)，但我國(guó)稀土資源豐富，稀土資源在未來(lái)定能夠?yàn)樯鐣?huì)發(fā)展創(chuàng)收更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］李艷果，王光明，權(quán)約海，等.稀土元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的作用［J］.中國(guó)飼料，2014，（3）.

［2］吳端欽，賀志雄，譚支良.稀土元素在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)上的應(yīng)用［J］.家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，（3）.

Research on the Role of Rare Earth Elements in Animal Nutrition

LUO Xuan
（College of Animal Science and Nutrition Engineering，Wuhan University of Light Industry，Wuhan，Hubei 430023，China）

Abundant rare earth resources in our countryhas been widely applied to agriculture，industry and other fields.In animal nutrition，rare earth elements as an important feed additive，can promote animal growth，enhance immunity，reduce mortality and other physiological functions.The article reviews about the role of rare earth elements in animal nutrition.

rare earth elements；animal nutrition；role

S816

A

2095-980X（2016）07-0154-02

2016-06-15

羅旋，主要研究方向：動(dòng)物科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程。