白 雪 李 飛 李發(fā)弟 郭 龍*

(1.草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室，蘭州 2730000；2.蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院，蘭州 2730000；3.蘭州大學農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點實驗室，蘭州 2730000)

硒(selenium，Se)是動物必需的微量礦物元素之一，最初被認為對動物存在毒害作用。直到1957年，Schwarz等[1]發(fā)現(xiàn)硒是哺乳動物的必需營養(yǎng)素，隨后硒被證明可防治地方性克山病[2]。1973年，硒被發(fā)現(xiàn)是谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)活性中心的組成部分，在調節(jié)動物抗氧化功能方面具有不可替代的作用[3]。

飼糧補充微量元素硒可促進缺硒反芻動物的生長發(fā)育，提高飼料轉化效率和泌乳等生產(chǎn)性能，從而增加養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益。但研究發(fā)現(xiàn)，同種類型的硒，豬的吸收率可達85%，而綿羊的吸收率只有34%[4]，這說明硒在反芻動物中的吸收率遠遠低于單胃動物。究其原因，反芻動物存在獨特的瘤胃消化系統(tǒng)，在瘤胃微生物的作用下，硒攝入時部分亞硒酸鹽被轉化為硒不溶化合物，導致硒的有效利用率降低。我國缺硒地區(qū)約占國土面積72%，其中29%含硒量小于0.02 mg/kg，屬于嚴重缺硒地區(qū)[5]，土壤缺硒導致這些地區(qū)糧食及牧草含硒量較低，不能滿足反芻動物正常生長的基礎硒需要量，導致動物生產(chǎn)性能低下、免疫力不足，還會引起一系列缺硒疾病，對畜牧業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生消極影響；反之，硒攝入過量也會引起中毒反應，重者可導致死亡[6]。因此，系統(tǒng)研究反芻動物的硒營養(yǎng)，探討反芻動物飼養(yǎng)過程中的飼料硒來源和適宜添加量，揭示反芻動物吸收和利用硒的過程和機理，對推動反芻動物精準飼養(yǎng)極為重要。

1 硒在反芻動物體內(nèi)的存在形式及沉積規(guī)律

1.1 存在形式

硒的存在形式包括無機硒和有機硒。無機硒多為硒酸鹽，有機硒是通過生物轉化而來，主要為硒代蛋氨酸(Se-Met)。研究表明，有機硒在動物生產(chǎn)中較無機硒毒性低且轉化效率高。在動物體內(nèi)，硒主要參與合成蛋白質。哺乳動物中已發(fā)現(xiàn)并分離出的硒蛋白主要有35種，包括GSH-Px家族、脫碘酶家族、硫氧還蛋白還原酶家族、硒磷酸化合物合成酶、硒蛋白P、硒蛋白W等[7]。硒蛋白和含硒蛋白的概念需要進行區(qū)分，硒蛋白在其一級結構中含有硒代半胱氨酸(Se-Cys)殘基[8]，而含硒蛋白則是由Se-Met非特異性替代蛋氨酸進入蛋白質的一級結構中形成的，兩者有本質差別。在反芻動物體內(nèi)，硒以含硒酶和含硒蛋白2種生物活性物質的形式存在，從而發(fā)揮生理調控功能，如GSH-Px可以保護血紅蛋白和脂肪酸免受氧化作用，清除自由基，防止細胞膜損傷且維持其完整性[9]；脫碘酶可以促進甲狀腺分泌的四碘甲狀腺原氨酸(T4)向三碘甲狀腺原氨酸(T3)形式轉變，促進動物生長[10]；硒蛋白P對血液運輸Se-Cys有重要調控作用，亦可重新分布體內(nèi)的重金屬，從而減少組織損傷[11]。

1.2 沉積規(guī)律

根據(jù)硒補充量及形式的不同，反芻動物體內(nèi)不同組織硒沉積情況也存在差異。一般來說，反芻動物內(nèi)臟器官硒沉積量較高，如腎臟、肝臟等；其次為骨組織和肌肉，脂肪組織幾乎不存在硒沉積。張磊等[12]分別檢測來自高硒、中硒、低硒、貧硒地區(qū)山羊不同組織的硒沉積量，結果發(fā)現(xiàn)山羊體內(nèi)硒沉積量順序為腎臟>血液>血清>肝臟>毛發(fā)>脾臟>肺臟>心臟>背最長肌>股二頭肌。Leal等[13]研究發(fā)現(xiàn)，綿羊注射6 μmol/kg二苯基二硒醚(C12H10Se2，DD)30 d后，肝臟、大腦是硒沉積的主要部位；腎臟硒沉積量較對照組差異顯著，表明注射DD可提高腎臟組織的硒沉積，可能與代謝模式不同有關；同時還發(fā)現(xiàn)了腎臟較肝臟和大腦相比硒沉積量較低，不同于以前的研究結果，分析其原因可能與硒補充途徑有關，靜脈注射與通過飼糧經(jīng)消化道攝入體內(nèi)的硒轉化途徑可能存在差異，具體機理有待進一步探究。Juniper等[14]研究發(fā)現(xiàn)，酵母硒添加量為(6.30±0.18) mg/kg DM(以硒計，后同)的高硒組羔羊血液硒含量顯著高于對照組，且隨試驗時間的延長，血液硒含量也逐漸增加，在試驗88 d時趨于平穩(wěn)；對照組中腎臟硒含量最高，心臟、肝臟硒次之，骨骼肌最低；而高硒組中肝臟硒含量高于腎臟，其次為心臟、骨骼肌，可以發(fā)現(xiàn)肝臟、腎臟硒含量的多少可能與硒的補充量有關，但具體機制和規(guī)律還需進一步研究。綜上所述，在適宜硒添加量的范圍內(nèi)，反芻動物各組織硒的沉積量均隨著硒添加量的增加和飼養(yǎng)時間的延長而提高，不同組織硒沉積量也有差異。因此選擇硒的適宜添加量、補飼時間的長短和硒沉積部位對生產(chǎn)富硒產(chǎn)品十分必要。

2 硒在反芻動物體內(nèi)的吸收與代謝

2.1 不同硒源的吸收

反芻動物攝入硒后，主要吸收部位在十二指腸，硒很少在瘤胃或真胃中被吸收，亞硒酸鹽在瘤胃中部分被還原成不溶硒化物可能是導致硒在瘤胃中吸收率低的原因之一。有機硒通過主動吸收的方式被吸收，而無機硒以被動轉運的方式被吸收，這導致了兩者在機體內(nèi)的生物利用率存在差異，有機硒的硒吸收率及生物利用率均高于無機硒。除此之外，有機硒的生物利用率高可能與有機硒中Se-Met的含量有關，相同硒含量，有機硒中的Se-Met含量高于無機硒[15]。常見的無機硒包括硒酸鹽和亞硒酸鹽，具體吸收途徑為：硒酸鹽在反芻動物瘤胃中可以被降解為亞硒酸鹽，但在瘤胃中還剩余部分硒酸鹽以與硫酸鹽和鉬酸鹽相同的吸收機制與鈉離子(Na+)協(xié)同運輸，或者也可以通過陰離子交換的方式被吸收[16]；亞硒酸鹽在瘤胃中有一系列轉變，一部分會被用于合成微生物蛋白，一部分會被轉化為不溶的硒化合物，剩余的部分離開瘤胃在腸道中被吸收[17]。有機硒的吸收途徑包括在小腸內(nèi)被消化為相應的硒氨基酸，然后通過相應的氨基酸吸收機制被腸上皮吸收。不同的吸收途徑對這2種類型的硒吸收率產(chǎn)生影響。Paiva等[18]研究發(fā)現(xiàn)，羔羊飼喂添加不同硒水平(0.2、0.8、1.4 mg/kg DM)和不同硒源(亞硒酸鈉、酵母硒、蛋氨酸硒)的飼糧，高劑量亞硒酸鈉組糞便硒排出量顯著高于同等添加劑量的有機硒組，且無論哪種硒源添加，隨添加量的升高，硒吸收率均極顯著上升。Vignola等[19]給羔羊飼喂不同水平的亞硒酸鈉和酵母硒，結果發(fā)現(xiàn)添加2種硒源均可以增加羔羊肌肉內(nèi)硒含量，但酵母硒組提升幅度更大，且有效增加肌肉蛋氨酸硒的含量。以上研究進一步驗證在反芻動物體內(nèi)，有機硒相比于無機硒有更高的吸收率和轉化率。

2.2 硒和其他元素的相互作用

在反芻動物體內(nèi)，硒與鎘、砷、硫、銅等元素存在交互作用。硒對鎘、砷具有拮抗作用，反芻動物生產(chǎn)中添加硒可以直接影響鎘、砷的重金屬毒害作用，其主要機制為硒可以與鎘、砷形成無毒的耦合物，并可以提高砷甲基化效率，砷的甲基化被認為是砷的解毒作用[20]。硒和硫具有十分相似的物理性質，因此硫元素的存在會對硒的吸收產(chǎn)生負面影響，例如當奶牛飼糧的硫含量升高時，硒的表觀消化率和血液硒含量呈線性下降[21]，表明硒和硫存在拮抗作用，在吸收過程中會相互競爭結合位點，導致硒的吸收受到影響。銅對反芻動物硒沉積的影響還存在爭議，Van Ryssen等[22]研究發(fā)現(xiàn)，隨著飼糧銅含量增高，會增加羊肝臟硒含量，但若同時添加硫元素，會使這種作用減弱，這與硫與硒的拮抗作用有關；Netto等[23]向羔羊飼喂含不同水平硒、銅、硫的飼糧，結果發(fā)現(xiàn)3種元素存在交互作用，銅的添加有利于羊肝臟中硒的沉積，當飼糧情況為高硒、高銅、高硫時，硒的沉積效果減弱，這同時說明了銅對于硒沉積的促進作用和硫對硒沉積的抑制作用；但García-Vaquero等[24]的研究表明，牛同一部位的肌肉，加銅組硒含量低于不加銅組。銅與硒的相互作用機理還有待進一步研究。綜上所述，反芻動物體內(nèi)硒的吸收和沉積受到其他微量元素的影響，生產(chǎn)中使用硒添加劑需要準確掌握飼糧其他微量元素的含量，以確保硒的使用效果。

2.3 硒的代謝

大部分無機硒幾乎只用于合成硒蛋白；有機硒不僅可以合成硒蛋白，還可以直接替代蛋氨酸被整合進入到功能重要的硒蛋白組中。硒蛋白通過密碼子UGA編碼特定tRNA后插入到經(jīng)翻譯生成的Se-Cys，該過程高度可調[25]。亞硒酸鹽被吸收進細胞后，被還原為硒化物，后合成Se-Cys-tRNAUGA插入到正確的活性部位上生成硒酶、硒蛋白。有機硒可能存在2種代謝途徑，硒在大劑量攝入時可能和硫有相同的代謝途徑，但在小劑量攝入時則有其獨特的代謝途徑[26]，如飼糧中的Se-Cys在被分解后形成硒化物，利用Se-Cys-tRNAUGA插入活性中心，而Se-Met除了此種途徑外，還可以直接代替蛋氨酸被整合到蛋氨酸位點合成相應的蛋白質[27]。

2.4 硒的排出

硒主要經(jīng)糞便排出動物體內(nèi)，其次是通過尿液排出，還有小部分硒可通過呼氣排出。Walker等[28]給奶牛飼喂梯度增加的酵母硒飼糧，發(fā)現(xiàn)奶牛每天平均糞硒排泄量約為總硒排泄量的41%，平均尿硒排泄量約為總硒排泄量的26%，且糞硒排泄量和尿硒排泄量隨奶牛硒攝取量的增加呈曲線增加。這一結果說明，生產(chǎn)中硒的添加劑量要在動物可吸收的適宜范圍內(nèi)，否則多余的硒會隨著糞便和尿液大量排出體外，不僅造成了生產(chǎn)過程中硒的浪費，提高飼料成本，而且對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。

3 硒對反芻動物的作用

硒在反芻動物體內(nèi)發(fā)揮重要作用，具體表現(xiàn)為提高機體抗氧化功能、增強免疫功能、增加硒在體內(nèi)的沉積來生產(chǎn)富硒產(chǎn)品等，圖1總結了硒對反芻動物的作用。

1)內(nèi)臟：由左至由分別為腎臟、肝臟、肺臟。Internal organs： kidney， liver， lungs from left to right。

3.1 抗氧化功能

硒是GSH-Px活性中心的組成成分，可以通過GSH-Px發(fā)揮其抗氧化功能。在國內(nèi)外的研究中，飼糧中添加不同水平和不同來源的硒可不同程度地提高反芻動物的抗氧化功能。表1列舉了一部分關于硒對反芻動物抗氧化功能影響的研究。Yue等[29]為太行黑山羊提供不同蛋氨酸硒添加水平的飼糧，結果顯示補充蛋氨酸硒可提高機體抗氧化功能，并增加血液硒含量；Faixová等[30]比較了同等劑量的酵母硒和亞硒酸鈉對綿羊抗氧化功能的影響，結果表明兩者均可顯著提高血液GSH-Px活性，并提高血液硒含量；Suganthi等[31]的研究也發(fā)現(xiàn)添加不同劑量的酵母硒組山羊的肝臟和背最長肌的抗氧化功能顯著高于對照組；Wang等[32]設置了4個酵母硒添加組，結果顯示與空白對照相比補硒有利于提高藏羊機體抗氧化功能，其中以0.4 mg/kg DM酵母硒添加水平效果最好。這些研究表示，飼糧補充硒可不同程度地提高反芻動物抗氧化功能和血液硒含量，其生理機制是硒作為GSH-Px的活性中心，可以通過該酶催化過氧化氫分解，從而提高機體的抗氧化作用，并保護細胞膜結構和功能的完整性。因此，檢測GSH-Px活性也是衡量機體硒含量的一種有效手段。但也有研究表明硒對于動物抗氧化功能無顯著影響，Khalili等[33]研究表明飼糧中添加亞硒酸鈉、酵母硒或蛋氨酸硒，對于圍產(chǎn)期奶牛產(chǎn)前和產(chǎn)后血清總抗氧化能力及GSH-Px活性無顯著影響，導致這種結果的原因可能是該試驗中基礎飼糧中的硒含量已經(jīng)達到或滿足了動物必需的硒攝入量，在此基礎上添加硒并沒有體現(xiàn)出提高抗氧化能力的作用。

表1 硒對反芻動物抗氧化功能的影響

3.2 免疫功能

表2 硒對反芻動物免疫功能的影響

3.3 生產(chǎn)性能

適量補充硒會提高反芻動物生產(chǎn)性能，改善缺硒引起的生產(chǎn)性能低下。硒可通過影響碘代謝促進動物生長，具體機制為硒是5’-脫碘酶的組成成分，而5’-脫碘酶可以促進T4向T3轉化，增加T3的含量，促進生長激素的分泌，達到促進生長的作用。

Yue等[29]以0、0.1、0.3、0.5、1.0 mg/kg DM蛋氨酸硒飼喂山羊，結果顯示山羊日增重隨補硒水平呈二次曲線升高，以0.3、0.5 mg/kg添加組日增重最高；Ebrahimi等[40]以0.3 mg/kg DM酵母硒飼喂犢牛，結果發(fā)現(xiàn)添加酵母硒組犢牛血液T3含量顯著增加，T4含量降低，T3/T4顯著升高。相反，也有部分研究顯示補充硒不會對反芻動物生產(chǎn)性能產(chǎn)生影響，Gunter等[41]對放牧牛補充亞硒酸鈉或酵母硒，結果顯示不管哪種硒源均對牛的生產(chǎn)性能無顯著影響；Lawler等[42]研究發(fā)現(xiàn)3個高硒組對肉牛生長性能與對照組相比無顯著差異，這可能是由于試驗動物在未補充額外硒源時，基礎飼糧就可以滿足生長發(fā)育所需的硒攝取量，額外的添加不會再對生產(chǎn)性能產(chǎn)生積極影響。

以上研究結果顯示，補硒是否會影響反芻動物生產(chǎn)性能取決于當前動物體內(nèi)的硒狀態(tài)，在缺硒的情況下，補充適量的硒會提高其生產(chǎn)性能，可能的機制是硒的補充緩解了缺硒產(chǎn)生的肌肉疾病和產(chǎn)生的功能障礙，從而間接影響動物生長發(fā)育[43]。

3.4 繁殖性能

硒有提高反芻動物繁殖性能的作用。硒可以通過抑制脂質過氧化來抑制雄性動物精子細胞膜的氧化損傷，從而保護細胞膜的完整性，提高精子質量[44]。硒還可以進入雌性動物卵巢中，并隨著胎盤進入到胎兒體內(nèi)，促進后代的生長發(fā)育[45]。Mojapelo等[46]研究發(fā)現(xiàn)給2.0～2.5個月的羔羊額外補充亞硒酸鈉顯著提高了睪丸大小和各類精液參數(shù)(平均精液量、精子質量和精子活率等)。Xiong等[47]在體外培養(yǎng)的耗牛卵母細胞中添加不同劑量的亞硒酸鈉，結果顯示添加硒可以顯著降低卵丘細胞DNA損傷，有利于耗牛卵母細胞的成熟和發(fā)育。Khatti等[48]研究發(fā)現(xiàn)，補充硒和維生素E可以顯著縮短奶牛產(chǎn)后到第1次發(fā)情的時間間隔(平均可縮短13 d)，還可以大大提高奶牛妊娠率。以上研究表明，硒的添加以及硒和其他元素的共同作用對于反芻動物生產(chǎn)具有積極作用，合理利用硒可以提高種用動物的精子質量，增加母畜妊娠率，從而增加經(jīng)濟動物存欄量，提高經(jīng)濟效益。

4 硒在反芻動物生產(chǎn)中的應用

4.1 硒的允許添加量

反芻動物飼糧中添加硒需要嚴格掌握其適宜的添加量，國內(nèi)外有相應的行業(yè)標準。我國現(xiàn)行的肉羊飼養(yǎng)標準中推薦山羊硒的需要量為0.05 mg/kg DM[49]；NRC(2007)中推薦小反芻動物飼糧添加硒的最大耐受量為5 mg/kg，超過這一劑量會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象[50]。但有研究顯示反芻動物對于酵母硒的耐受量高于NRC(2007)規(guī)定的劑量，例如Juniper等[51]給奶牛、肉牛、犢牛和羔羊分別飼喂含6.25、6.74、5.86、6.63 mg/kg DM的酵母硒飼糧后，不僅顯著增加了其血液和奶中硒含量，而且并未產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，也沒有導致以上動物健康狀況受損。反芻動物的硒需要量、最大耐受劑量盡管有明確的規(guī)定，但在實際生產(chǎn)中仍存在差異，因此在反芻動物飼養(yǎng)過程中要根據(jù)不同硒源、不同地區(qū)等因素合理選擇硒添加量。

4.2 硒缺乏及硒中毒

反芻動物硒缺乏或硒攝入過量均會導致一系列不良后果。硒缺乏會引起動物采食量下降、機體代謝異常，還會造成繁殖力低下、生育率和產(chǎn)仔量低等不良結果[52-53]。最為典型的是羔羊缺硒容易導致白肌病的發(fā)生，影響機體健康。有研究表明，在缺硒環(huán)境中牦牛會出現(xiàn)骨骼肌損傷，血液硒含量、抗氧化指標均顯著降低，在經(jīng)過補硒治療后可恢復正常[54]。Giadinis等[55]調查了2010—2013年間3個缺硒牛群的流產(chǎn)案例，試驗排除了細菌、病毒、寄生蟲等對流產(chǎn)的影響，結果發(fā)現(xiàn)流產(chǎn)牛血液硒含量顯著低于正常牛，向其余妊娠母牛補充硒和維生素E后，流產(chǎn)率大大降低。反芻動物攝入過量的硒會導致硒中毒，損傷動物健康。硒中毒可分為急性、亞急性和慢性硒中毒3種，急性硒中毒會引起動物呼吸困難、抑郁，嚴重的會導致死亡，慢性硒中毒通常會導致動物體重下降、脫發(fā)、蹄病等[56]。Tiwary等[57]發(fā)現(xiàn)羔羊在攝入2、3、4 mg/kg BW的亞硒酸鈉和4、6、8 mg/kg DM的蛋氨酸硒后，12～14 h后出現(xiàn)明顯的采食量減少、運動量下降、呼吸急促等中毒現(xiàn)象。因此，在反芻動物飼養(yǎng)管理中要嚴格控制硒的添加量。

4.3 富硒產(chǎn)品

隨著人民生活水品的提高，富硒動物產(chǎn)品受到越來越多的關注。人體每日硒需要量根據(jù)年齡、性別和身體狀況等情況不同而有所差異，《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》中14～50歲中國居民硒的推薦攝入量為60 μg/d，孕婦為65 μg/d[58]。普通的飲食很難滿足人類每天的硒需要量，因而需要生產(chǎn)富硒產(chǎn)品來滿足人類的硒需要量。Silva等[59]通過給內(nèi)洛爾牛飼喂高劑量的硒生產(chǎn)富硒牛肉，在不影響內(nèi)洛爾牛生產(chǎn)性能、屠宰性能及肉品質的情況下，飼喂>0.1 mg/kg DM的硒，其肌肉中硒的富集量大幅度增加，通過計算發(fā)現(xiàn)食用150 g富硒牛肉就可以滿足每日硒需要量，而普通牛肉想要滿足硒需要量至少需要每日食用1.89 kg，這進一步說明在保證動物健康及正常生產(chǎn)性能的前提下，硒類添加劑的使用是生產(chǎn)富硒肉類的有效途徑。此外，食用硒、維生素E和脂肪酸含量高的牛奶可以增強老年人的免疫力，并對炎癥恢復有積極作用[60]。我國尚未出臺關于富硒農(nóng)產(chǎn)品的國家統(tǒng)一標準，現(xiàn)有一些地區(qū)的相關地方標準可用于生產(chǎn)應用。陜西關于富硒食品的地方標準規(guī)定，富硒肉制品硒含量應≥0.15 mg/kg，液體乳硒含量應≥0.075 mg/L，乳粉和其他乳制品硒含量應≥0.15 mg/kg[61]；重慶市發(fā)布的富硒農(nóng)產(chǎn)品地方標準中規(guī)定牛肉、羊肉含0.1～1.0 mg/kg硒時可以視為富硒產(chǎn)品[62]。

5 小結與展望

綜上所述，大量研究證明了硒在反芻動物生產(chǎn)應用方面具有積極作用，可以有效提高反芻動物機體抗氧化、免疫、繁殖能力，在缺硒情況下補充硒可以促進動物生長發(fā)育、提高生產(chǎn)性能，為反芻動物生產(chǎn)性能的發(fā)揮及生產(chǎn)富硒產(chǎn)品進入市場創(chuàng)造極大的經(jīng)濟效益。目前，硒在動物體內(nèi)的基礎研究逐漸完善，但硒的機理性研究、不同類型硒在體內(nèi)的轉化規(guī)律等仍需進一步探究。此外，關于富硒動物產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)范的制定和統(tǒng)一、富硒產(chǎn)品檢測方法及劃分標準的確定、復合型硒強化劑的開發(fā)等將是此后研究和生產(chǎn)的熱點。我們也應該客觀分析硒在應用過程中的風險與挑戰(zhàn)，例如在應用中如何適當控制動物合理的硒攝入量，在避免導致動物硒中毒的同時達到最大的養(yǎng)殖效益等。