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微量元素锌在动物健康及营养中的研究进展

时间:2015-01-14 17:43:07  来源:  作者:庞全海; 张 莉

锌是动物机体必需的微量元素,现已证明锌参与动物体内300多种酶和功能蛋白的组成,它在动物体内不仅参与DNA、RNA、蛋白质、糖类、脂类和维生素、矿物质的代谢,而且与胰岛素、胰高血糖素、前列腺素、促性腺激素等的活性有关。另外,锌还是许多功能蛋白如金属硫蛋白、核蛋白、受体等组成成分,因此锌具有广泛的生理功能。

1 锌在动物体内的分布与代谢 锌广泛分布于动物机体组织中,在机体中除了骨骼、肝脏、皮和毛的含量较高外,其它组织的含量都较接近。动物体内锌的平衡状态、锌含量和细胞内结合锌的物质对吸收起调节作用,动物体内对锌的吸收率与日粮锌水平成反比,日粮中添加有机酸、氨基酸等低分子配对体时,可形成螯合物而促进锌的吸收。但钙、植酸及葡萄糖硫甙等在体内与锌有拮抗作用,降低锌的吸收。 锌进入血液后主要与血清蛋白结合,通过血液循环转运到各组织器官。血浆中与蛋白结合的锌是奶锌的中间来源。锌还可通过胎盘从血浆转移到胎儿体内,所以胎儿的骨骼和肝脏中锌含量较高。动物体内锌的排泄主要通过肠道,随胰液、肠液排出,随尿排出的很少。此外,通过汗液、乳汁、脱落毛发是丢失锌的途径之一。

2锌的生理功能 锌参与体内许多重要的生理过程,如核酸和蛋白合成,维持膜系统的稳定性等。

2.1 评与蛋白代谢 锌是动物体内多种酶的组成成分或激活剂,如DNA聚合酶、RNA聚合酶、胸腺嘧啶核苷酸酶、碱性磷酸酶等动物体内重要的酶。由于锌影响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体RNA。在缺锌的条件下,核糖核酸酶的活性明显下降、RNA水平降低,可见,锌对蛋白质的生物合成和遗传信息的传递具有间接的影响。

2.2 锌与维生素A的互作效应 锌参与肝脏和视网膜内维生素A还原酶的组成和功能的发挥,该酶与视黄醛的合成与变构有关,从而影响动物的正常视力和暗视力,缺锌致使肝脏内贮存的维生素A动员和运输受阻,血浆维生素A水平下降,补锌可以减少维生素A的排泄,并与维生素A有协同作用,能防止动脉硬化,维持正常视力。

2.3 锌对骨骼的影响 缺锌亦可引起胃和血液中碱性磷酸酶活性降低,改变骨的钙化作用,致使骨密度下降,仔猪股骨变小,强度减弱,出现腿骨粗短症。

2.4 锌与免疫的关系 机体发生各种疾病或创伤时,可出现血清锌的含量急剧减少,肝脏对锌的摄取增加,锌在机体内重新分配。Burch(1975)试验发现,动物感染和外科手术时血清中锌会急剧减少,小肠对锌和氨基酸摄取量提高,白细胞和巨噬细胞趋化和杀菌作用增强。Vallee(1984)报道,锌是机体受感染或发生炎症反应时许多急性反应蛋白和酶的辅助因子,是保持单核细胞活性的必需成分。Fraker等(1977)发现,鼠缺锌时T细胞机能异常,补锌后恢复正常。Cunninghan等(1980)研究发现,锌具有刺激B细胞作用,与B细胞协同或促进B细胞分裂。锌在动物体内还能清除体内异物,还原过氧化物自由基,保护细胞免受有氧代谢反应中产生的超氧化自由基损坏的超氧化物歧化酶(SOD)的活性。另外,缺锌会使免疫器官萎缩,淋巴细胞数明显减少。

2.5 锌与生物膜的关系 锌对生物膜的功能和结构起关键作用,锌与磷脂及膜蛋白巯基相互作用来稳定生物膜。据报道,缺锌引起的最早生物学变化是生物膜损伤。铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)是消除超氧基的关键酶,缺锌时SOD酶的活性、过氧化物酶的活性均降低,因而导致O2对生物膜的过氧化损伤。刘化忠等(2000)研究发现,真核生物中有两种形式的超氧化物歧化酶催化超氧负离子的歧化,作用部位在细胞质,锌与稳定酶的结构有关而铜与催化有关。Harris等(1992)研究认为,机体的CuZn-SOD可清除许多酶系统产生的O-2自由基,而在降低细胞膜不饱和脂肪酸脂质过氧化中有重要作用。 锌金属硫蛋白(ZnMT)是一定剂量的锌诱导产生的复合蛋白质,可拮抗如甲基汞等许多重金属的毒副作用(邱炳源等,1999),这是由于MT能够提供-SH而保护膜蛋白的构象和抑制甲基汞产生自由基造成的过氧化作用。在机体内,铁和硫醇有较强的亲和力,两者结合后具有很强的催化自游基反应的能力,而锌可与铁竞争性地和硫醇结合,这样就减少或阻止了铁的破坏性催化反应及新的自由基形成的可能性。

2.6 锌对动物繁殖性能的影响 锌在垂体、性腺和生殖器官中浓度较高,是雄性动物正常精子生长发育的必需物质,可显著改善精液品质。缺锌使幼年雄性动物性腺发育成熟时间推迟,成年动物发生性腺萎缩及纤维化,第二性征发育不全;缺锌时怀孕母畜早产,胎儿干尸化,初生重下降,分娩时间延长,后代成活率降低。锌主要通过调节性腺活性和性激素的分泌影响性器官正常发育及性机能正常发挥。它通过垂体一促性腺激素一性腺,或直接作用于生殖器官,影响组织细胞的功能形态,或直接影响精子和卵子的形成、发育与结合,从而直接或间接地影响动物繁殖性能。即在雄性动物体内,锌能够调节雄激素的代谢水平,通过直接作用于睾丸间质细胞来影响睾酮的分泌;而在雌性动物体锌能够影响黄体功能和子宫收缩。

2.7 锌与动物食欲、生长发育 补锌可以改善机体消化机能和食欲,其作用机制可能是锌通过味觉素影响口腔粘膜上皮细胞的结构和功能。缺锌后,口腔粘膜增生,角质化不全,造成物与味蕾接触受阻,加之核酸、蛋白质的分解和消化酶的活性降低,味蕾的结构和功能发挥受影响,这可能是食欲下降的原因之一。侯菊群(1999)实验发现,厌食症患者血清锌含量明显下降。由于锌与很多酶的组成及活性,特别是与核酸和蛋白质合成的酶密切相关,对于细胞分裂,生长和再生的影响很大。缺锌使DNA和RNA合成减少,细胞分裂、分化受阻,所以锌对幼小动物生长、发育显得更为重要;且锌还参与激素的合成,缺锌引起动物垂体和血液中生长激素含量下降。生长发育迟缓,食欲减退或异常,体重显著减轻。

2.8.锌与动物脑行为 锌在脑中的分布是不均匀的,以边缘系统、皮质部、扣带回、齿状回和海马中含量较高,尤以海马结构和大脑皮层含量最高,而这两者与行为功能密切相关,因此,锌对脑中的分布无疑反映其在调节行为功能方面的重要作用。首先,锌影响脑中酶和功能蛋白的活性和结构。锌在脑中乙醇脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、碱性磷酸酶、CuZn-SOD酶有明显的影响。锌缺乏鼠小脑、纹状体、下丘脑的氧化氢复合酶(NOS)活性显著降低(谢良民等,1975)。锌对脑中的一切功能蛋白有积极的调节作用,如脑中金属硫蛋白浓度明显受脑中锌含量的影响。

3 锌在动物生产中的应用

3.1 锌在家禽生产中的应用 补锌可促进鸡的生长发育,补锌对小鸡生长发育有促进作用。在肉用仔鸡日粮中添加锌,血清和肝脏中的LDH和AKP活性均随饲料锌水平的提高而升高,当饲料锌水平在110mg/kg时,增重速度和饲料转化率最高;家禽正常生长发育所需要的锌高于家畜,严重缺锌时约有50%的胚胎发生缺损;在蛋鸡日粮中添加蛋氨酸锌能提高蛋鸡产蛋量,并有利于减轻蛋鸡遭受到的日粮性应激,同时还能维持蛋壳质量,母鸡饲喂高钙日粮时,如果以蛋氨酸锌提供40mg/kg锌则产蛋量大于对照组;在鸡日粮中添加1 000mg/k8硫酸锌可使产蛋率显著提高,破壳率和料蛋比显著下降,蛋中锌的含量明显上升。用40mg/kg杆菌肽锌与抗敌素10mg/kg合剂喂肉雏鸡和蛋鸡,增重提高7.5%,料肉比下降5%,成活率提高5%,蛋鸡产蛋率提高33.6%,死亡率也显著下降。但当日粮中锌水平过高也会对鸡体产生危害。一般情况下,家禽对锌的需要量为35~70mg/kg采用常规饲料,家禽一般不会出现锌缺乏症状。

3.2 锌在养猪生产中的应用 锌对仔猪始终有促进增重作用,断奶仔猪日粮含锌超过1 000mg/kg时,1周后可大大减少仔猪腹泻发生率;当日粮补锌的水平大于l 000mg/kg时,仔猪的血浆锌浓度呈直线上升,当血浆锌浓度为1.5 mg/L时,日增重最高。在哺乳仔猪日粮以蛋氨酸锌形式添加40mg/kg锌,使下痢从17.8%降到13.5%,向含16%粗蛋白的肥育猪用标准日粮中添加蛋氨酸锌,平均日增重提高了0.1kg,饲料利用率改善了3.3%。Miller观察到,猪缺锌时,会表现出胸腺重量下降,白细胞数增加同时血液中有大量的未成熟嗜中性白细胞。 猪缺锌的另一典型症状为皮肤不全角化症,皮肤中的透明质酸异常增高,毛囊减少,皮肤结痂,表皮增厚。当日粮中含钙量较高时,会抑制锌的吸收而使猪缺锌。猪对锌的需要量为40~170mg/kg,母猪对锌的需要量为80~100mg/kg,通常认为日粮含锌50mg/kg即可满足需要。若日粮中含钙或植酸过高,猪对锌的需要量也相应增加。猪对高锌的耐受性较强,一般可耐受20~30倍正常需要量,很少发生中毒现象。

3.3 锌在反刍动物生产中的应用 缺锌会引起反刍动物饲料利用率降低、绒毛质量下降。育肥牛日粮添加锌可提高日增重及饲料利用率,并能防止腐蹄病的发生。在奶牛日粮中添加600mg/kg有机锌,其奶中的含锌量大幅度增加,约为对照组的2~2.5倍。 ARC提出,反刍动物日粮锌的供给量为40mg/kg,而有研究认为,反刍动物日粮中最佳锌浓度为50mg/kg,即可防止因日粮中有些干扰锌的吸收所引起的继发性缺锌,与猪和家禽相比,反刍动物对锌的耐受性较低。

4有机锌和无机锌的选择 饲料中的锌源包括无机锌和有机锌,无机锌主要有氧化锌、碳酸锌、硫酸锌和氯化锌等,有机锌主要有葡萄糖酸锌、蛋氨酸锌等。不同形式的锌在生物体内的利用率不同。Sandoral(1990)用高锌饲喂绵羊,根据肝、肾和胰中锌浓度测定不同形式锌的利用率,结果是以硫酸锌中锌的利用率为100%,而氧化锌、碳酸锌和金属锌的相对利用率分别为135%、136%、95%。Wedekind(1990)通过胫骨锌浓度来测定雏鸡对蛋氨酸锌中的锌利用率为硫酸锌中的锌的177%一206%。Ward等(1997)报道,以蛋氨酸锌提供250mg/kg的锌与以氧化锌提供2 000mg/kg的锌对断奶仔猪生产性能的作用相同。 许多研究表明,动物对氧化锌和蛋氨酸锌中锌的吸收率相近,但吸收后的代谢不同。Neathery等(1972)也认为有机锌和无机锌的代谢方式不同。当日粮中拮抗因子含量低时,有机锌和无机锌的利用率相似。对于反刍动物,有机锌的应用具有更大的优越性。邵凯等 (2000)发现在绵羊日粮中添加蛋氨酸锌对瘤胃的氨基酸组成无显著影响,而对进入十二指肠的氨基酸组成有显著影响。由此可见,蛋氨酸锌具有一定的过瘤胃功能,对蛋氨酸有保护作用。而且与氧化锌相比,蛋氨酸锌具有降低瘤胃液pH值和使氨氮浓度趋于稳定的效果,这对畜牧业生产具有重要意义。

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