健康环保型纳米微量元素在养猪生产中的应用

崔艺燕，马现永，田志梅，邓 盾，王 刚，刘志昌，容 庭，余 苗

（广东省农业科学院动物科学研究所，畜禽育种国家重点实验室，农业部华南动物营养与饲料重点实验室，广东省畜禽育种与营养研究重点实验室，广东畜禽肉品质量安全控制与评定工程技术研究中心，广东 广州 510640）

微量元素添加剂对于畜禽生长发育具有重要作用。养殖生产中广泛使用无机、有机、螯合物等多种形式的微量元素。但是，畜禽粪便微量元素超标，污染环境问题一直是大家关注的焦点。纳米微量元素产品及相关应用技术应运而生，但目前在养殖业尚未普遍应用。直径为1～100 nm的纳米颗粒具有与生物功能单元相当的尺寸，表面官能化扩展了纳米粒子的生物学功能。纳米微量元素添加到饲料中，除具有普通微量元素的促生长、营养作用外，还能缓解生猪养殖中存在的微量元素高剂量添加、吸收利用率低、重金属残留、环境污染等问题，对于生猪养殖健康可持续发展具有重要意义。目前，应用于养殖生产的纳米微量元素主要有纳米铜、纳米铬、纳米硒和纳米锌，文内总结了以上几种纳米微量元素在生猪养殖的应用及发展前景，旨在为养猪生产上合理应用微量元素添加剂提供重要依据。

1 纳米铜

1.1 提高生长性能

纳米铜可以提高仔猪、生长肥育猪的生长性能，降低仔猪腹泻率。0．3%载铜硅酸盐纳米微粒（CSN）组提高仔猪平均日增重（ADG）(P＜0．05)，0．2%，0．3%CSN 显 著 降 低 仔 猪 腹 泻率（P＜0．01)[1]。 应 用纳米载铜蒙脱石（1500 mg/kg MMT-Cu）， 仔 猪 平均日采食量（ADFI）较基础日粮组提高5．93%（P＜0．05）；肥育猪ADG 较抗生素组增加 21．45%（P＜0．05），料重比降低 16．72%(P＜0．01)，全程料重比较基础日粮组降低7．50%(P＜0．01)[2]。纳米铜显著增加肥育猪血清生长激素、胰岛素含量(P＜0．01)[2]。提示CSN促进猪生长性能提高，可能通过机体生长激素的增加实现。

1.2 增强抗氧化能力

纳米铜能够提高猪血液、组织抗氧化能力。日粮中添加纳米铜使肥育猪血清超氧化物歧化酶（参考文献）活性比对照组提高 146．83%（P＜ 0．05），较抗生素提高 98．22%（P＜ 0．05）[2]。纳米氧化铜组（50，200 mgCu/kg，）的铜锌超氧化物歧化酶（CuZn-参考文献）基因表达量比对照组（5 mgCu/kg）、同剂量CuSO4组显著降低（P＜ 0．05）[3]。

1.3 促进消化吸收

由于纳米结构的特殊性，纳米铜较常规铜更容易被机体吸收利用，可减轻铜在组织的残留，减少铜的排放[1]。纳米铜会改变肠道消化酶、合成酶的活力，继而改变机体营养物质的消化吸收利用率。CSN（0．2%，、0．3%）可显著增加十二指肠内容物脂肪酶、空肠黏膜二糖酶活性（P＜0．05）[1]。纳米氧化铜增加CP活性，降低NO含量及一氧化氮合成酶（NOS）活性，纳米铜（60 mg/kg）能提高饲料粗蛋白、粗脂肪和钙的表观消化率 (P＜0．05)[2]。与抗生素相比，MMT-Cu能降低背肌脂肪含量（P＜0．05），增加肌肉中蛋白质含量（P＜0．05）[4]。纳米铜对于维持仔猪肠道形态具有一定作用，能促进营养物质吸收。CSN（0．2%，0．3%）显著提高十二指肠、空肠、回肠的绒毛、微绒毛长度 (P＜0．01)，降低隐窝深度 (P＜0．01)，提高绒毛高度：隐窝深度比值 (P＜ 0．05)[1]。

1.4 调节肠道菌群结构

纳米铜可以改善生猪肠道菌群结构，调节微生态系统。高铜（180 mgCu/kg，CuSO4）对杜洛克×大白猪粪便大肠杆菌、沙门氏菌菌落数分别比纳米铜组（10 mgCu/kg，CSN）降低了3．45%（P＜ 0．05）、3．48%(P＜ 0．05)；CSN（10 mgCu/kg）、高铜（180 mgCu/kg ， CuSO4）均可显著降低杜洛克×斯格猪粪便大肠杆菌、沙门氏菌菌落数（P＜ 0．05）[4]。0．2%，0．3% CSN调节仔猪肠道微生态，降低肠段内容物pH（P＜0．05），同时降低病原菌（大肠杆菌、沙门氏菌）数量(P＜0．01)[1]。

1.5 其他

低浓度的纳米铜对于猪具有免疫作用，高浓度对机体产生损害。纳米氧化铜（50 mgCu/kg）组仔猪十二指肠、回肠、盲肠的Toll样受体2（TLR2）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）表达量显著低于 CuSO4组（50 mgCu/kg，P＜0．01）；200 mg/kg纳米氧化铜，降低血清中白介素-2（IL-2）、免疫球蛋白M（IgM）的含量，升高TNF-α含量[3]。高剂量的纳米铜（10，20，40μg/ml）具有随着浓度的增加，使猪血清中丙二醛（MDA）含量明显增加，参考文献活性降低[5]。因此，在生产中需要注意纳米铜的使用浓度、使用时间。通过文献查阅，目前认为使用纳米铜最佳浓度范围是10～200 mg/kg。

2 纳米铬

2.1 提高肥育猪生长性能、胴体性能

纳米铬主要应用于肥育猪，能提高其生长性能，改善胴体性能。Wang等[6]报道，铬壳聚糖纳米粒子（Cr-CNP，200 μg/kg） 使 肥 育 猪 ADG提高 6．31 %(P＜ 0．05)，料重比下降4．61 %(P＜ 0．05)。Cr-CNP（200 μg/kg)提高肥育猪瘦肉率、眼肌面积（10．55%，20．22 %，P＜ 0．05)，降低脂肪率、背膘厚（32．54 %、24．32%，P＜0．05)[6]。除以上指标外，纳米铬（200 μgCr/kg）还能提高背最长肌、半膜肌重量(P＜0．05)[7]。

2.2 改善肥育猪肉品质

纳米铬能提高肥育猪肉品质。纳米 铬（200 μgCr/kg） 组 较 氯 化 铬（200 μgCr/kg）组肥育猪背最长肌24 h 滴水损失降低21．48 %(P＜0．05)，肌红蛋白含量提高75．89%(P＜0．05)，对45 min pH，L，a，b，大理石纹和肉色评分、粗蛋白、肌内脂肪和肌苷酸含量未产生显著影响(P＞0．05)[7]。

2.3 改善血液指标

纳米铬对猪生长的效果优于常规铬源，可调控机体脂代谢。纳米铬能改善机体血液生化指标，促进机体健康。纳米铬（200 μgCr/kg）与基础日粮相比，提高血清总蛋白、游离脂肪酸、高密度脂蛋白、胰岛素样生长因子1含量及脂肪酶活性(P＜0．05)，降低葡萄糖、胰岛素、尿素氮、甘油三酯、胆固醇含量(P＜0．05)[6]。纳米铬显著提高肥育猪血清生长激素的总体水平、最低值、峰值及峰持续时间(P＜0．05)，氯化铬对生长激素分泌无显著影响(P＞0．05)[8]。

3 纳米硒

3.1 提高猪的生长性能、促进硒沉积

纳米硒能够促进猪生长，提高仔猪ADFI[9]、ADG[9-10]， 降 低 料 重 比[9]。纳米硒能较其他形式硒沉积量大，其在机体沉积受添加水平的影响。纳米硒（0．1 mg/kg，0．3 mg/kg，0．5 mg/kg）能提高肥育猪血清、肝脏、肾脏、胰脏、心脏的硒含量（P＜0．05），机体硒沉积含量随硒水平递增而增加[11]。纳米硒添加水平（0．3～ 0．7 mgSe/kg）对仔猪血浆硒含量影响不显著（P＞0．05）[10]。这主要是由于纳米硒的工艺造成的，不同工艺的纳米硒，其粒径、空间结构有所不同，机体吸收沉积硒的方式也存在差异。

3.2 提高仔猪抗氧化能力

纳米硒可提高机体抗氧化酶活力，降低MDA含量，促进机体抗氧化能力。纳米硒（0．5 mg Se/kg）组仔猪血清总抗氧化能力（T-AOC）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）活力显著高于基础日粮组（P＜0．05），不同硒源和不同硒添加水平对血清MDA含量无影响（P＞ 0．05）[10]。三个不同剂量（0．1 mg/kg，0．3 mg/kg，0．5 mg/kg）纳米硒组较基础日粮均能提高肥育猪血清及肝脏、肾脏、胰脏、心脏的抗氧化功能，提高GSH-PX、T-AOC、参考文献活力，降低血清及各组织器官 MDA 含量（P＜0．05）[11]。生物纳米单质硒可激活Nrf2-ARE通路提高下游抗氧化酶的蛋白表达与活性，提高含硒酶的蛋白表达与活性两种路径，提高猪空肠上皮细胞(IPEC-J2)抗氧化能力[12]。

图1 实验过程

3.3 其他

纳米硒能够提高猪的免疫球蛋白、细胞因子、激素等，调节机体生长发育。纳米硒提高血清 IgG[9，13]，IgM[9，13]，IgA[9，13]，C3[9]，3，5，3′ - 三碘甲腺原氨酸含量[13]。纳米硒(0．8mg Se/kg)能降低肌肉滴水损失、挥发性盐基氮（P＜ 0．05），0．5 mg，0．8 mg Se/kg 添加水平显著提高肌肉嫩度和Hart透过率（P＜0．05）[14]。硒能提高仔猪十二指肠、空肠、回肠的肠绒毛高度，降低隐窝深度，纳米硒（0．5 mg Se/kg）维持肠道黏膜形态效果优于酵母硒（0．5 mgSe/kg）[9]。

4 纳米锌

4.1 提高仔猪生长性能

纳米氧化锌能够有效提高仔猪的生长性能、降低大肠杆菌数量、降低腹泻率。饲粮添加700 mg/kg凹土纳米氧化锌较基础日粮组显著提高断奶仔猪 ADFI、ADG(P＜ 0．05)，腹泻率、腹泻指数显著降低(P＜0．05)[15]。普通氧化锌（3000 mg/kg）、纳米氧化锌（300 mg/kg，500 mg/kg）显著提高断奶仔猪ADG（P＜0．05），显著降低料重比、腹泻率（P＜0．05），ADFI差异不显著（P＞0．05）[16]。纳米氧化锌（0 mg Zn，300 mg Zn，400 mg Zn，500 mg Zn，600 mg Zn/kg） 提 高 了仔猪断奶后0～14 d、0～28 d的ADG，同时降低仔猪断奶后的腹泻率；600 mg Zn/kg纳米氧化锌组与2000 mg Zn/kg氧化锌组之间ADG、ADFI、腹泻率无显著差异[17]。可见，低剂量纳米氧化锌可替代高剂量普通氧化锌（3000 mg/kg），达到促进生长、降低腹泻率的效果。

4.2 改善血液指标

纳米氧化锌可以改善仔猪血液指标。1000 mg/kg凹土纳米氧化锌组血液总胆固醇、甘油三脂含量显著降低（P＜0．05），高密度脂蛋白含量显著提高（P＜0．05），促进脂肪分解，加快胆固醇等脂类物质转化，促进脂肪代谢[15]。对断奶仔猪肠黏膜通透性，普通氧化锌（3000 mg/kg）、纳米氧化锌（300 mg/kg、500 mg/kg）极显著降低断奶仔猪血浆D-乳酸（P＜0．01）、二胺氧化酶（P＜ 0．05）[16]。

4.3 提高抗氧化、免疫功能

纳米氧化锌能够提高仔猪抗氧化、免疫功能，缓解断奶应激。氧化 锌（3000 mg/kg）、 纳 米 氧 化 锌（300 mg/kg，500 mg/kg）组仔猪胰脏CuZn-参考文献活性显著高于基础日粮组（P＜0．05），肝脏CuZn-参考文献活性差异不显著（P＞0．05）[16]。纳米氧化锌（400～600 mg Zn/kg）提高了仔猪断奶后第14 d血清胰岛素、IgG和参考文献以及肝脏参考文献、金属硫蛋白含量，降低了仔猪断奶第14 d血清、肝脏MDA含量，600 mg Zn/kg纳米氧化锌与2000 mg Zn/kg氧化锌以上指标均无显著差异[17]。纳米氧化锌（120 mg Zn/kg）较普通氧化锌（80 mg Zn/kg）增加血清锌浓度，碳酸酐酶活性、激素水平[18]。

4.4 提高消化吸收利用率

纳米氧化锌提高机体锌吸收利用，减少锌排放。纳米氧化锌（120 mg Zn/kg）增加断奶仔猪锌消化率[18]。在断奶仔猪饲粮中添加纳米氧化锌（1200 mg/kg），增加血浆和组织锌浓度（肝脏、胫骨）[19]，仔猪组织和排泄物中锌的含量更低，减少锌的富集，提高锌的吸收利用[20]。

4.5 维持肠道健康

纳米氧化锌能够维持肠道形态，调节肠道微生态系统。纳米氧化锌（1200 mg/kg）改善仔猪肠道形态（增加十二指肠和回肠绒毛长度、隐窝深度和绒毛表面），增强ZO-1 mRNA在回肠黏膜中的表达，显著降低二胺氧化酶[19]。600 mg Zn/kg纳米氧化锌显著提高仔猪断奶后第14 d空肠绒毛高度∶隐窝深度，提高结肠中厚壁菌门和乳杆菌属的相对比例（P＜0．05与P＜0．01），第14 d回肠、盲肠食糜乳酸菌、乙酸和总挥发性脂肪酸水平，盲肠中总厌氧菌数量，降低回肠总好氧菌数量[20]。

5 小结

生猪养殖中，高剂量微量元素的使用，严重危害猪肉安全，污染环境。纳米技术的应用可有效解决普通微量元素高剂量使用带来的问题。而纳米微量元素对猪作用机制的相关研究较少，其在仔猪体内的消化吸收、转运、代谢以及生物学作用、毒理性质等需要进一步的研究。随着环保问题的加剧，人们对绿色产品的追求，开发高效、低残留、安全、环保的纳米微量元素添加剂是养猪健康发展的必然趋势。