复合有机微量元素对肥育猪生长性能、血清指标及微量元素减排的影响

马莲香，侯川川，何俊娜，邱家凌，鲁鑫涛，郭阳，刘兵，林刚，薛岩，余东游*

（1.浙江大学动物科学学院，农业部华东动物营养与饲料重点实验室，杭州310058；2.奥特奇生物制品（中国）有限公司，北京100600）

微量元素是动物生长发育必需的营养成分，作为机体内多种酶和蛋白质的组分，可直接参与机体代谢，调节动物机体的生长发育、繁殖性能及免疫功能等[1-2]。动物机体所需的微量元素必须从饲粮中摄取，但摄入量过低或过高会直接或间接影响动物的正常生理功能。目前生产中使用的微量元素Fe、Zn、Cu和Mn等主要以无机盐（硫酸盐、氧化物等）的形式添加到饲料中。由于无机微量元素难吸收、生物利用率低，在商业生产中通常会在日粮里添加超过美国国家科学研究委员会（National Research Council,NRC）标准的微量元素含量以满足动物营养需要，因此，造成大量微量元素未被机体吸收而直接随粪便排出体外，导致资源浪费和环境污染[3-4]。

有机微量元素是指微量矿物质的金属离子通过化学键或氢键与氨基酸或小肽等有机配体结合，形成的具有稳定化学结构的一类物质[5]。大量研究表明，有机微量元素可以提高机体对矿物元素Fe、Mn、Cu、Zn的利用率[6-8]，有效降低环境重金属污染及资源浪费。但在这些研究中微量元素添加量依照NRC推荐剂量，缺乏对商业生产模式推荐量的探讨。此外，不同微量元素饲喂背景可能会影响猪后期的生长发育及体内微量元素的代谢[8]，目前鲜有关于微量元素添加背景的研究。因此，本试验以肥育猪为研究对象，探讨在商业生产模式下，饲喂背景和日粮微量元素处理对其生长性能、血清微量元素含量、血清抗氧化指标及粪便减排的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用有机微量元素由美国奥特奇生物制品（中国）有限公司提供，Fe、Cu、Mn和Zn均为蛋白盐形式。在无机微量元素中Fe、Cu、Zn均为硫酸盐形式，Mn为氧化物形式。

1.2 试验设计

采用2×2因子试验设计。选用体质量相近[（61.2±4.4）kg]、胎次一致的“杜×长×大”生长公猪，其中96头饲喂无机微量元素日粮背景（I），96头饲喂有机微量元素日粮背景（O），并随机分到ITM（无机组）和OTM（有机组）2个日粮处理组中。试验共4组，每组4个重复，每个重复12头猪。饲喂背景如表1所示。饲喂背景I：在哺乳仔猪、保育猪和生长猪阶段饲喂商业推荐剂量无机Fe、Cu、Mn、Zn；饲喂背景O：在哺乳仔猪、保育猪和生长猪阶段分别饲喂50%、30%和20%商业剂量的有机Fe、Cu、Mn、Zn。日粮处理ITM组在肥育猪基础日粮中分别添加无机形式 Fe、Cu、Mn、Zn 各 100、20、25、100 mg/kg；OTM组在肥育猪基础日粮中分别添加有机形式Fe、Cu、Mn、Zn各20、4、5、20 mg/kg。

试验采用玉米-豆粕型基础饲粮，参照NRC（2012）猪营养需要推荐量配制，试验饲粮组成及营养水平见表2。

表1 试验猪前期各生长阶段微量元素形式及添加水平（饲喂背景）Table1 Formsand supplemental levelsof tracemineralsin different growth phasesof pigsat early stages(feeding background)mg/kg

表2 基础饲粮组成及营养水平（饲喂基础）Table2 Composition and nutrient levelsof basal diets(feeding basis)

1.3 饲养管理

饲养试验在浙江省嘉兴市敦好牧业有限公司进行。试验前，对猪舍及饲养器具进行喷雾消毒，试验期间猪舍每周喷雾消毒1次。试验猪均饲养于同一猪舍内，采用漏缝水泥地板，不锈钢可调式料槽，乳头饮水器。每天定时喂料和清洁，自由采食和饮水，其他管理及免疫按照养殖场常规要求进行。

1.4 样品采集与制备

分别于肥育前期和肥育后期末，每个重复随机挑选2头猪，连续3 d（第36、37、38天和80、81、82天）采集混合粪样400 g于培养皿中，置于65℃鼓风干燥箱中干燥48 h至恒量，采用四分法取样约100 g，粉碎均匀过40目筛，制成风干样品，置于自封袋中阴暗处保存。

分别于肥育前期和肥育后期末（第38和82天），每个重复随机挑选3头健康且体质量接近平均值的猪，前腔静脉采血10 mL，室温放置30 min后，3 500 r/min离心15 min，取上清液分装到1.5 mL Eppendorf管中，-20℃冷冻保存。

1.5 指标测定与方法

1.5.1 生长性能

分别于试验第1、38和82天，以重复为单位对猪进行空腹称量，记录各阶段的采食量，计算平均日增量（average daily gain,ADG）、平均日采食量（average daily feed intake,ADFI）和料质量比（feed/gain,F/G）。

1.5.2 微量元素含量

称取粪便0.1 g置于消化管中，加4 mL HNO3和1 mL H2O2，置于CEM-MARS5微波消解仪（CEM公司，美国）中消解。消解完成后于DV 4000型精确控温电热消解器（购于北京安南科技有限公司）中赶酸，冷却后用超纯水定容至50 mL。处理好的液体使用ICP-OES（Thermo Fisher科技公司，美国）测定Fe、Cu、Mn及Zn含量。血清解冻后用12.5%三氯乙酸（trichloroacetic acid,TCA）按1∶4稀释，混匀后以3 500 r/min离心15 min，取上清液直接进行ICP-MS测定。

1.5.3 血清抗氧化指标

利用SpectraMax M5多功能酶标仪测定血清中谷胱甘肽过氧化物酶（glutathion peroxidase,GSHPx）、铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-superoxide dismutase,Cu/Zn-SOD）、锰超氧化物歧化酶（Mnsuperoxide dismutase,Mn-SOD）活性，总抗氧化能力（total antioxidant capacity,T-AOC）及丙二醛（malonaldehyde,MDA）含量；试剂盒购自南京建成生物工程研究所，严格按照说明书进行操作。

1.6 数据统计分析

数据经Microsoft Excel 2016整理后，用SPSS 22.0统计软件进行一般线性模型（general linear model）分析。试验结果均以“平均值±标准差”表示，P＜0.05为差异有统计学意义，P＜0.01为差异有高度统计学意义。

表3 有机微量元素对肥育猪生长性能的影响Table3 Effect of organic tracemineralson growth performanceof fattening pigs

2 结果与分析

2.1 有机微量元素对肥育猪生长性能指标的影响

由表3可知：在肥育前期、肥育后期及试验全期，各处理组ADG、ADFI及F/G在统计学上均无显著差异（P＞0.05）；饲喂背景与日粮处理对肥育猪生长性能无交互作用（P＞0.05）。

2.2 有机微量元素对肥育猪血清微量元素含量的影响

由表4可知：OTM日粮处理提高了肥育前期猪血清中Zn的含量（P＜0.05），但对Fe、Mn及Cu的含量无显著影响（P＞0.05）；在肥育后期，各组猪血清中Fe、Mn、Cu及Zn的含量在统计学上差异不显著（P＞0.05）；饲喂背景与日粮处理对生长肥育猪血清中微量元素含量的影响无交互作用（P＞0.05）。

2.3 有机微量元素对生长肥育猪血清抗氧化指标的影响

由表5可知：OTM日粮处理可以提高肥育前期猪血清中Mn-SOD的活性并降低MDA含量（P=0.05），同时，提高肥育后期猪血清中GSH-Px的活性（P＞0.05）；而饲喂背景对肥育猪血清中抗氧化指标Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、GSH-Px活性及T-AOC、MDA含量均无显著影响（P＞0.05）。

表4 有机微量元素对肥育猪血清微量元素含量的影响（n=8）Table4 Effect of organic tracemineralson serum micromineral contentsin fattening pigs(n=8) μg/mL

表5 有机微量元素对肥育猪血清抗氧化指标的影响（n=8）Table5 Effect of organic trace minerals on serum antioxidant indexes in fattening pigs(n=8)

2.4 有机微量元素对肥育猪粪便微量元素排放的影响

由表6可知：与ITM日粮处理相比，OTM显著降低了肥育猪粪便中微量元素Fe、Mn、Cu及Zn的排放量（P＜0.05）；有机饲喂背景（O）显著降低了肥育前期猪粪便中Fe的含量（P＜0.05）及肥育后期猪粪便中Fe、Cu、Zn的含量（P＜0.01），同时，有降低肥育后期猪粪便中Mn含量的趋势（P＞0.05）；有机饲喂背景（O）与有机日粮处理（OTM）对降低肥育后期猪粪便中Fe的排放量有相互作用（P＜0.05）。

表6 有机微量元素对肥育猪粪便微量元素排泄的影响（干物质基础，n=8）Table6 Effect of organic tracemineralson tracemineral excretion of fattening pig manure(asdry matter basis,n=8) mg/kg

3 讨论

3.1 有机微量元素对肥育猪生长性能的影响

研究表明，有机微量元素可以提高机体对微量元素的利用效率，促进动物生长发育及体质量增加。MARTIN等[7]报道，在仔猪日粮中添加NRC推荐剂量的蛋白螯合盐形式的微量元素Fe、Mn、Zn、Cu及Se复合物，与无机微量元素相比，可显著降低其料质量比（F/G）。尹志明等[9]报道，以12.5%、25%的氨基酸螯合Fe、Mn、Zn、Cu替代基础饲粮中25%和50%相应的无机元素，生长猪的日增质量分别显著提高了10.39%和8.36%，同时料质量比均显著降低了7.09%，与夏中生等[10]的研究结果一致。然而，也有研究表明，有机微量元素的添加不影响动物的生长性能。GOWANLOCK等[8]用50%有机复合微量元素Fe、Mn、Zn、Cu替代NRC推荐剂量的无机微量元素，对育肥猪生长性能无显著影响。文超越等[11]报道，在育肥猪饲粮中Fe、Mn、Zn、Cu及Mg的添加量降低至NRC推荐量的30%和60%，均不影响育肥猪的生产性能。造成试验结果不一致的原因可能与微量元素的添加形式、添加量以及试验动物的品种和生长阶段不同有关。在本试验基础饲粮中Fe、Cu、Mn、Zn的本底值分别为 89.96、8.99、23.91和29.09 mg/kg，添加微量元素后，与NRC（2012）微量元素推荐需要量相比，ITM组饲粮中Fe、Cu、Mn、Zn含量均过量，而OTM组饲粮中Fe、Cu、Mn富足，Zn临界。结果显示，低剂量OTM组与ITM组相比，肥育猪的生长性能无显著差异，表明试验剂量的有机微量元素可以满足商业生产中猪的微量元素需要量。同时，低剂量有机微量元素饲喂背景不影响肥育猪的生长性能。

3.2 有机微量元素对肥育猪血清微量元素水平的影响

机体微量元素水平主要取决于饲粮中的添加量、肠道吸收利用效率以及机体内稳态调控。血清中的微量元素含量可以反映机体微量元素吸收、利用或与转运蛋白结合之间的平衡状态[8]。因此，本试验测定了血清中微量元素水平以反映机体中的微量元素水平。结果显示，低剂量有机复合微量元素提高了肥育前期猪血清中Zn的含量，表明肥育猪对有机Zn具有较高的生物利用率，而微量元素饲喂背景对肥育猪血清中微量元素水平无显著影响。SARIPINAR-AKSU等[12]在肉鸡日粮中以有机微量元素Fe、Cu、Mn、Zn全取代其无机形式，发现血清中Fe、Zn水平显著升高，而Cu的水平降低。在母猪饲粮中添加氨基酸或蛋白质螯合Cu有提高仔猪血清中Fe、Cu、Zn含量的趋势[13]。也有研究表明，用不同比例（25%、50%及75%）有机微量元素替代其无机形式不会影响仔猪血清中微量元素的水平[14]。GOWANLOCK等[15]在肥育猪的试验中获得了相似的结果。导致试验结果差异的原因可能与试验动物品种、年龄、微量元素添加形式及水平等因素有关[16]。

3.3 有机微量元素对肥育猪机体抗氧化功能的影响

微量元素Fe、Cu、Mn、Zn作为机体多种代谢酶的辅酶及蛋白质的组分，可直接参与到机体各种组织和器官的代谢活动中，发挥营养生理功能[17]。铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）和锰超氧化物歧化酶（Mn-SOD）是机体内重要的抗氧化酶，能够特异性清除O2-，而Cu、Zn和Mn缺乏均会影响SOD酶发挥抗氧化功能[18-19]。MDA是自由基攻击组织细胞的生物膜结构中的多不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应时的产物，其在血清中的含量可以反映机体的氧化损伤情况[20]。有机微量元素可通过提高Fe、Cu、Mn和Zn等元素的生物利用率，增加体内抗氧化酶的活性从而发挥功能。刘兵[20]在生长肥育猪日粮中以等剂量有机复合微量元素Fe、Cu、Mn、Zn、Se替代其无机形式，可以提高肥育猪血清中GSH-Px及肝中Cu/Zn-SOD活性。研究发现，寡糖微量元素复合物可显著提高肥育猪血清中T-AOC的活性，且TSOD活力比无机微量元素组高6.13%[21]。本试验结果显示，日粮中以低剂量有机复合微量元素Fe、Cu、Mn和Zn替代无机微量元素可提高肥育前期猪血清中Mn-SOD的活性，降低MDA含量，并提高肥育后期猪血清中GSH-Px的活性，这可能是由于有机微量元素可以通过氨基酸或小肽的形式被完整吸收[22]，使消化道内某些元素依赖型酶的活性上升，从而提高机体抗氧化水平。此外，微量元素饲喂背景不影响肥育猪机体抗氧化水平。

3.4 有机微量元素对肥育猪粪便微量元素排泄的影响

粪便中排泄的微量元素主要来源于日粮中未被吸收的微量元素，以及在机体稳态平衡调节机制的作用下通过胆汁排出的过量吸收的微量元素，其含量主要与日粮中的添加量有关[23]。研究表明，在生长肥育猪日粮中添加低剂量微量元素显著降低了粪便中Zn的排放量，且粪便中Mn、Fe、Cu的含量也都有降低的趋势[24]。在本试验中，OTM组饲粮中Fe、Mn含量为ITM组Fe、Mn含量的60%左右，Cu和Zn含量为ITM组Cu、Zn含量的40%左右。粪便中微量元素含量的测定结果与日粮微量元素添加量基本一致，OTM组肥育猪粪便中Fe、Mn、Cu和Zn的排放量均显著低于ITM组，而肥育前期猪粪便中Fe的含量则无显著差异。此外，微量元素添加形式也会影响粪便中矿物离子的排泄量[25-26]。尹志明等[9]在生长猪日粮中以氨基酸螯合Fe、Mn、Zn、Cu部分替代相应无机元素，使粪便中Zn和Cu的含量均显著降低。周颖等[27]报道，复合寡糖微量元素Fe、Mn、Zn、Cu与等量无机微量元素相比，显著降低了育肥猪粪便中Zn、Cu的排泄量。无机形式的微量元素结构不稳定，在消化道内易受植酸、纤维等成分的影响，形成沉淀而随粪便排出体外[28]。有机微量元素结构稳定，在动物肠道中通过氨基酸或肽类的吸收途径被肠道刷状缘完整吸收，可避免消化道内干扰成分和胃酸等不良作用，使金属离子顺利到达吸收部位，提高其吸收利用效率[20-29]，从而降低了粪便中重金属的排泄以及由此造成的环境污染。同时，本试验发现微量元素饲喂背景会影响猪生长后期粪便重金属排泄量。与无机微量元素相比，有机饲喂背景降低了肥育前期猪粪便中Fe及肥育后期猪粪便中Fe、Mn、Cu和Zn的排放量。同时，随着饲喂时间的延长，肥育猪粪便中微量元素Mn、Cu及Zn的含量均有逐渐降低的趋势，而Fe的含量却有所升高。出现上述试验结果的原因目前还不清楚，我们推测粪便中微量元素排泄量与日粮及机体沉积量有时间效应关系，具体的作用机制有待进一步探讨。

4 结论

在日粮中添加20%商业推荐量的有机微量元素Fe、Cu、Mn、Zn可显著降低肥育猪粪便中重金属排放量，改善机体抗氧化水平，且不影响其生长性能。有机饲喂背景对降低肥育猪粪便中重金属污染具有良好的效果。

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