稀土元素在动物营养中的作用研究

罗旋

（武汉轻工大学 动物科学与营养工程学院，湖北 武汉　430023）

稀土元素在动物营养中的作用研究

罗旋

（武汉轻工大学 动物科学与营养工程学院，湖北 武汉430023）

我国稀土资源丰富，已被广泛应用到农业、工业等多个领域。在动物营养中，稀土元素作为重要的饲料添加剂，具有促进动物生长，增强免疫力，降低死亡率等生理作用。笔者在文章中就稀土元素在动物营养中的作用进行综述。

稀土元素；动物营养；作用

在化学周期表中，稀土元素是表中镧系元素和钪、钇元素的总称，共包含17种元素。其中镧系元素有15种，钪和钇有两种，化学性质与镧系元素相似。稀土元素在地壳中的含量较少，我国世界上稀土元素储量、开采量最多的国家。稀土元素是一种新型的动物饲料添加剂，具有独特的理化性能，应用前景广阔。在动物营养中的稀土元素主要分为有机稀土和无机稀土两大类，无极稀土中的硝酸稀土应用较广。有机稀土主要有维生素C稀土、有机酸稀土添加剂、氨基酸稀土螯合剂等。按照饲料添加剂中稀土元素的种类可以划分为复合稀土添加剂、单一稀土添加剂。据有关研究表明，有机稀土比无机稀土应用效果较好，复合稀土添加剂比单一稀土添加剂应用效果好。稀土元素具有改善动物饲料品质、提高饲料利用率、促进动物生长、增强免疫力、降低死亡率等生理作用，已在饲料业中获得了良好的发展效果。目前稀土元素在动物营养中的作用已成为动物营养学家一个重要的研究方向。文章就稀土元素在动物营养中的具体作用展开论述。

1　我国稀土资源的分布

目前，我国稀土资源的储量、开采量和出口量都均世界首位。稀土资源在我国分布较广，但分布地区相对集中，已发现稀土矿床的省份已达到20多个，如江西、四川、广东、广西、内蒙、山东等地区。稀土矿主要有四川的冕宁牦牛坪矿、山东的微山湖矿、内蒙古的白云鄂博矿、广东的离子吸附型稀土矿以及湖南的独居石矿等。这些稀土矿每年开采稀土资源总量可观，对农业、工业发展起重要推动作用。

2　稀土元素的作用机理

稀土元素是动物营养中的一种辅助性营养元素，参与动物的新陈代谢，一定剂量的稀土元素能够有效激活动物体内一系列生理过程，促进酶的活性，改善新陈代谢，提高饲料转化率，加速动物的生长、发育。稀土元素的作用机理主要有以下5个方面。

（1）影响酶系统的活性。酶是动物机体新陈代谢过程重要的催化剂，其活性强弱直接影响生理代谢水平。稀土元素是动物体内多种酶的抑制剂或者激活剂，它能够通过影响酶系统的活动，影响体内的新陈代谢。

（2）影响糖类和脂类代谢。胰岛素能降低血糖浓度，缓解高血糖，维持动物体内正常的糖含量。稀土元素还能有效降低动物血液中脂类的含量，例如胆固醇，进而导致三磷酸循环过程受阻，确保脂类含量维持在正常范围内。

（3）影响核酸代谢。核糖核酸聚合酶是核酸代谢的重要催化酶，而稀土元素影响核酸代谢主要是影响核糖核酸聚合酶的活性。此外，稀土元素还能有效抑制腺肝酸环化酶活性，达到调节核酸代谢目的。

（4）与矿物元素之间的关系。稀土元素不直接调节动物体内的物质代谢，而是与矿物元素之间存在互作效应，借助影响矿物元素性能，间接调节机体内的物质代谢。例如稀土离子与钙离子性质和半径相似，在一定条件下，稀土离子可以占据或者是取代钙离子发生生理效应。

（5）稀土元素对微生物的作用。稀土元素对微生物的生长过程有调控作用，能影响微生物的生长。稀土元素对细菌生长的调节作用与其有机复合物配合形式有密切关系。例如稀土元素能够有效改善反刍动物瘤胃内的pH值，调节微生物比例达到理想状态，实现营养物质高效利用目的。

3　稀土元素在动物营养中的主要作用

3.1代谢调控作用

（1）代谢、沉积作用。动物组织和器官等部位是稀土元素的主要分布区，皮肤注射、呼吸道吸入和摄入是稀土元素进入动物体内的常见三种方式，进入动物体内的稀土元素绝大部分转化为磷酸盐或者氢氧化物，先进入网状内皮系统，然后再转运到肝脏、淋巴结和骨骼等部位。动物饲料中含有大量的阴离子毒素和抗营养因子，其带有负电荷，对动物营养造成不利影响。进入动物体内的稀土离子带有正电荷，能够与带有负电荷的阴离子毒素和抗营养因子发生络合反应，产生沉淀。此外，稀土离子自身具有粘着性，大量带有正电荷的稀土离子吸附在纤维素上，提高肠液的电位差，有利于沉淀排出体外。与其他微量元素一样，稀土元素主要通过胃肠壁、胆汁以及尿液而排出体外，稀土盐在高浓度磷酸盐和碳酸盐环境小容易形成磷酸盐和碳酸盐，磷酸盐和碳酸盐具有不可溶性，且能结合载体形成不可溶性的沉淀物，最终被靶细胞吞噬、吸收。例如肝脏中的枯否氏细胞。稀土螯合盐可以完全吸收稀土，降低稀土在血液中的滞留时间，继而改变稀土在动物体内的分布方式。稀土螯合盐的稳定性与其排泄方式有重要联系，稳定性较差的稀土螯合盐会与生物配体发生交互作用，不能完全排出体外，而高稳定性能的稀土螯合盐排出体外时间较短。若口服稀土螯合盐，其会随着动物粪便排泄出来，若注射稀土螯合盐，其会通过尿液排到体外。

（2）调节激素水平。稀土元素调节激素水平作用与肾上腺皮质激素作用类似，都能有效抑制血液中细胞成分的增值，促进上皮组织代谢和肉芽组织的生长，继而加速伤口愈合。目前无法肯定稀土元素对动物体内甲状腺激素、生长激素的调节作用是提高还是降低，但大量实验表明：稀土元素对甲状腺激素和生长激素存在一种调节效应，能够作用动物的腺垂体细胞和甲状腺结构。例如在动物饲料中添加稀土元素后，动物血清中的激素T3及T4含量明显下降；在大鼠实验中发现稀土中的钐能够改变大鼠的甲状腺结构，同时导致激素T3及T4含量增加；研究稀土元素对生长激素的影响时，实验人员将低剂量硝酸稀土注射到大鼠体内，连续观察6个月后，发现实验组大鼠的生长激素含量显著高出对照组，料肉比减少。此外，稀土元素还对胰岛素有一定的调节效应。实验证明：低剂量的三氯化钐不仅能明显降低生长激素含量，还会导致胰岛素含量显著增加，有助于动物体内维持正常的血糖水平。

（3）调控消化道微生态环境。稀土能够有效改善动物瘤胃内的酸性环境，使其保持稳定，确保微生物比例稳定，为动物营养创造一个理想的瘤胃微生物系统。由于稀土元素添加计量与倡导细菌生长有直接关联，因此要严格控制稀土元素添加计量在合适范围内。有关研究认为，稀土元素能够增强某些代谢酶的活动或者促进小肠平滑肌蠕动，影响食物消化过程，提高营养物质消化率和利用率的功能，防止疾病入侵，有效增强动物的生产性能。

3.2金属活化剂作用

（1）生理激活剂作用。一是稀土元素影响酶系统活性。4f电子是稀土离子的特殊结构，其能发生光、电、磁等一系列生物效应。因此，稀土元素一方面参与动物体内的新陈代谢，另一方面又作为金属激活剂，激活动物体内的酶系统，提高酶活性，例如蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。酶活性的提升，有助于增加动物日重，提高饲料转化效率，同时改变动物体内的一些生化指标，二是影响遗传物质。在人体或者动物破损皮肤处涂抹稀土化合物，如氯化稀土、氨基酸稀土等，有助于加速伤口愈合。这是由于稀土元素能够影响遗传物质，加速细胞的分裂和生长，从而达到伤口快速愈合的目的。研究表明：一分子的DNA能够结合700个稀土原子。稀土离子能够有效降低DNA接连温度，促使DNA在较低温度下即可完成复制、转录和蛋白质合成等过程，有助于加快细胞增殖。此外，稀土元素对RNA酶、核糖核酸聚合酶有激活作用，能够加快RNA的降解速度和调节核算代谢。

（2）抑制自由基作用。具有氧化作用的O自由基和OH自由基具有较强的氧化作用，过量的自由基会对机体产生一系列损害。在动物体内的抗氧化系统虽能有效清除自由基，但当系统清除能力较弱或者受阻时，稀土元素可在一定条件下代替抗氧化系统，有效抑制自由基产生，激活P21、P16、P53抑癌基因，有效提高动物抗肿瘤免疫能力和抗氧化能力。例如稀土中的钐（Sm）与腙及酰腙形成的配合物或Sm能够有效抑制自由基产生，维持较低的自由基浓度，最终实现动物机体内稳定的自由基代谢系统，延长细胞寿命。此外，稀土元素与动物体内某些元素之间存在协同作用，如动物血液中的硒元素与稀土元素具有协同作用。硒元素是谷甘肽过氧化物酶的组成成分，而谷甘肽过氧化物酶能有效降低过氧化物的毒性，确保细胞和细胞膜的正常功能。

（3）“超级钙”作用。钙离子在维持动物细胞的正常功能、信息传递、神经冲动、骨髓形成以及肌肉收缩等过程中发挥重要作用。与钙离子相比，稀土元素性质与其相似，半径大小接近，但稀土离子是正三价，离子势大于钙离子，能发挥“超级钙”作用。因此，在动物体内某些特殊的生理学过程中可以取代钙离子与生物大分子结合。例如细胞增殖过程需要大量的钙离子，当细胞内的钙离子较少时，就需要及时补充外源性钙离子。稀土离子可以有效改善表皮细胞表面的钙离子通道性能，有助于外源性钙离子的内流，提高细胞内的钙离子浓度，确保细胞增殖。

4　稀土元素作为饲料添加剂的安全性

在动物营养中，稀土元素作为饲料添加剂的安全性是首要考虑问题。由于稀土矿多和具有放射性的钍和铀矿共存，因此稀土元素具有一定的放射性。在动物营养中，要坚决禁止使用含有钍和铀等强放射性的稀土元素，而是要使用放射性较低的稀土元素。在注射稀土元素时，还要注意稀土的毒性大小，尤其是静脉注射，控制注射量，以免发生动物中毒现象。由于稀土元素经消化道吸收量较少，大部分沉积在动物骨骼中，因此稀土元素对人体的危害较小，可以在动物屠宰前的一段时间内停止添加稀土元素，即可大幅度降低动物体内稀土元素含量。

5　结语

综上所述，稀土元素作为一种新型、高效、安全的饲料添加剂，能够有效提高动物新陈代谢水平，提高饲料效率，促进动物生产与发育。虽然稀土元素在动物营养研究领域还存在较多疑问，但我国稀土资源丰富，稀土资源在未来定能够为社会发展创收更多的经济效益和社会效益。

［1］李艳果，王光明，权约海，等.稀土元素在动物营养中的作用［J］.中国饲料，2014，（3）.

［2］吴端钦，贺志雄，谭支良.稀土元素在动物营养上的应用［J］.家畜生态学报，2013，（3）.

Research on the Role of Rare Earth Elements in Animal Nutrition

LUO Xuan
（College of Animal Science and Nutrition Engineering，Wuhan University of Light Industry，Wuhan，Hubei 430023，China）

Abundant rare earth resources in our countryhas been widely applied to agriculture，industry and other fields.In animal nutrition，rare earth elements as an important feed additive，can promote animal growth，enhance immunity，reduce mortality and other physiological functions.The article reviews about the role of rare earth elements in animal nutrition.

rare earth elements；animal nutrition；role

S816

A

2095-980X（2016）07-0154-02

2016-06-15

罗旋，主要研究方向：动物科学与营养工程。