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微量元素鋅在動物健康及營養中的研究進展

時間:2015-01-14 17:43:07  來源:  作者:龐全海; 張 莉

鋅是動物機體必需的微量元素,現已證明鋅參與動物體內300多種酶和功能蛋白的組成,它在動物體內不僅參與DNA、RNA、蛋白質、糖類、脂類和維生素、礦物質的代謝,而且與胰島素、胰高血糖素、前列腺素、促性腺激素等的活性有關。另外,鋅還是許多功能蛋白如金屬硫蛋白、核蛋白、受體等組成成分,因此鋅具有廣泛的生理功能。

1 鋅在動物體內的分布與代謝 鋅廣泛分布于動物機體組織中,在機體中除了骨骼、肝臟、皮和毛的含量較高外,其它組織的含量都較接近。動物體內鋅的平衡狀態、鋅含量和細胞內結合鋅的物質對吸收起調節作用,動物體內對鋅的吸收率與日糧鋅水平成反比,日糧中添加有機酸、氨基酸等低分子配對體時,可形成螯合物而促進鋅的吸收。但鈣、植酸及葡萄糖硫甙等在體內與鋅有拮抗作用,降低鋅的吸收。 鋅進入血液后主要與血清蛋白結合,通過血液循環轉運到各組織器官。血漿中與蛋白結合的鋅是奶鋅的中間來源。鋅還可通過胎盤從血漿轉移到胎兒體內,所以胎兒的骨骼和肝臟中鋅含量較高。動物體內鋅的排泄主要通過腸道,隨胰液、腸液排出,隨尿排出的很少。此外,通過汗液、乳汁、脫落毛發是丟失鋅的途徑之一。

2鋅的生理功能 鋅參與體內許多重要的生理過程,如核酸和蛋白合成,維持膜系統的穩定性等。

2.1 評與蛋白代謝 鋅是動物體內多種酶的組成成分或激活劑,如DNA聚合酶、RNA聚合酶、胸腺嘧啶核苷酸酶、堿性磷酸酶等動物體內重要的酶。由于鋅影響RNA聚合酶和核糖核酸酶的活性,阻止核糖核酸作用于核蛋白體RNA。在缺鋅的條件下,核糖核酸酶的活性明顯下降、RNA水平降低,可見,鋅對蛋白質的生物合成和遺傳信息的傳遞具有間接的影響。

2.2 鋅與維生素A的互作效應 鋅參與肝臟和視網膜內維生素A還原酶的組成和功能的發揮,該酶與視黃醛的合成與變構有關,從而影響動物的正常視力和暗視力,缺鋅致使肝臟內貯存的維生素A動員和運輸受阻,血漿維生素A水平下降,補鋅可以減少維生素A的排泄,并與維生素A有協同作用,能防止動脈硬化,維持正常視力。

2.3 鋅對骨骼的影響 缺鋅亦可引起胃和血液中堿性磷酸酶活性降低,改變骨的鈣化作用,致使骨密度下降,仔豬股骨變小,強度減弱,出現腿骨粗短癥。

2.4 鋅與免疫的關系 機體發生各種疾病或創傷時,可出現血清鋅的含量急劇減少,肝臟對鋅的攝取增加,鋅在機體內重新分配。Burch(1975)試驗發現,動物感染和外科手術時血清中鋅會急劇減少,小腸對鋅和氨基酸攝取量提高,白細胞和巨噬細胞趨化和殺菌作用增強。Vallee(1984)報道,鋅是機體受感染或發生炎癥反應時許多急性反應蛋白和酶的輔助因子,是保持單核細胞活性的必需成分。Fraker等(1977)發現,鼠缺鋅時T細胞機能異常,補鋅后恢復正常。Cunninghan等(1980)研究發現,鋅具有刺激B細胞作用,與B細胞協同或促進B細胞分裂。鋅在動物體內還能清除體內異物,還原過氧化物自由基,保護細胞免受有氧代謝反應中產生的超氧化自由基損壞的超氧化物歧化酶(SOD)的活性。另外,缺鋅會使免疫器官萎縮,淋巴細胞數明顯減少。

2.5 鋅與生物膜的關系 鋅對生物膜的功能和結構起關鍵作用,鋅與磷脂及膜蛋白巰基相互作用來穩定生物膜。據報道,缺鋅引起的最早生物學變化是生物膜損傷。銅鋅超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)是消除超氧基的關鍵酶,缺鋅時SOD酶的活性、過氧化物酶的活性均降低,因而導致O2對生物膜的過氧化損傷。劉化忠等(2000)研究發現,真核生物中有兩種形式的超氧化物歧化酶催化超氧負離子的歧化,作用部位在細胞質,鋅與穩定酶的結構有關而銅與催化有關。Harris等(1992)研究認為,機體的CuZn-SOD可清除許多酶系統產生的O-2自由基,而在降低細胞膜不飽和脂肪酸脂質過氧化中有重要作用。 鋅金屬硫蛋白(ZnMT)是一定劑量的鋅誘導產生的復合蛋白質,可拮抗如甲基汞等許多重金屬的毒副作用(邱炳源等,1999),這是由于MT能夠提供-SH而保護膜蛋白的構象和抑制甲基汞產生自由基造成的過氧化作用。在機體內,鐵和硫醇有較強的親和力,兩者結合后具有很強的催化自游基反應的能力,而鋅可與鐵競爭性地和硫醇結合,這樣就減少或阻止了鐵的破壞性催化反應及新的自由基形成的可能性。

2.6 鋅對動物繁殖性能的影響 鋅在垂體、性腺和生殖器官中濃度較高,是雄性動物正常精子生長發育的必需物質,可顯著改善精液品質。缺鋅使幼年雄性動物性腺發育成熟時間推遲,成年動物發生性腺萎縮及纖維化,第二性征發育不全;缺鋅時懷孕母畜早產,胎兒干尸化,初生重下降,分娩時間延長,后代成活率降低。鋅主要通過調節性腺活性和性激素的分泌影響性器官正常發育及性機能正常發揮。它通過垂體一促性腺激素一性腺,或直接作用于生殖器官,影響組織細胞的功能形態,或直接影響精子和卵子的形成、發育與結合,從而直接或間接地影響動物繁殖性能。即在雄性動物體內,鋅能夠調節雄激素的代謝水平,通過直接作用于睪丸間質細胞來影響睪酮的分泌;而在雌性動物體鋅能夠影響黃體功能和子宮收縮。

2.7 鋅與動物食欲、生長發育 補鋅可以改善機體消化機能和食欲,其作用機制可能是鋅通過味覺素影響口腔粘膜上皮細胞的結構和功能。缺鋅后,口腔粘膜增生,角質化不全,造成物與味蕾接觸受阻,加之核酸、蛋白質的分解和消化酶的活性降低,味蕾的結構和功能發揮受影響,這可能是食欲下降的原因之一。侯菊群(1999)實驗發現,厭食癥患者血清鋅含量明顯下降。由于鋅與很多酶的組成及活性,特別是與核酸和蛋白質合成的酶密切相關,對于細胞分裂,生長和再生的影響很大。缺鋅使DNA和RNA合成減少,細胞分裂、分化受阻,所以鋅對幼小動物生長、發育顯得更為重要;且鋅還參與激素的合成,缺鋅引起動物垂體和血液中生長激素含量下降。生長發育遲緩,食欲減退或異常,體重顯著減輕。

2.8.鋅與動物腦行為 鋅在腦中的分布是不均勻的,以邊緣系統、皮質部、扣帶回、齒狀回和海馬中含量較高,尤以海馬結構和大腦皮層含量最高,而這兩者與行為功能密切相關,因此,鋅對腦中的分布無疑反映其在調節行為功能方面的重要作用。首先,鋅影響腦中酶和功能蛋白的活性和結構。鋅在腦中乙醇脫氫酶、谷氨酸脫氫酶、堿性磷酸酶、CuZn-SOD酶有明顯的影響。鋅缺乏鼠小腦、紋狀體、下丘腦的氧化氫復合酶(NOS)活性顯著降低(謝良民等,1975)。鋅對腦中的一切功能蛋白有積極的調節作用,如腦中金屬硫蛋白濃度明顯受腦中鋅含量的影響。

3 鋅在動物生產中的應用

3.1 鋅在家禽生產中的應用 補鋅可促進雞的生長發育,補鋅對小雞生長發育有促進作用。在肉用仔雞日糧中添加鋅,血清和肝臟中的LDH和AKP活性均隨飼料鋅水平的提高而升高,當飼料鋅水平在110mg/kg時,增重速度和飼料轉化率最高;家禽正常生長發育所需要的鋅高于家畜,嚴重缺鋅時約有50%的胚胎發生缺損;在蛋雞日糧中添加蛋氨酸鋅能提高蛋雞產蛋量,并有利于減輕蛋雞遭受到的日糧性應激,同時還能維持蛋殼質量,母雞飼喂高鈣日糧時,如果以蛋氨酸鋅提供40mg/kg鋅則產蛋量大于對照組;在雞日糧中添加1 000mg/k8硫酸鋅可使產蛋率顯著提高,破殼率和料蛋比顯著下降,蛋中鋅的含量明顯上升。用40mg/kg桿菌肽鋅與抗敵素10mg/kg合劑喂肉雛雞和蛋雞,增重提高7.5%,料肉比下降5%,成活率提高5%,蛋雞產蛋率提高33.6%,死亡率也顯著下降。但當日糧中鋅水平過高也會對雞體產生危害。一般情況下,家禽對鋅的需要量為35~70mg/kg采用常規飼料,家禽一般不會出現鋅缺乏癥狀。

3.2 鋅在養豬生產中的應用 鋅對仔豬始終有促進增重作用,斷奶仔豬日糧含鋅超過1 000mg/kg時,1周后可大大減少仔豬腹瀉發生率;當日糧補鋅的水平大于l 000mg/kg時,仔豬的血漿鋅濃度呈直線上升,當血漿鋅濃度為1.5 mg/L時,日增重最高。在哺乳仔豬日糧以蛋氨酸鋅形式添加40mg/kg鋅,使下痢從17.8%降到13.5%,向含16%粗蛋白的肥育豬用標準日糧中添加蛋氨酸鋅,平均日增重提高了0.1kg,飼料利用率改善了3.3%。Miller觀察到,豬缺鋅時,會表現出胸腺重量下降,白細胞數增加同時血液中有大量的未成熟嗜中性白細胞。 豬缺鋅的另一典型癥狀為皮膚不全角化癥,皮膚中的透明質酸異常增高,毛囊減少,皮膚結痂,表皮增厚。當日糧中含鈣量較高時,會抑制鋅的吸收而使豬缺鋅。豬對鋅的需要量為40~170mg/kg,母豬對鋅的需要量為80~100mg/kg,通常認為日糧含鋅50mg/kg即可滿足需要。若日糧中含鈣或植酸過高,豬對鋅的需要量也相應增加。豬對高鋅的耐受性較強,一般可耐受20~30倍正常需要量,很少發生中毒現象。

3.3 鋅在反芻動物生產中的應用 缺鋅會引起反芻動物飼料利用率降低、絨毛質量下降。育肥牛日糧添加鋅可提高日增重及飼料利用率,并能防止腐蹄病的發生。在奶牛日糧中添加600mg/kg有機鋅,其奶中的含鋅量大幅度增加,約為對照組的2~2.5倍。 ARC提出,反芻動物日糧鋅的供給量為40mg/kg,而有研究認為,反芻動物日糧中最佳鋅濃度為50mg/kg,即可防止因日糧中有些干擾鋅的吸收所引起的繼發性缺鋅,與豬和家禽相比,反芻動物對鋅的耐受性較低。

4有機鋅和無機鋅的選擇 飼料中的鋅源包括無機鋅和有機鋅,無機鋅主要有氧化鋅、碳酸鋅、硫酸鋅和氯化鋅等,有機鋅主要有葡萄糖酸鋅、蛋氨酸鋅等。不同形式的鋅在生物體內的利用率不同。Sandoral(1990)用高鋅飼喂綿羊,根據肝、腎和胰中鋅濃度測定不同形式鋅的利用率,結果是以硫酸鋅中鋅的利用率為100%,而氧化鋅、碳酸鋅和金屬鋅的相對利用率分別為135%、136%、95%。Wedekind(1990)通過脛骨鋅濃度來測定雛雞對蛋氨酸鋅中的鋅利用率為硫酸鋅中的鋅的177%一206%。Ward等(1997)報道,以蛋氨酸鋅提供250mg/kg的鋅與以氧化鋅提供2 000mg/kg的鋅對斷奶仔豬生產性能的作用相同。 許多研究表明,動物對氧化鋅和蛋氨酸鋅中鋅的吸收率相近,但吸收后的代謝不同。Neathery等(1972)也認為有機鋅和無機鋅的代謝方式不同。當日糧中拮抗因子含量低時,有機鋅和無機鋅的利用率相似。對于反芻動物,有機鋅的應用具有更大的優越性。邵凱等 (2000)發現在綿羊日糧中添加蛋氨酸鋅對瘤胃的氨基酸組成無顯著影響,而對進入十二指腸的氨基酸組成有顯著影響。由此可見,蛋氨酸鋅具有一定的過瘤胃功能,對蛋氨酸有保護作用。而且與氧化鋅相比,蛋氨酸鋅具有降低瘤胃液pH值和使氨氮濃度趨于穩定的效果,這對畜牧業生產具有重要意義。

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