反刍动物硫胺素营养研究进展

赵芸君，蒋晓梅，姚 芳， 张俊瑜，铁 鑫

（新疆畜牧科学院饲料研究所，乌鲁木齐 830000）

反刍动物硫胺素营养研究进展

赵芸君，蒋晓梅，姚 芳， 张俊瑜，铁 鑫

（新疆畜牧科学院饲料研究所，乌鲁木齐 830000）

二十世纪初，动物营养学家提出反刍动物瘤胃合成的硫胺素能满足自身需要，但近年有学者对此提出质疑。为国内反刍动物生产提供参考及进一步开展牛羊硫胺素研究，本文对反刍动物牛羊硫胺素近年相关研究进行回顾和综述，且提出反刍动物日粮配制应注意硫胺素营养，并对相关研究进行了展望。

反刍动物；硫胺素；营养研究

二十世纪初，动物营养学家提出反刍动物瘤胃合成的硫胺素能满足自身需要。但近年有学者对此质疑，提出在一些情况下反刍动物日粮中需添加硫胺素[1,2,3]，因而硫胺素在反刍动物营养方面的研究再次引起关注。

硫胺素为反刍动物维持碳水化合物代谢和神经功能所必需的维生素。鉴此，本文对近年来关于反刍动物硫胺素的营养研究进行回顾和综述，以期为国内反刍动物生产中应用硫胺素及相关研究提供借鉴和参考。

1 硫胺素的性质及饲料中含量

硫胺素为水溶性维生素B1，工业合成的盐酸硫胺素为无色结晶，易溶于水，在弱酸溶液中稳定，但在中性或碱性溶液中易氧化失活。硫胺素在饲料中分布广泛，但是含量低，含量较丰富的饲料有谷物及其副产品、豆粕、多汁青饲料及啤酒酵母等(王和民，1999)[4]。

2 硫胺素的代谢及存在形式

硫胺素主要在十二指肠吸收，吸收过程需载体介导，高浓度时发生被动扩散。硫胺素在组织细胞内磷酸化成磷酸酯，经硫胺素激酶、ATP及Mg2+存在时转化成硫胺素焦磷酸(TPP)。存在于动物组织中的硫胺素大约95%～98%是磷酸化形式（硫铵一、二、三磷酸盐），其主要形式是辅酶硫铵二磷酸盐，其占80%～85%，也即硫铵焦磷酸盐（TPP）。反刍动物瘤胃能吸收游离的硫胺素，但不吸收结合态的或微生物中的硫胺素[5]。

3 反刍动物硫胺素营养研究的测定方法

二十世纪，反刍动物营养相关的研究主要采用的测定方法为微生物法或分光光度法。近年来，随着色谱技术的发展，在反刍动物硫胺素营养研究中，逐渐以高效液相色谱法成为主要检测方法。Santschi等报道了高效液相色谱测定瘤胃液、肠道食糜中硫胺素的方法。取饲料样品0.1 g加入到15 mL聚丙烯锥形试管里，然后与5 mL浓硫酸(0.1 mol∕L)混合，在121℃蒸压15 min。取出冷却后向试管中添加0.5 mL的醋酸钠(4.5 mol∕L)，同时加入0.25 mL的淀粉糖化酶(EC3.2.1，50 mg∕mL)。将反应的试管在45℃水浴中保温18 h，然后在4℃ 1784 g离心10 min。离心后立即取1 mL的上清液与225 μL氧化溶液(175 μL的50%的氢氧化钠溶液+50 μL 5%的铁氰化钾溶液)混合，保温5 min，向试管中添加0.25 g氯化钠混合，然后添加2.0 mL2-丁醇，震动1 min，过滤膜，最后上高效液相色谱。色谱柱采用Nucleosil-NH2(250 mm×4.6 mm，5 μm Varian)。流动相为250 mL KH2PO4和750 mL的乙腈，流速1.5 mL∕min，荧光检测器发射波长和激发波长分别为425 nm和370 nm[6]。

4 硫胺素的生物学功能及缺乏症

4.1 硫胺素的生物学功能

TPP与体内多种酶有关。a-酮酸的氧化脱羧需a-酮酸脱氢酶的催化，而该酶复合体由TPP依赖性丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶及黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)依赖性二氢硫辛酸转乙酰基酶组成。a-酮酸脱氢酶复合体的催化过程为动物体内碳水化合物与脂类代谢所必需。在戊糖磷酸代谢途径中需TPP依赖酶（转酮酶）的配合，其对机体的氧化供能、核酸代谢中戊糖及脂肪酸合成中NADPH（还原型辅酶Ⅱ）的提供具有重要意义。TPP与神经系统的能量代谢、神经递质及神经细胞膜中脂肪酸和胆固醇合成有关。硫胺素参与三羧酸循环，所以缺乏硫胺素会引起中枢神经系统紊乱。在糖酵解和硫胺素焦磷酸酶作用下，大脑通过葡萄糖利用获得能量是脱羧作用的辅助因子，中枢神经系统比其它器官更早表现症状[7]。

4.2 硫胺素的缺乏症

硫胺素缺乏常会引起中枢和外周神经的病理变化及紊乱。脑灰质软化症(PEM)是最常见的硫胺素缺乏紊乱症，症状包括严重而短暂的腹泻、精神不振、转圈、角弓反张及肌肉震颤。病畜发生PEM时，血液中乳酸和丙酮酸显著增加，转酮酶活性下降，并常据此作出诊断。如立即注射硫胺素(2.2 μg∕kg BW)，情况会好转[8]。Erhaim等通过选用成年母羊，分为对照组，平衡日粮添加0.8%的硫，平衡日粮添加0.8%的硫和0.025%硫胺素。结果表明，同时补充硫胺素(0.025%)与过量的硫(0.8%)仅能预防PEM临床症状的出现，并不能阻止脑神经病变损伤的发生，且这种病变发生在大脑，小脑为正常，添加硫胺素并没有阻止外神经的病变[9]。

5 瘤胃合成硫胺素的影响因素

赵芸君综述了瘤胃合成硫胺素受多因素影响，如采食量、日粮中氮素水平、易消化碳水化合物水平、日粮种类和成分、硫元素、药物（莫能菌素）、瘤胃环境等[10]，另外其还与以下因素相关：

5.1 秸秆饲料种类

据报道，当日粮主成分为干草、秸秆或玉米青贮时，硫胺素缺乏[1]。

5.2 采食前后

当夏季牧场绵羊在放牧采食后，瘤胃中硫胺素的水平逐渐上升[11]。

5.3 牧草的加工长度

Tafaj等通过给装有瘤胃瘘的荷斯坦奶牛饲喂不同长度(25、11、5.5 mm)青贮牧草基础的混合日粮。结果表明，随牧草长度的降低，固体(P＜0.05)和液体瘤胃食糜中硫胺素含量增加；随可消化有机物质摄入量的增加，硫胺素的浓度增加(R2=0.56，P＜0.001)，瘤胃pH值(平均5.81)与瘤胃中硫胺素含量成负相关(R2= 0.21～0.26，P＜0.001)[12]。

5.4 硫胺素酶及硫胺素拮抗剂

瘤胃细菌的硫胺素酶是胞外酶，也即它们结合在细胞表面，其活性依赖于从细胞表面的释放。一些硫胺素酶对热不稳定，但当未加热处理时，它是有效的拮抗剂。蕨类植物、茶、槟榔中存在有对热稳定的硫胺素拮抗剂，如羟基多酚类，包括咖啡酸、绿原酸、鞣酸。另外，一些类黄酮（如槲皮素、芦丁与硫铵素），大量的硫酸盐、过量的安普罗铵、包含在羊齿植物或内生菌感染的酥油草中的因子等相拮抗[13.14]。已发现硫胺素可治疗减轻夏季酥油草对食草肉牛的毒性症状（降低效能、升高体温、使毛发粗糙）[14]。饲喂含硫酸盐较高的饲粮或一些可使瘤胃pH值迅速下降的因素，如大量饲喂精料，均可发生硫胺素缺乏症[15]。

5.5 霉菌污染

Janson等采用长期瘤胃模拟体外发酵技术，以Cladosporium herbarum和Fusarium graminearum处理牧草为发酵底物，研究发霉牧草对瘤胃硫胺素代谢的影响。结果表明，发霉的牧草提高了细菌部分中总硫胺素的浓度[16]。

5.6 瘤胃微生物菌群

瘤胃微生物菌群是反刍动物瘤胃中硫胺素的来源之一，如其受损，可能发生硫胺素合成量减少。这与日粮结构的改变影响瘤胃的发酵使硫胺素的合成降低，或与微生物群体的总硫胺素酶活性增加而增强了硫胺素的分解紧密相关。与反刍动物硫胺素降解的瘤胃微生物包括类杆菌属的硫铵降解菌、产芽孢梭状芽孢杆菌、埃氏巨球型菌和牛链球菌。另外，这些物种和其它的梭菌属某些菌、芽孢杆菌属某些菌和革兰氏阴性球菌有硫铵酶作为胞外酶结合到细胞表面。在pH极度下降的情况下，这些酶被释放到瘤胃液中，成为破坏硫胺素的重要酶来源。有学者提出，硫胺素降解菌似乎是最重要的致病因素，因为它似乎总是出现在所有脑灰质软化病例的瘤胃内容物和粪便中[14]。

6 日粮添加硫胺素对反刍动物的影响

6.1 日粮添加硫胺素对反刍动物生产性能、瘤胃发酵、缓解酸中毒的影响

Neville等采用含60%干玉米酒糟（DDGS，DM)和S(＞0.7%)日粮添加硫胺素对羔羊生产性能、硫化氢气体浓度和PEM发病率的影响。试验1日粮S浓度为0.73%(DM)；硫胺素添加水平为:0、50、100、150 mg∕（d·只）。结果表明：ADG呈二次曲线降低(P=0.04)，0、50及100 mg组的体增重高于150 mg日粮组；DMI呈二次曲线变化(P＜0.01)，但G:F呈线性不同变化趋势，50、100 mg硫胺素添加水平有更高的DMI和降低了G:F。试验2分为0、150 mg∕（d·只）（S浓度达0.87%，DM)。结果表明：两组间生产性能无显著差异(P≥0.17)；饲喂10 d内，瘤胃中硫化氢的浓度无显著差异(P＞0.05)；10 d后饲喂硫胺素组羔羊瘤胃中硫化氢浓度低于对照组；在第31 d饲喂硫胺素组羔羊瘤胃中硫化氢的浓度达到最大浓度(1.07 g∕m3，P＜0.009)；但瘤胃pH平均值为5.60，组间无显著差异(P=0.13)，同时未观察到PEM的临床症状[17]。Tafaj等通过四个安装瘤胃瘘的泌乳中期荷斯坦奶牛，分别采用不同粗精比(30:70、40:60、50:50、60:40、75：25) (%DM)日粮的五期试验。结果表明，瘤胃中硫胺素浓度与瘤胃pH值负相关，但与瘤胃短链脂肪酸、丙酸的浓度正相关[18]。Karapinar等试验表明，添加硫胺素有利于减轻采食易发酵碳水化合物造成瘤胃酸中毒造成的硫胺素缺乏症；日粮补充硫胺素似乎可保护亚临床瘤胃酸中毒条件下的瘤胃原生动物，且提出或许在高产反刍动物添加硫胺素是预防和创新的喂养方式[19]。王龙等研究表明，荷斯坦奶牛日粮中添加硫胺素180 mg∕kg可缓解慢性瘤胃酸中毒[20]。董淑红等(2010)证明，亚急性瘤胃酸中毒(SARA)发生后添加硫胺素，pH值升高(P＜0.01)[21]。董淑红等采用装有瘤胃瘘的山羊，研究硫胺素对SARA状态下山羊瘤胃发酵特性的影响。结果表明：饲粮中添加硫胺素可提高瘤胃液pH，显著或极显著(P＜0.05或P＜0.01)降低乳酸(4～8 h)、乙酸的浓度和乙∕丙酸(0～12 h)，以及组胺浓度和硫胺素酶的活性(0、6、9 h)；显著或极显著(P＜0.05或P＜0.01)提高了丙酸(0～12 h)、丁酸的浓度(0、6、9 h)和瘤胃液硫胺素的浓度；但对6 h的内毒素浓度无影响(P＞0.05)。结果提示，饲粮中添加240 mg∕kg硫胺素能改善SARA状态下瘤胃内环境，缓解山羊SARA[3]。

6.2 日粮添加硫胺素对反刍动物相关代谢及疾病防治的影响

Hohling等采用长期瘤胃模拟技术，当在被Alternaria alternata，Epicoccum nigrum，Mucor racemosus或Ulocladium chartarum污染发霉的牧草日粮中添加硫胺素，结果发现，硫胺素的相关代谢途径被阻止[22]。Najarnezhad等研究表明，肌注硫胺素可能会有治疗羊铅中毒的作用，但长时间治疗使用可能会损耗体内的锌[23]。Irmak等提出，硫胺素是治疗牛肺炎和其它消化疾病的成分之一，可用于预防其它疾病的发生[24]。

7 小结

综上所述，瘤胃硫胺素的合成受多因素影响，且在一些条件下如：反刍动物处在疾病期、日粮配制不合理、或在高精料日粮以及瘤胃中硫胺素的合成受限等情况下需日粮额外添加硫胺素。因此，为提高反刍动物营养物质代谢效率，作者认为今后应注重反刍动物硫胺素的日粮配制营养及相关研究。

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Advances in Thiamin Nutrition for Ruminant

ZHAO Yun-jun，JIANG Xiao-mei，YAO Fang，ZHANG Jun-yu，TIE Xin
(Feed Research Institute,Animal Science Academy of Xinjiang,Urumqi 830000，China)

Thiamin in the nutrition metabolism plays important physiological functions for ruminant. This paper reviewed the research advance in thiamin nutrition for ruminant in order to provide refer⁃ence to ration compound and further study.Research aspects in the future were also discussed in this paper.

ruminant；thiamin；nutrition

S821.5

A

1003-6377（2014）06-0001-05

新疆维吾尔自治区基本科研业务费(KY2013009)；新疆维吾尔自治区科技支撑项目(201331111)；国家科技支撑计划课题（2012BAD13B03）

赵芸君（1973-），女，山东招远人，博士，研究员，主要从事动物营养与饲料科学方面的研究。

2014-09-15，

2014-09-25