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        鈷的生物學(xué)功能及其對反芻動物的應(yīng)用研究進展

        2024-01-26 08:54:24張禮沖
        湖南畜牧獸醫(yī) 2023年6期
        關(guān)鍵詞:反芻動物飼糧瘤胃

        張禮沖

        (福建省古田縣特色農(nóng)業(yè)良種中心,福建 寧德 352200)

        鈷(Cobalt, Co)作為一種微量元素,是反芻動物瘤胃微生物活動不可缺少的,參與反芻動物碳水化合物、脂質(zhì)、某些氨基酸、維生素合成等重要生理代謝過程。反芻動物缺鈷會出現(xiàn)異嗜拒食、生長緩慢、消瘦貧血等癥狀,嚴重者會造成死亡。因此,探討鈷對反芻動物的生理影響具有重要意義。

        1 鈷的理化性質(zhì)與吸收代謝

        1.1 鈷的理化性質(zhì)

        鈷是順磁性銀白色金屬,相對原子質(zhì)量為58.9,其物理、化學(xué)參數(shù)與鐵、鎳接近,在水及空氣中穩(wěn)定存在,易溶于硝酸,逐漸溶于稀鹽酸和硫酸,易被氨水和氫氧化鈉侵蝕。

        1.2 鈷的吸收

        與單胃動物類似,鈷在反芻動物體內(nèi)主要以維生素B12 和鈷蛋白復(fù)合物及無機鹽的形式被機體吸收,其吸收部位發(fā)生在小腸(主要是回腸),在維生素D 的作用下,與鐵、銅、鋅等以陽離子的形態(tài)被二價陽離子轉(zhuǎn)運體攜帶,進入到血液后儲存在肝臟、肌肉等器官中[1-3]。

        1.3 鈷的代謝

        瘤胃是反芻動物鈷代謝的主要場所。一般認為,反芻動物自身對鈷的需求量很少,但由于瘤胃微生物合成維生素B12 需要大量外源性鈷,因此,反芻動物飼糧中也必須添加一定量的鈷。雖然鈷是反芻動物合成維生素B12 所必需,但飼糧中僅有3%的鈷轉(zhuǎn)化成維生素B12,且只有1%~3%的維生素B12被吸收,84%~98%的鈷隨尿液、糞便排出體外[4]。

        2 鈷的生物學(xué)功能

        2.1 參與維生素B12 的合成

        維生素B12(鈷胺素)是功能性酶系統(tǒng)的重要組成部分,對能量代謝和細胞復(fù)制過程至關(guān)重要。由于幼齡反芻動物瘤胃尚未發(fā)育完全,無法自身合成維生素B12,因此需要從母乳或者代乳品中獲?。划斄鑫腹δ馨l(fā)育健全后,瘤胃中的細菌和酵母菌通過利用鈷合成維生素B12,其鈷含量約為4.4%~5.8%[5]。維生素B12 的合成受多種因素影響,包括飼糧精粗比、纖維含量和干物質(zhì)含量等,隨著近年來研究的深入,畜牧工作者一致認為,飼糧中鈷的濃度是影響微生物合成維生素B12 最主要的因素[6,7],最新研究認為,應(yīng)以瘤胃液中的鈷濃度作為標準,當瘤胃液的鈷濃度低于0.50 mg/mL,維生素B12 的合成則受到抑制[2]。

        2.2 鈷對瘤胃發(fā)酵的影響

        反芻動物瘤胃微生物生長繁殖需要維生素B12,因此,當瘤胃中鈷濃度降低時,微生物的生長受阻,抑制瘤胃發(fā)酵,導(dǎo)致反芻動物消化功能下降。據(jù)研究報道,鈷可以有效提高瘤胃纖維分解菌活性,促進飼料纖維素的降解,從而提高反芻動物對飼料尤其是低質(zhì)飼料的消化率[8,9]。李雄雄等[10]研究發(fā)現(xiàn),添加有機鈷有利于瘤胃微生物活動,促進瘤胃發(fā)酵。苗朝華[11]利用人工瘤胃模擬技術(shù),研究了不同鈷水平對體外瘤胃微生物發(fā)酵的影響,發(fā)現(xiàn)添加鈷會導(dǎo)致瘤胃液pH 值發(fā)生降低趨勢,同時增加NH3-N 和TVFA 的濃度,促進飼糧中有機物的降解和微生物蛋白的合成。

        2.3 鈷對生產(chǎn)性能的影響

        鈷能提高反芻動物對氮的利用效率,促進腸道對蛋白質(zhì)和碳水化合物的吸收,以及骨髓、肝臟及肌肉中核酸和蛋白質(zhì)的合成,從而促進反芻動物的生長發(fā)育。穆秀梅等[12]研究發(fā)現(xiàn),斷奶羔羊飼糧中添加適量的鈷, 不僅能使羔羊的毛被平整有光澤,而且能顯著增加羔羊的日增重。楊文平等[13]在綿羊日糧中添加鈷,顯著提高了綿羊的日增重和采食量。Schwarz 等[14]在肉牛飼糧中添加不同濃度的鈷,發(fā)現(xiàn)當鈷的添加量為0.12 mg/kg 時,肉牛的日增重最高,添加濃度為0.16~0.18 mg/kg 時,肉牛的采食量最大。林淼等[15]研究了不同水平鈷飼糧對泌乳中期荷斯坦奶牛產(chǎn)奶性能的影響,發(fā)現(xiàn)0.30 mg/kg 和0.75 mg/kg 添加組的產(chǎn)奶量顯著提高,但所有試驗組泌乳牛乳成分并未發(fā)生顯著變化,Kincard 等[8]的研究也得到了相同的試驗結(jié)果。

        2.4 鈷對造血機能的影響

        鈷可以促進反芻動物對鐵的吸收,增強機體造血機能,促進紅細胞發(fā)育和成熟,提高血紅蛋白水平,對多種貧血癥狀具有一定的療效[16]。其增強機體造血功能的機制是:一方面抑制細胞內(nèi)多種呼吸酶(琥珀酸脫氫酶、細胞色素氧化酶等)的活性,導(dǎo)致細胞處于缺氧狀態(tài),刺激紅細胞生成素的合成,另一方面促進消化道對鐵的吸收,增加骨髓中鐵的儲存量,激發(fā)骨髓的造血功能[17]。林淼等[15]在奶牛飼糧中添加鈷后,發(fā)現(xiàn)血液中紅細胞、血紅蛋白含量和紅細胞壓積顯著升高;在山羊皮下注射2 mg/mL 鈷胺素后,試驗組紅細胞、紅細胞壓積和血紅蛋白含量顯著高于對照組[18];而在自然狀態(tài)下,鈷缺乏的動物個體血清中這3 項指標也是低于正常狀態(tài)的個體[19]。

        2.5 鈷對繁殖性能的影響

        鈷水平變化對公畜精子質(zhì)量有一定的影響,能降低異常精子水平,提高精子存活時間,改善精子品質(zhì)[20];對于母畜來說,鈷可促進發(fā)情,改善卵巢機能,提高母畜受胎率,減少流產(chǎn)和弱胎的情況發(fā)生[21]。蔡吉光[22]和孫淑琴[23]等在稀釋液中添加一定量的鈷胺素,能提高精子的活力,且添加0.5%的劑量能極顯著提高解凍后精子頂體完整率,降低精子畸形率。Fisher 等[24]研究發(fā)現(xiàn),缺鈷母羊產(chǎn)仔數(shù)顯著低于正常母羊的產(chǎn)仔數(shù);Hurley 等[25]給牛羊補飼鈷鹽,臨床受胎率顯著提高,繁殖性能得到很大提升。

        2.6 鈷對免疫機能的影響

        鈷可增強反芻動物的免疫力,防止病原菌對動物體的侵害。有研究顯示,鈷可以提高機體血漿中白蛋白和免疫球蛋白的含量[26]。缺乏鈷的動物血液中性粒細胞功能明顯受損,血清IgG 下降,抗體產(chǎn)生減少,免疫力下降,極易造成動物被病原菌感染[27]。Fisher 等[26]研究發(fā)現(xiàn),山羊采食鈷含量不足的飼糧后,病原菌感染風(fēng)險升高,并造成7 只山羊死亡。由此可見,鈷對提升反芻動物免疫力具有重要作用。

        3 鈷在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

        3.1 奶牛

        鈷在奶牛方面的研究較早,美國NRC 標準推薦泌乳奶牛飼糧中鈷的添加水平為0.11 mg/kg,但一些研究發(fā)現(xiàn),奶牛需要0.2 mg/kg 的鈷來維持生長、葉酸和血液中維生素B12 代謝[28]。另有研究表明,奶牛對鈷的利用效率會根據(jù)添加形式發(fā)生變化,例如碳酸鈷>硫酸鈷>葡萄糖酸鈷>氧化鈷,因此,在奶牛飼糧中添加鈷時,應(yīng)根據(jù)其化學(xué)形態(tài)進行適當調(diào)整。林淼等[15]曾在奶牛飼糧中添加0.15~1.50 mg/kg 的碳酸鈷,發(fā)現(xiàn)對泌乳中期奶牛的乳成分無影響,且添加0.30 mg/kg 和0.75 mg/kg 組顯著提高了產(chǎn)奶量,并根據(jù)泌乳性能推導(dǎo)奶牛飼糧中碳酸鈷的最適添加水平為0.75mg/kg。LIU 等[29]發(fā)現(xiàn)在鈷含量基底數(shù)為0.09 mg /kg 的荷斯坦飼糧中添加0.11 mg/kg 的硫酸鈷,可以提高荷斯坦奶牛的生長性能和飼料利用效率,但對葉酸代謝并無影響。CASPER 等[30]研究發(fā)現(xiàn),在泌乳后期奶牛飼糧中分別添加50 mg/kg 乳酸鈷和12.5 mg/kg 碳酸鈷產(chǎn)奶性能差異并不顯著,但是能促進瘤胃發(fā)酵,降低氨的產(chǎn)生,并提高乙酸濃度。以上研究表明,在奶牛實際生產(chǎn)中,飼糧對鈷的需求更加精細化,需要根據(jù)奶牛不同的生理階段來合理調(diào)整鈷的添加量。

        3.2 肉牛

        當前研究并沒有確定肉牛對鈷的營養(yǎng)需要,但青年牛對鈷的需求量比成年牛更大,而且更容易出現(xiàn)鈷缺乏癥。有研究表明,嚴格按照肉牛飼養(yǎng)標準添加鈷,會出現(xiàn)生長遲滯、采食量降低以及屠宰率下降的情況,因此,在實際生產(chǎn)中,肉牛飼糧中的鈷含量往往在0.15~0.25 mg/kg[28,31]。對于生長旺期的犢牛,飼糧中需要添加更高劑量的氯化鈷(1~6 mg/kg)來達到生產(chǎn)需求,有研究報道,這種高劑量的鈷飼糧對犢牛的飼料消化率、生長性能以及氮、鈣、磷平衡并沒有產(chǎn)生負面影響[32]。最近一種新型的過瘤胃鈷保護劑被開發(fā),有效提高鈷在瘤胃中的利用效率,而且在生長和育肥期結(jié)束時,血漿葉酸水平呈線性增加[33]。WORD 等[34]研究發(fā)現(xiàn),采取一定的鈷保護措施,能進一步改善維生素B12 的水平,提高生長性能。這也進一步提示當下肉牛場要重視補充鈷和B族維生素在生長肥育牛養(yǎng)殖過程中的作用,并制定鈷營養(yǎng)評價和利用效率的綜合措施。

        3.3 肉羊

        肉羊鈷營養(yǎng)需要量的研究始于20 世紀30年代末,對新西蘭地區(qū)的放牧羊進行研究發(fā)現(xiàn),羊的飼料干物質(zhì)鈷含量為0.07 mg/kg 是最低需求限度,即每天需采食0.07~0.08 mg 的鈷。試驗表明,羔羊生長所需的口服氰鈷胺素約為0.2 mg/天[2]。最新的研究進展也顯示,肉羊?qū)︹挼睦眯蕰S著飼糧中鈷濃度的增加而降低,而且高玉米含量(60%以上)的飼糧顯著降低了瘤胃和血液中維生素B12 的活性[35]。而為了找到添加量與利用效率的平衡點,研究者將乳酸鈷和植物精油組合,發(fā)現(xiàn)能顯著提高山羊的平均日增重,顯著改善了胴體重和肉品質(zhì),并在生理和細胞水平上刺激了動物免疫系統(tǒng)的變化[36]。因此,組合性鈷有可能成為肉羊鈷營養(yǎng)添加劑領(lǐng)域研究的新方向。

        4 小結(jié)

        綜上所述,鈷在反芻動物應(yīng)用中具有重要的作用,它不僅影響動物的新陳代謝和生長發(fā)育,還在提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、機體免疫力和繁殖機能等方面發(fā)揮著重要功能,通過合理添加鈷元素,可以有效地提高反芻動物的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益,但目前反芻動物各個生理階段的需要量以及生物學(xué)功能發(fā)揮的分子機制尚不清楚,仍需廣大畜牧科研工作者進一步探索?!?/p>

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