纳米硒的生物学功能及其在动物生产中的应用

2014-04-05孙朋朋宋春阳

饲料博览 2014年4期

孙朋朋，宋春阳

（青岛农业大学动物科技学院，山东青岛 266109）

硒是动物必需的微量元素之一，缺硒会导致鸡胰腺纤维变性、猪肝坏死、牛和羊肌肉营养不良或白肌病等，还会导致动物生长发育迟缓和繁殖力下降。然而由于有机硒、无机硒等常规状态硒的吸收率低、毒性大等缺点日益严重，纳米硒的优势逐渐显示出来。纳米硒是以蛋白质为核、元素硒为膜、蛋白质为分散剂的元素硒纳米粒子，是纳米级的单质硒，具有吸收率高、毒性弱等优点，可以提高动物体的抗氧化能力、免疫能力以及产品品质等，同时能够提高动物的繁殖性能，是补充硒的理想方式。

1 纳米硒

1.1 理化性质

硒在地质化学中属于超微量元素，天然的硒只有一种同位素，其原子量为79。单质硒在常规条件下一般为灰色和黑色，纳米硒则是以蛋白质为核、红色元素硒为膜和以蛋白质为分散剂的纳米粒子，呈红色，粒径一般约为20～60 nm，这种纳米红色元素硒对热敏感，不耐高温，易溶于水。与常规硒相比，纳米硒比表面积大，表面含有大量活性中心，因此具有强大的催化能力。Zhang等研究表明，纳米粒子的大小对纳米硒的生物学功能有重要影响，粒径较小的纳米硒有更高的生物活性[1]。

1.2 吸收

动物对纳米硒的吸收方式主要有两种，分别为以主动吸收机制通过肠壁进入体内和以被动扩散方式进入体内。动物主要通过十二指肠对纳米硒进行吸收，反刍动物可在整段小肠内进行吸收，而单胃动物的吸收则主要在回肠。纳米硒被动物吸收后，迅速与蛋白质结合进入红细胞，其余的纳米硒与血浆蛋白结合，与硒结合的血浆蛋白主要是α球蛋白和β球蛋白。因为纳米硒的高表面活性和表面积，使得纳米硒的吸收及利用效率明显高于无机硒和有机硒。施力光等研究表明，与添加亚硒酸钠相比，添加纳米硒可以提高动物体组织中硒的含量，同时与有机硒相比，组织中硒的含量也有增加的趋势[2]。纳米硒的吸收受多种因素的影响，日粮中维生素含量、抗坏血酸水平、金属离子含量、蛋氨酸水平及纳米硒的粒度和动物的生理状态等都会影响纳米硒的吸收利用率。

2 纳米硒的生物学功能

2.1 抗氧化作用

动物体内存在大量的不饱和脂肪酸，这些不饱和脂肪酸极易被氧化，产生脂质过氧化物，影响动物的生产性能。纳米硒的抗氧化作用主要是通过提高含有硒的谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还原蛋白还原酶的活性实现在动物体内的抗氧化作用。谷胱甘肽过氧化物酶能够降解各种过氧化物；在水或醇溶液中，可以作为氢供体提供氢，发挥抗氧化作用。硫氧还原蛋白还原酶则是通过NADPH作为电子供体降解氧化的硫氧还原蛋白；还可降解含硒的化合物，促进辅酶Q、抗坏血酸自由基的再生。Huang等研究表明，纳米硒可以直接清除自由基[3]。武晓英等研究发现，日粮中添加纳米硒可极显著提高母羊及胎儿血清、肝和胎盘组织中谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶（SOD）的活性（P＜0.01），极显著降低母羊及胎儿血清和胎盘组织中丙二醛（MDA）的浓度（P＜0.01）[4]。朱风华等以蛋鸡为试验对象，结果发现，日粮中添加纳米硒0.3～10.0 mg·kg-1能够显著降低血浆中MDA和一氧化氮（NO）含量（P＜0.05）[5]。

2.2 提高繁殖性能

硒是维持动物繁殖所必需的微量元素，缺硒会导致机体生殖激素分泌失调、与生殖相关的酶活力下降以及精细胞受损等，从而影响动物的正常繁殖性能。纳米硒能够通过谷胱甘肽过氧化物酶的抗氧化作用来保护动物精子的原生质膜免受损害，保证动物的正常繁殖能力。杨茹洁等研究纳米硒对波尔山羊公羔繁殖性能的影响，结果发现，与对照组相比，日粮中添加纳米硒0.1和0.3 mg·kg-1能促进睾丸的发育；对照组的各种细胞有不同程度的膜损伤，而添加纳米硒组没有出现膜损伤[6]。施力光等在研究日粮中添加纳米硒对公羊睾丸发育的影响发现，3月龄时纳米硒组公羊睾丸间质组织增生发育，4月龄时纳米硒组睾丸曲精细管中精原细胞开始发育分化；5月龄时曲精细管中可见大量的精子，而对照组间质组织以及曲精细管发育、精母细胞发育分化较纳米硒组缓慢；表明日粮中添加适宜浓度的纳米硒能够促进睾丸间质组织及曲精细管的发育，促进精原细胞的分化，可以提前使动物达到性成熟[7]。施力光等发现，与对照组相比，日粮中添加纳米硒可以提高公羊睾丸体积，但影响不显著（P＞0.05）[8]。

2.3 提高动物免疫能力

纳米硒能够间接的增强T细胞与NK细胞在体外杀灭癌细胞的能力，提高吞噬细胞的吞噬和杀灭病原菌的能力，提高动物体的抗体水平，从而提高机体免疫能力，胥保华以艾维茵肉鸡为研究对象，在日粮中添加不同浓度的纳米硒，结果表明，与对照组相比，当硒添加水平为0.2、0.3、0.4和0.5 mg·kg-1时，纳米硒组血清免疫球蛋白G（IgG）含量显著高于蛋氨酸硒组和亚硒酸钠组（P＜0.05），血清免疫球蛋白M（IgM）含量显著高于亚硒酸钠组（P＜0.05）[9]。胡彩虹等研究发现，猪日粮中添加纳米硒能够显著提高血清IgG、IgM、抗体生成细胞数等活性（P＜0.05）；与亚硒酸钠组相比，纳米硒添加量为0.4～1 mg·kg-1时，各项指标显著提高（P＜0.05），表明纳米硒可以提高动物体的免疫能力，尤其是非特异性免疫；作用机制是通过提高关键物质的含量以及活性来实现，在一定浓度时，效果显著高于普通的亚硒酸钠（P＜0.05）[10]。

2.4 其他

纳米硒还可以在动物生产中保护胃黏膜，治疗一些疾病。于晓红等以小鼠为研究对象，添加不同剂量的纳米硒，连续饲喂6周后发现，各剂量纳米硒组胃黏膜损伤程度较模型组均有不同程度的减轻，大鼠胃黏膜溃疡指数比模型组极显著降低（P＜0.01），极显著提高了血清中谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性（P＜0.01），降低了丙二醛（MDA）含量[11]。表明纳米硒具有预防急性胃黏膜损伤的作用，且能够降低无水乙醇引起的急性胃黏膜损伤，其作用机制涉及纳米硒的抗氧化机制。张刚将SD大鼠分为安静对照组、单纯运动组和运动补硒组（25、50和100 μg· kg-1），结果表明，运动补硒组大鼠，机体血肌配含量较单纯运动组显著性下降（P＜0.05），且这种变化在3种剂量组都存在，以3种剂量补充纳米硒都能减轻有氧耐力训练对肾小球滤过功能的不良影响[11]。韩晶等研究发现，硫酸软骨素纳米硒浓度为50～200 ng·mL-1时能有效抑制20 ng·mL-1T-2毒素诱导大骨节病软骨细胞的凋亡作用，降低T-2毒素诱导软骨细胞的早期凋亡率（P＜0.05）[12]。表明硫酸软骨素纳米硒具有抗T-2毒素诱导软骨细胞凋亡的作用，可以作为治疗大骨节病的药物制剂。

3 在动物生产中的应用

3.1 鸡

饲料中添加纳米硒可以提高鸡的生长性能、屠宰性能、表观消化率、免疫能力等。李宝春等研究了纳米硒对罗曼蛋雏鸡生长性能的影响，结果发现，26～36日龄，纳米硒提高蛋鸡生产性能的效果优于亚硒酸钠；在料重比方面，添加纳米硒0.2 mg·kg-1要优于其他组别；平均日增重达8.07 g，高于其他组，同时纳米硒0.2 mg·kg-1添加量还能显著提高小肠、肝脏、胰腺指数（P＜0.05），表明纳米硒通过改善蛋雏鸡消化器官结构，增加空肠绒毛中杯状细胞的数量，促进小肠腺体的发育，增加肠腺的数量，促使肠腺排列紧密，从而提高蛋雏鸡的生长性能[13]。王福香等以1日龄Avian肉鸡为研究对象，结果发现，添加纳米硒肉鸡的平均增重、饲料消耗高于对照组，1～14、15～28 d纳米硒在0.3～0.6 mg·kg-1的添加水平时，肉鸡的料重比显著低于对照组（P＜0.05）； 29～42、1～42 d纳米硒在0.15～1.2 mg·kg-1添加水平，肉鸡的料重比极显著的低于对照组（P＜0.01）；42 d时纳米硒添加0.6～1.2 mg·kg-1，肉鸡的屠宰性能显著高于对照组（P＜0.05）；添加纳米硒0.3～1.2 mg· kg-1时，肉鸡的养分表观消化率高于对照组（P＞0.05）[14]。李文立等研究表明，添加纳米硒0.15～1.2 mg·kg-1，肉鸡的平均增重、饲料消耗高于对照组，其中以添加纳米硒0.3 mg·kg-1效果最佳；42 d时添加纳米硒0.6～1.2 mg·kg-1时，肉鸡的屠宰率、半净膛率、全净膛率显著高于对照组（P＜0.05）；纳米硒添加量为0.3～1.2 mg·kg-1时，肉鸡的养分表观消化率高于对照组；纳米硒还可提高肉鸡的免疫能力、抗氧化能力[15]。王福香等在肉仔鸡基础日粮中添加不同剂量的纳米硒，结果表明，与对照组相比，日粮中添加纳米硒显著提高肝脏总抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽过氧化物（GSH-Px）、总超氧化物歧化酶活力（SOD）、抑制羟自由基能力（P＜0.05），显著降低肝脏丙二醛（MDA）含量、一氧化氮含量（P＜0.05），极显著提高肝脏硒含量（P＜0.01），而且随日粮中纳米硒添加量的增加，肝脏抗氧化能力和硒含量呈二次曲线关系，建议肉鸡日粮中纳米硒的适宜添加水平为0.7～1.0 mg·kg-1[16]。表明在鸡生产中添加一定量纳米硒可提高鸡生长性能，适宜的添加量为0.7～1.0 mg·kg-1，应避免添加过量，造成中毒。

3.2 猪

纳米硒主要影响猪的生产性能和免疫性能，缺硒会导致猪的生长出现问题。熊莉等研究了纳米硒和亚硒酸钠对仔猪生长及其他指标的影响，结果显示，纳米硒缺乏会引起肝脏脱碘酶Ⅰ活性下降[17]。张红梅等以平均体重约为8.3 kg的杜×长×大断奶仔猪为试验对象，结果显示，基础日粮中添加纳米硒能够显著提高肝脏脱碘酶Ⅰ的活性（P＜0.05）[18]。肝脏脱碘酶Ⅰ的活性会直接影响血清甲状腺素水平，活性过低会造成仔猪生长受阻，而纳米硒可以提高肝脏脱碘酶Ⅰ的活性，表明纳米硒能够提高猪的生长性能。李兰东等研究发现，高硒日粮可使肌肉硒含量提高27%[19]。而纳米硒的高吸收利用率可提高猪肌肉中硒的含量，也能提高猪的生长性能。陈桂英等以40日龄长×约×互（地方品种，互助猪）三元杂交断奶仔猪为研究对象，结果发现，与对照组相比，添加纳米硒组在末重、日增重、料肉比方面，均极显著地高于对照组（P＜0.01），且0.6 mg· kg-1添加水平效果最好[20]。表明纳米硒在饲料中的添加不仅可以提高猪的生产性能，还能间接降低养猪成本。

3.3 其他动物

纳米硒在反刍动物及水产动物中也有应用。张春香等以太行青山羊公羊为试验对象，研究纳米硒对山羊生长性能、抗氧化能力、生长激素和胰岛素的影响，结果显示，日粮中添加纳米硒能显著提高山羊的生长性能（P＜0.05）、血清超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化酶活性（P＜0.05）、全血硒、生长激素和胰岛素的浓度（P＜0.05）[21]。董卫星等以牛为研究对象，结果显示，添加纳米硒可以使血浆中硒和维生素E的含量增加，血清GSH-Px的酶活性显著提高（P＜0.05），MDA和活性氧（ROS）水平降低，T-AOC显著提高（P＜0.05）[22]。表明纳米硒在反刍动物中应用能够提高生长性能及各项生理指标，促进反刍动物的生长[23]。陈剑杰等研究氟暴露下鲤鱼肝脏的抗氧化功能和组织结构的保护作用的结果显示，纳米硒提高了鲤鱼肝组织中SOD、过氧化氢酶（CAT）、GSH-Px活性，降低了MDA含量，缓解了氟胁迫对鲤鱼肝脏组织结构的损伤[24]。表明饵料中添加纳米硒可在一定程度上改善氟胁迫所造成的鲤鱼抗氧化能力的下降和组织结构的损伤。

4 小结

目前纳米硒在动物生产中还没有完全推广，主要原因是纳米硒对畜禽动物的作用研究较少、纳米硒生产工艺复杂以及纳米硒的最佳添加量和添加阶段还有待研究。但与常规硒相比，纳米硒具有较高的生物活性、安全性、抗氧化性和高吸收率，相信随着科学技术的发展以及对纳米硒研究水平的深入，纳米硒将会代替常规状态硒成为饲料添加剂之一。

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