李蓉 朱云芬 陳瀟飛 譚德俊 馬進
摘要:硒是一種人體和動物機體生長發(fā)育必不可少的微量營養(yǎng)素,在動物的吸收代謝、生長發(fā)育、繁殖、免疫以及臨床保健等方面起關鍵作用。在家畜和家禽飼料中添加一定劑量的硒對其健康具有重要意義。據(jù)報道,中國有約3/4的地域屬于低硒區(qū)或缺硒區(qū),超過3/5的地域所生產的飼料原料中含硒量<0.05 mg/kg,根本無法滿足畜禽的生長發(fā)育需求。由此可見,微量元素硒作為一種飼料添加劑在畜禽養(yǎng)殖上應用也越來越廣泛。綜述了微量元素硒的生物學功能,硒補充劑的分類以及硒作為飼料添加劑在不同種動物生產上的應用等方面。
關鍵詞:微量元素硒;飼料添加劑;生物學功能;畜禽;養(yǎng)殖
中圖分類號:S816.7? ? ? ? ?文獻標識碼:A
文章編號:0439-8114(2019)22-0015-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.22.003? ? ? ? ? ?開放科學(資源服務)標識碼(OSID):
Application of trace element selenium as feed additive in livestock and poultry breeding
LI Rong1,2,3,ZHU Yun-fen1,2,3,CHEN Xiao-fei1,2,3,TAN De-jun1,2,3,MA Jing1,2,3
(1.Enshi Tujia and Miao Autonomous Prefecture Academy of Agricultural Sciences,Enshi 445002,Hubei,China;
2.Hubei Selenium Industry Technology Research Institute,Enshi 445002,Hubei,China;
3.Enshi Qingjiang Biological Engineering Limited Company,Enshi 445002,Hubei,China)
Abstract: Selenium is an essential microelement for human and animal growth and development, which plays a key role in animal metabolism, growth, reproduction, immunity and clinical health care.Adding a certain dose of selenium to livestock and poultry feed is important for their health.It is reported that about three-fourths of the regions in China belong to low selenium areas or selenium deficiency areas. Selenium content in feed feedstock produced in more than 3/5 regions is less than 0.05 mg/kg, so that the growth and development requirements of the livestock and poultry cannot be met. Therefore, as a kind of feed additive, trace element selenium has been widely used in livestock and poultry production. The biological functions of trace element selenium, the classification of selenium supplements and the application of selenium as a feed additive in the production of different species of animals were reviewed.
Key words: microelement selenium; feed additive; biological function; livestock and poultry; breeding
早在1973年,世界衛(wèi)生組織(WHO,World Health Organization)就宣布硒屬于人和動物的必需微量元素。它與動物的生長發(fā)育、免疫健康及疾病代謝等方面密切相關。缺乏硒會導致家畜和家禽的生理功能障礙,從而導致畜禽疾病的發(fā)生,如家禽的缺硒性骨骼肌損傷、白肌病和胰腺纖維的惡化,豬的發(fā)情紊亂、肝壞死和桑葚心以及牛羊的營養(yǎng)不良、肌肉抽搐等,還會導致動物生長發(fā)育緩慢、繁殖性能降低[1]。隨著對硒生物學功能研究的深入,給畜禽補加硒也成為一種常見現(xiàn)象,硒補充劑被廣泛應用于農業(yè)和畜牧業(yè)生產中。當前,在畜禽飼料中應用常見的硒主要有無機硒、有機硒和納米硒3種形式。硒補充劑根據(jù)其不同形態(tài),在動物體內的吸收、消化代謝以及畜產品的安全性、效果評價等方面均存在差異,因此關于硒的應用和研究也具有廣闊前景。
1? 硒的生物學功能
1.1? 硒對動物抗氧化性能的影響
硒主要通過硒蛋白發(fā)揮其生理功能,硒蛋白在正常生理pH下起到氧化還原催化劑的作用。如硒是谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)和磷脂氫谷胱甘肽過氧化物酶(PHG-Px)的重要組分和活性中心[2]。微量元素硒與蛋白質結合形成硒蛋白,硒蛋白會抑制脂質過氧化,并清除代謝產物自由基,發(fā)揮其抗氧化作用,進一步保障機體膜結構和功能的完整性。
1.2? 硒對動物免疫性能的影響
硒在機體的免疫系統(tǒng)中也起重要作用。硒多糖及硒蛋白作為生物機體內的活性物質具有高度抗氧化性能,可消除自由基,預防或減少氧化損傷,保護生物膜結構,抵御外來病原的侵害,進而使機體免疫機能得到提高。此外,硒對機體免疫功能的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面:首先,硒會參與甲狀腺素的合成及分泌,通過影響淋巴細胞及胸腺細胞的生成,進一步影響免疫應答[3];其次,硒元素在機體內會刺激免疫球蛋白(IgM、IgG和IgA)的生成,促進淋巴細胞增殖,從而增強動物的體液免疫功能;最后,硒能促進免疫系統(tǒng)抗體、補體的形成,進一步增強機體抗病能力[4]。
1.3? 硒對動物繁殖性能的影響
微量元素硒在生物體內的量也會在一定程度上影響動物生產性狀和繁殖性能。究其原因,硒作為雄性動物精子內線粒體外膜硒蛋白的關鍵組成成分,對于保證精子細胞結構和機能的完整性必不可少[5]。此外,機體內硒元素的含量會影響精子形態(tài)及其活力,進而降低雌性受胎率,影響動物授精,導致胎衣滯留,子宮內膜炎的發(fā)病率升高。因此,如果動物機體內硒元素缺乏,會嚴重影響其繁殖代謝[6]。
2? 硒補充劑的分類
在畜禽養(yǎng)殖中由于飼料硒缺乏而引起的動物生產性能和繁殖性能下降的情況屢見不鮮。因此,為了達到最優(yōu)的生產性能,必須精確地滿足動物對硒的需要,以預防硒缺乏的發(fā)生,這也是現(xiàn)代畜牧業(yè)生產中的一項重要舉措。目前,根據(jù)硒在生物體內代謝的不同形式,硒補充劑被分成無機硒和有機硒。
無機硒指的是無機硒化合物,包括不同價態(tài)的硒化物Se4+(亞硒酸鹽)、硒酸鹽Se6+(硒酸鹽)、Se0(單質硒)及Se2-(硒化合物)等,亞硒酸鈉是目前世界上應用最廣泛的,而且被普遍接受的無機硒添加劑。在全球范圍內,美國是世界上第一個將硒元素作為飼料添加劑應用到畜禽生產中的國家,之后有更多的國家研發(fā)出“硒磚鹽”作為畜禽的硒補充劑。
在中國也有將硒和維生素E制成復合添加劑使用的情況。但是無機硒中的亞硒酸根離子易氧化,生物吸收利用率極低,且會與其他礦物質發(fā)生拮抗作用,對機體產生毒性,導致體內硒沉積和儲存能力差。因此,在畜禽日糧中添加無機硒不僅可能對動物造成潛在毒害作用,還會對環(huán)境造成污染,最終達不到理想的補硒效果,這也就導致了無機硒在飼料應用中的局限性,不能得到很好的推廣。
有機硒則是指在有機體內通過生物代謝活動將硒和氨基酸聯(lián)合,所產生的有機化合物(如硒蛋氨酸、硒半胱氨酸等)及含硒的生物活性大分子(如谷胱甘肽過氧化物酶家族、硒蛋白等)。除此之外,目前在實際生產中常常用到的有機硒添加劑還包括酵母硒(生物硒)。有機硒和無機硒比較起來,其毒副作用低,特別是生物硒的毒性會更小[7]。因此,有機硒具有低量高效、易被動物機體吸收利用的優(yōu)點,且在增強機體抗氧化性能、免疫機能以及抵抗熱應激等方面均有顯著優(yōu)勢[8]。
有研究報道,有機硒的建議日補充量為5~10 mg[9]。2009年中華人民共和國農業(yè)部頒布《飼料添加劑安全使用規(guī)范》公告中明確指出,可將生物酵母硒作為家畜和家禽的飼料添加劑使用,這一舉措也預示著未來畜禽微量元素飼料添加劑的添加形式正在由無機向有機微量元素轉變[10],有機硒作為一種高品質、高活性、低毒性的硒源,其應用價值逐漸被養(yǎng)殖業(yè)所認可[11]。
近幾年隨著化學合成和檢測技術的不斷發(fā)展,納米硒作為一種富硒添加劑也成為研究熱點。納米硒是一種納米級別的單質元素硒,它的核心是蛋白質,外周包裹著元素硒作為其膜結構,粒徑一般在80 nm以內。納米硒也是無機元素硒,除了具有有機硒的生物功效活性優(yōu)點以外,它還擁有一定的納米小顆粒效應,可吸收和利用性更強[12]。
3? 無機硒和有機硒的吸收代謝
研究表明,有機硒和無機硒由于其結構組成存在差異,在機體內的吸收機制和代謝途徑存在不同,其生物活性、功能及生物利用度等方面也存在很大的區(qū)別。有研究指出,即使攝入無機硒的1/10用量的有機硒時,機體血液中含硒量也是無機硒的20倍,這也說明有機硒在生物機體內的儲蓄能力更強[7]。
在動物體內,有機硒和無機硒都轉化為相同的硒化物中間體,并且硒化物進一步轉化為硒蛋白以發(fā)揮其生物學功能。兩者的區(qū)別主要有:無機硒在小腸中以吸收效率不高的被動擴散形式所吸收,然后在還原型輔酶Ⅱ、輔酶A、腺苷-5-三磷酸以及鎂的作用下,轉化成硒化物,隨后在血液中和蛋白質結合并轉運到肝臟,最終轉化為硒蛋白。此外,無機硒在肝臟中被吸收,然后轉移到其他組織中進行利用。過量的硒會被運送到腎臟,以尿液的形式排出,一些未被吸收的硒則通過糞便排出,最終給環(huán)境帶來污染。有機硒吸收和代謝的主要方式是與氨基酸通過主動運輸相結合,通過腸壁吸收或利用,或與多糖和核酸結合。形成含硒多糖和含硒核酸,在生物體內形成含硒生物大分子[13]。此外,有機硒的過量部分可以進入紅細胞血紅蛋白和血漿的白蛋白,形成硒庫。由此看來,有機硒比無機硒更容易被吸收和利用,因而可以更好地發(fā)揮其生物效應。
4? 硒補充劑在畜禽養(yǎng)殖中的應用研究
4.1? 硒補充劑在反芻動物養(yǎng)殖中的應用
有研究表明,給奶牛飼喂適宜劑量的有機硒——酵母硒,牛乳中硒濃度有顯著提高[14]。同時,Rabiee等[15]研究發(fā)現(xiàn),在奶牛產前階段及產后泌乳期給奶牛飼喂有機硒,能有效提高奶牛乳品質,包括乳脂和乳蛋白濃度。硒除了能提高奶牛乳品質之外,對奶牛的生理免疫機能也有一定程度的促進效果。黃志堅等[16]研究發(fā)現(xiàn),在奶牛日糧中添加富硒酵母,奶牛血液中淋巴細胞的轉化率提高,T淋巴細胞百分率增多,子宮內膜炎的發(fā)病率也有所降低[17],這些都說明硒能增強動物的抗病能力。此外,還有研究報道,硒對反芻動物的繁殖能力也會產生作用。給種公牛補飼一定劑量的有機硒,檢測發(fā)現(xiàn)其精子活力有顯著增加,進一步提高了公牛繁殖力[18]。對于硒添加量美國FAD(Food and Drug Administration)規(guī)定,每頭肉牛的硒添加量不能高于1.0 mg/kg(推薦奶牛日糧硒添加量為0.3 mg/kg)。此外,有機硒在反芻動物體內的吸收代謝率要顯著優(yōu)于無機硒,因此,給反芻動物補飼有機硒能更好地提高畜產品中硒的含量。
4.2? 硒補充劑在肉豬養(yǎng)殖中的應用
給豬補飼適宜劑量的微量元素硒能有效提高豬肉質量,增加豬肉的抗氧化能力,進一步改善肉質。蔣宗勇等[19]研究顯示,在育肥豬日糧內增加0.3 mg/kg硒代蛋氨酸,顯著提高了育肥豬肉色紅度值,與此同時顯著降低了肉色亮度值,改善了豬肉色澤,延長了豬肉的貨架期,使肉色得到了顯著提升。羅文有等[20]試驗結果表明,在日糧中添加0.3 mg/kg的酵母硒,增強了豬肉保水能力,顯著降低了滴水損失,明顯改善了豬肉肉色,該研究也進一步證明酵母硒具有提高豬肉品質的作用。
除了能改善豬肉品質之外,微量元素硒對商品豬的生長發(fā)育繁殖也具有重大意義。研究發(fā)現(xiàn),在育肥豬飼料中添加適量的納米硒或酵母硒,均能顯著提高肉豬的平均日采食量(ADFI)和平均日增重(ADG),對商品豬的生長發(fā)育有著積極的促進效果[21-23]。
據(jù)中華人民共和國農業(yè)部第1224號公告根據(jù)《飼料和飼料添加劑管理條例》相關規(guī)定指出,豬配合飼料或全混合飼糧中的推薦硒(無論是無機硒亞硒酸鈉還是有機硒酵母硒等)添加量為0.1~0.3 mg/kg,最高不能超過0.5 mg/kg。
4.3? 硒補充劑在家禽養(yǎng)殖中的應用
硒作為家禽必需微量元素,在畜禽生產中應用廣泛。硒與家禽生長、發(fā)育、繁殖及免疫等功能密切相關,缺乏時會引起家禽肌營養(yǎng)不良、滲出性素質和白肌病[24]。
研究表明,在肉仔雞日糧中添加酵母硒能改善其生產性能,提高飼料利用率,降低料肉比,促進肉仔雞的生長發(fā)育;除此之外,硒補充劑還能作為畜禽抗熱應激劑,提高機體抗氧化能力,緩解夏季高溫高濕造成的家禽熱應激反應[25,26]。在蛋雞日糧中添加硒補充劑,還能提高其產蛋性能,生產富硒雞蛋,增加蛋的營養(yǎng)水平及經濟價值[27]。
隨著人們對硒生物學活性及其在機體內的吸收代謝機理的認識更加明確,將微量元素硒作為飼料添加劑應用于畜禽生產中也更為普遍。目前,有學者研究將硒作為飼料添加劑加入到水產動物飼料中,也得到了不錯的效果,由此看來硒作為水產飼料添加劑的應用前景也十分巨大。不管是無機硒、有機硒還是納米硒,對不同動物及同種動物的不同生理發(fā)育階段的作用效果均存在較大差異,而且目前世界上許多發(fā)達國家已禁止無機硒作為飼料添加劑的使用,納米硒對畜禽硒蛋白表達機制還尚未研究清楚,其生物學功能還需進一步探索。因此,關于不同形態(tài)的硒添加劑的具體使用量及其在畜禽體內代謝機制具有重要研究意義,也是今后主要的研究方向之一。
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