家禽微量元素敏感指标研究进展

孙静静 张炳坤

(中国农业大学动物科技学院，动物营养学国家重点实验室，北京 2100193)

饲粮中必需水平的微量元素补给对家禽的生长发育、免疫功能和抗氧化性能等至关重要。家禽微量元素缺乏或过量会影响其生长发育，严重时会导致疾病甚至死亡。因此，要根据需求及时适量地对饲粮中微量元素进行调整。品种和生长阶段等因素会影响家禽对各微量元素的需要量，因此需通过监测各微量元素相应的敏感指标来监控家禽体内微量元素状况，从而对饲粮进行相应的调整。所以，筛选出能够随微量元素变化而敏感变化的指标至关重要。本文综述了国内外最新相关试验研究，筛选了确定家禽铜、铁、锰、锌需要量的敏感指标和评价各微量元素生物学利用率的敏感指标，以期为读者提供一些全面系统地衡量、监测微量元素状况的参考生理生化指标。此外，通过现有研究总结发现，微量元素测定通常需剖杀鸡只，费时费力且成本较高，本文通过比较各微量元素的敏感指标，期望找到对微量元素变化敏感且无需剖杀鸡只的无损指标，从而提高检测效率和经济收益。

1 铜的敏感指标

铜是人类最早发现并使用的金属之一。作为一种畜禽必需微量元素，铜是机体一些重要酶的组成成分，其具有参与被毛色素和血红蛋白的合成、影响糖代谢和维持心血管结构完整等功能[1-2]。基础饲粮中的铜能基本满足家禽的需要，因而在实际生产中很少出现铜缺乏。但不同地区饲料原料中铜元素的含量和利用率存在较大差异，因此需综合考虑多方面因素，精准配制饲粮，以满足家禽机体铜需要[3]。家禽铜缺乏会导致其生产性能下降、骨骼发育不良、免疫缺陷和贫血等。通过综合近年国内外研究进展，本文筛选出了一些敏感指标，可作为判断家禽饲粮中铜是否缺乏或过量的依据，主要包括铜蓝蛋白活性、肝脏铜含量和铜锌-超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)活性。此外，铜蓝蛋白活性和肝脏铜含量还能作为评价家禽铜生物学利用率的敏感指标。

1.1 评价家禽铜需要量的敏感指标

1.1.1 铜蓝蛋白活性

铜蓝蛋白活性是铜相关研究中最常用的指标。铜蓝蛋白是铜主要结合蛋白和急性期蛋白，在脑铁代谢过程中发挥至关重要的作用，血液中有60%～90%的循环铜都以铜蓝蛋白形式存在[4-5]；同时，铜蓝蛋白能作为铜元素和铁元素代谢之间的分子联系，其活性降低会影响铁的吸收效率而导致贫血。Goodman等[6]认为，铜蓝蛋白活性可被认定为体内铜状态标志物。多项研究发现，家禽饲粮中铜缺乏会导致血液铜蓝蛋白活性显著低于正常铜处理[7-9]。Ognik等[10]研究表明，缺铜处理导致的血液中铜蓝蛋白活性降低是因为血浆中含有的铜不足以确保其正常代谢。Kaya等[8]比较了正常饲粮和铜缺乏饲粮对肉鸡血液中铜蓝蛋白活性的影响，检测显示试验前正常肉鸡血液中铜蓝蛋白活性约为4 mg/dL，试验结束后，饲喂正常饲粮的肉鸡血液中铜蓝蛋白活性仍维持在4 mg/dL左右，但饲喂铜缺乏饲粮的肉鸡血液中铜蓝蛋白活性显著降低。因此，当肉鸡血液中铜蓝蛋白活性明显低于4 mg/dL时，可能提示肉鸡出现铜缺乏。

1.1.2 CuZn-SOD活性

鸡只体内铜缺乏会直接影响CuZn-SOD、谷胱甘肽过氧化物(GSH-Px)和丙二醛(MDA)等抗氧化相关物质的活性或含量，从而出现氧化应激和氧化损伤等不良反应。Gaetke等[11]认为CuZn-SOD是铜状态的敏感标记物。研究发现，铜缺乏会导致家禽CuZn-SOD活性降低[12-14]，而CuZn-SOD活性降低会导致机体对自由基的防御能力下降，活性氧浓度升高，脂质过氧化加剧，出现氧化损伤，严重时还会导致胚胎发育缺陷[15]。Majewski等[16]的研究结果表明，CuZn-SOD对短期缺铜很敏感，从而可反映动物体近阶段是否处于铜缺乏状态。

1.1.3 肝脏铜含量

大部分生物体细胞中都存在铜元素，但动物肝脏、心脏和大脑中的含量相对较高[11，17]。所以肝脏等组织中铜含量的变化能清晰地反映动物机体铜状态。此外，肝脏铜含量能作为评价铜中毒的重要指标，饲粮中过量添加铜会导致其成倍增加，而其他脏器中铜含量并未明显增加。研究发现，当肉鸡肝脏铜含量高于100 mg/kg、蛋鸡肝脏铜含量高于5 mg/kg，会出现不同程度的中毒症状[12，18-19]。

1.2 评价家禽铜生物学利用率的敏感指标

研究发现，铜蓝蛋白活性和肝脏铜含量均能作为评价不同铜源生物学利用率的依据。部分研究中以铜蓝蛋白活性为评价铜含量和状态的依据，以比较不同铜源的生物学利用率。吴学壮等[7]以血浆中铜蓝蛋白活性为评价指标，发现碱式氯化铜和蛋氨酸铜对肉仔鸡的相对生物学利用率与硫酸铜相比分别为141.05%和142.07%。本文查阅相关文献，对以肉鸡肝脏铜含量为指标评价不同铜源生物学利用率的研究进行了总结(表1)，各项研究结果均表明，肝脏铜含量随饲粮中铜的添加量的增加而显著提高，不同铜源之间生物学利用率存在较大差异。

表1 以肝脏铜含量为评价指标比较肉鸡对不同铜源的生物学利用率

2 铁的敏感指标

铁作为动物必需的微量元素，主要以含铁酶和功能蛋白等形式发挥作用，影响动物机体代谢和能量利用等。动物体内大部分铁都用来形成血红蛋白(Hb)，Hb中的铁含量占总铁量的70%左右，还有约20%的铁存在于肌红蛋白中，1%左右的铁存在于含铁酶中[22-23]。动物铁缺乏会出现缺铁性贫血、免疫力下降等不良反应。研究发现，大部分地区的家禽基础饲粮中铁含量基本能满足生长需要[24]，但快速生长的肉鸡对铁的需要量较高，所以不及时补给易出现铁缺乏症而影响经济收益。因此，需要通过检测铁需要量的敏感指标来调整饲粮铁含量。家禽饲粮中添加的铁源包括无机铁和有机铁，为了比较不同铁源的作用效果，通常需要测定铁的生物学利用率。而评价生物学利用率最常用的办法就是通过测定敏感指标后计算。本文总结发现，家禽体内铁需要量的敏感指标主要包括：Hb浓度、过氧化氢酶(CAT)活性和转铁蛋白含量；此外，Hb浓度、肝脏或血清中铁含量通常用来评价家禽体内铁的生物学利用率。

2.1 评价家禽铁需要量的敏感指标

2.1.1 Hb浓度

Hb参与氧气运输，作为载体负责运输各个器官有氧呼吸需要的氧气，同时将代谢和呼吸产生的二氧化碳运送到肺脏排出体外。体内大部分铁以Hb形式存在，因而Hb浓度能反映动物机体铁状况。此外，动物缺铁多表现为缺铁性贫血，而Hb浓度也可以作为判断是否贫血的重要依据[25]。研究发现，家禽采食缺铁饲粮后Hb浓度显著降低，补充铁后则Hb浓度升高[26]。对相关文献[26-29]进行总结(表2)后发现，正常肉鸡血清中Hb浓度测定值多在50～120 g/L。

表2 饲粮中添加不同铁源的肉鸡血液中Hb浓度参考值

2.1.2 CAT活性

机体缺铁或过量都会产生大量自由基而损坏抗氧化功能。体内超氧化物歧化酶能将活性氧转化为过氧化氢(H2O2)，而CAT作为体内最主要的抗氧化剂之一，主要作用就是破坏H2O2，抑制其发挥作用，从而提高机体的抗氧化能力[30]。吴建设等[31]研究发现，与正常饲粮相比，饲喂缺铁饲粮会显著降低肉鸡肝脏等组织中CAT活性。本文综合多个研究结果[27-28，32-33]，总结了肉鸡血清和组织中CAT活性范围(表3)，因日龄、铁源和试验条件等因素的影响，不同研究中CAT活性范围存在一定差异。

表3 饲粮中添加不同铁源的肉鸡血清和组织中CAT活性参考值

2.1.3 转铁蛋白含量

转铁蛋白在肝脏中合成并分泌到血浆中，主要作用是在生理条件下运输铁并使三价铁离子(Fe3+)保持可溶形式，转铁蛋白在维持体内铁平衡的同时还能参与机体免疫反应。人体中的转铁蛋白能作为是否存在铁缺乏的敏感指标，以此来确定机体是否存在缺铁性贫血[34]。此外，转铁蛋白作为枢纽在动物体内铁代谢过程中发挥重要作用。唐胜球等[35]研究发现，饲粮中添加80 mg/kg的纳米硫酸亚铁能显著提高蛋鸡血清中转铁蛋白含量。同时，有研究发现，转铁蛋白受体含量也能作为敏感指标评价机体是否处于铁缺乏状态[36]。

2.2 评价家禽铁生物学利用率的敏感指标

2.2.1 Hb浓度

Hb浓度可作为敏感指标来评价肉鸡对不同铁源的生物学利用率[37]。Ma等[26]认为，肉鸡Hb浓度对于评估铁源的生物利用率非常敏感，且效果优于红细胞压积。孙健[27]研究得出，肉鸡Hb浓度随着饲粮中甘氨酸亚铁含量的升高而呈线性和二次曲线增加；与无机铁相比，家禽饲粮中添加有机铁提高Hb浓度的效果更加明显，以Hb浓度为评价指标，得出有机铁的生物学利用率相比于硫酸亚铁(100%)提高了17%[26]。

2.2.2 肝脏或血清中铁含量

评价铁生物学利用率最常用的方法是检测敏感组织和血液中铁含量。铁在体内储存和代谢的主要位置是肝脏和肾脏，肝脏里的铁以铁蛋白和转铁蛋白等形式存在，在机体代谢需要铁时则通过血液从肝脏运送到各个器官。研究发现，肉鸡肝脏铁含量随饲粮铁含量的升高而线性升高[29]。因此，在评价不同铁源的作用效果和生物学利用率时也多用肝脏铁含量作为依据。Shinde等[38]研究表明，肉鸡缺铁条件下饲喂有机铁饲粮比无机铁饲粮更有利于肝脏铁沉积；Cao等[39]在玉米-豆粕型基础饲粮中分别添加饲料级和试剂级硫酸亚铁，发现肉仔鸡对饲料级硫酸亚铁的生物学利用率为试剂级的88.3%；郭荣富等[40]以肉鸡肝脏铁22含量为评价指标，得出蛋氨酸铁相对于硫酸亚铁(100%)的生物学利用率为95%。但Seo等[41]的研究结果显示，采食添加蛋氨酸螯合铁的饲粮会导致肉鸡肝脏铁含量高于采食添加硫酸亚铁的饲粮。不同研究所得结果不一致可能是由基础饲粮中铁含量存在差异或试验动物不同等因素造成的。此外，姜俊芳等[42]研究发现，血清铁含量也可用来监测家禽的铁营养状况，血清铁指的是血清中转铁蛋白中的铁，有研究证明其含量与饲粮铁含量呈显著正相关。同时，周桂莲等[37]也证明血清铁含量可以作为评价不同铁源生物学利用率的敏感指标。

3 锰的敏感指标

锰作为体内各种酶的组成成分及活化因子，在脂类、碳水化合物、蛋白质和胆固醇代谢过程中发挥重要作用。此外，机体缺锰会影响骨骼的形成，造成骨骼发育异常[43]。家禽缺锰时会出现骨调节激素紊乱，进而导致软骨发育不良[44]。生长鸡缺锰的典型症状是滑腱症；雏鸡缺锰会产生神经症状，表现出观星姿势；而蛋鸡缺锰可导致蛋壳质量变轻，甚至产软壳蛋。此外，鸡相较于哺乳动物更易缺锰，其原因是鸡对锰的需要量较高而基础饲粮中锰含量较低，且其肠道对锰的吸收率也低。因此，通过检测相关敏感指标来监控家禽体内锰状况尤为重要。本文综合多年研究发现，家禽锰需要量的敏感指标主要包括锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)活性和蛋壳品质，而评价家禽锰生物学利用率则通常采取测定家禽骨骼中锰含量的方法。

3.1 评价家禽锰需要量的敏感指标

3.1.1 Mn-SOD活性

Mn-SOD存在于线粒体中，在抗氧化防御系统中起重要作用。研究表明，Mn-SOD活性和mRNA表达水平是由锰诱导的，这支持了锰能增强Mn-SOD基因表达的假说，可能是鸡胚胎发育过程中保护心肌细胞免受氧化应激的影响因素[45]。研究发现，肉鸡饲喂缺锰饲粮会导致心脏Mn-SOD活性下降26%[46]。Gao等[47]研究表明，爱拔益加(AA)肉鸡心肌Mn-SODmRNA和蛋白表达水平以及Mn-SOD活性对锰均呈剂量依赖性和时间依赖性。Li等[48]基于心肌Mn-SOD活性这一指标，发现1～21日龄AA肉仔鸡对饲粮中锰需要量约为130 mg/kg，稍高于NRC(1994)目前推荐的锰需要量的2倍。此外，Zhao等[49]研究得出，与硫酸锰相比，腐殖酸锰提高了肉鸡心脏Mn-SOD的活性和mRNA表达水平。总的来说，相对于Mn-SOD蛋白表达水平，心肌Mn-SODmRNA表达水平以及Mn-SOD活性是评价肉鸡锰需要量的重要指标。

3.1.2 蛋壳品质

饲喂低锰饲粮会影响蛋壳形成，导致蛋鸡产出破壳蛋、软壳蛋或畸形蛋，还会降低产蛋量。蛋壳质量改变主要是由于超微结构发生改变，蛋壳超微结构是碳酸钙和有机基质互相嵌合形成的。糖胺聚糖(GAG)是有机基质的重要组成成分之一，可通过改变超微结构来调控蛋壳品质。Xiao等[50]认为，饲粮中添加锰可以通过促进蛋壳腺体中糖胺聚糖和尿酸的合成，从而改善海兰(灰)蛋鸡蛋壳质量。在饲粮中补充无机锰或者有机锰均可以通过提高蛋壳强度和蛋壳厚度来改善蛋壳品质[51]。Zhang等[52]以蛋壳品质为判据，发现正常基础饲粮中无机锰形式锰的适宜添加量为110～120 mg/kg，有机锰(氨基酸锰)形式锰的适宜添加量为80～90 mg/kg，并且有机锰还可通过提高基质膜中糖胺聚糖含量、降低乳突宽度而提高蛋壳韧性。

3.2 评价家禽锰生物学利用率的敏感指标

研究发现，家禽肝脏、肾脏和骨骼中锰的含量均可作为评价锰生物学利用率的敏感指标，其中骨骼中锰含量最高，应用最为广泛[53]。跖骨相比于肝脏和心脏等器官对铜的沉积更敏感，因此跖骨锰含量常作为敏感指标评价家禽对锰的生物学利用率[54]。同时，多项研究中通过测定胫骨中锰含量来评价骨骼中锰元素的沉积情况。Jasek等[55]研究发现，随饲粮中羟基氯化锰的添加，肉鸡胫骨锰含量显著提高；Mwangi[56]试验结果表明，肉仔鸡基础饲粮中添加锰能提高胫骨灰分中锰沉积量。大多研究中的骨骼锰含量都是测定的跖骨或胫骨灰分中的锰含量，需要剖宰鸡只并分离骨骼等，费时费力且损失较大。罗绪刚等[57]研究发现，鸡中脚趾骨骨灰中锰含量能有效替代跖骨和胫骨灰分中锰含量来评价家禽体内锰状况，不用剖杀鸡只。

4 锌的敏感指标

自1963年Prasad等[58]发现并阐述锌元素缺乏后，人们对锌元素进行了大量的研究。研究表明，锌元素不是有毒金属元素而是不可或缺的微量营养元素。作为畜禽生长必需的微量元素，锌是动物体内多种酶的组成成分，对细胞增殖以及动物生长、免疫、生殖和抗氧化等具有重要意义。家禽缺锌会出现骨骼发育不良、免疫缺陷、禽蛋品质下降和生殖功能减退等不良反应，因此监控动物体内锌状况，及时发现缺乏并适量补给，能减少缺锌导致的经济损失。本文通过总结近年相关研究，发现评价家禽锌需要量的常用敏感指标主要有碳酸酐酶(CA)、碱性磷酸酶(AKP)活性和金属硫蛋白(MT)含量，最常用作评价家禽锌生物学利用率的敏感指标为骨骼锌含量。

4.1 评价家禽锌需要量的敏感指标

4.1.1 CA活性

锌是CA的活性因子，因此CA活性能准确反映机体锌含量。饲粮锌能通过提高蛋鸡血浆和蛋壳腺内CA活性，促进碳酸钙的沉积，从而提高蛋壳重量和厚度，改善蛋壳质量。Zhang等[59]评价了不同来源和水平锌对蛋鸡产蛋性能、CA活性和鸡蛋品质的影响，结果发现，饲粮添加锌能线性和二次曲线提高血浆和蛋壳腺中CA活性，蛋壳厚度也相应提高；此外，有机锌(氨基酸锌)比无机锌在提高CA活性方面更有效。张亚男等[60]研究发现，与不添加锌的对照组相比，饲粮添加锌能极显著提高蛋鸡蛋壳腺和血清中CA活性，改善蛋壳品质。随着饲粮锌含量的提高，蛋鸡血清中CA活性呈线性变化，蛋壳腺中CA活性呈二次曲线变化。同时，有研究发现，等量羟基蛋氨酸螯合铜锰锌替代无机锌能更有效地提高蛋鸡肝脏中CA活性[61]。

4.1.2 AKP活性

AKP能通过水解磷脂酶来影响软骨发育和骨骼形成，其活性降低会导致骨骼发育不良，而锌作为AKP和CuZn-SOD等酶的组成部分，会直接影响这些酶的活性。研究发现，AKP活性能作为判断机体是否处于轻度或严重缺锌状态的重要依据[62]。Qin等[63]研究发现，肉鸡饲粮中添加锌能显著提高血清AKP活性。

4.1.3 MT含量

MT是动物肾脏和肝脏中锌元素的主要储存形式，具有预防氧化损伤、参与细胞内元素代谢和应激防护等作用[64]。机体中MT具有很高的锌结合能力，是锌最强的生物结合配体之一，MT基因的表达受锌含量的调节。人体中MT的含量对饮食中的锌摄入敏感。补锌可在促红细胞生成过程中诱导红细胞中MT的合成，而低锌摄入则可减少红细胞中蛋白质的合成或加速蛋白质的降解。因此红细胞中的MT含量能作为敏感指标评估人体锌状态[65]。有研究发现，外周血单核细胞中的MT2AmRNA表达水平可以作为确定锌状态的指标，反映健康成年人的饮食锌摄入量[66]。此外，张军霞[67]研究发现，MTmRNA的相对表达丰度能够作为敏感指标评估鸡只体内锌营养状况，饲粮中锌添加量为60 mg/kg时蛋鸡肝脏和肾脏中MTmRNA的相对表达丰度均高于锌添加量为180 mg/kg时。

4.2 评价家禽锌生物学利用率的敏感指标

骨骼是机体锌沉积量最多的部位，骨骼锌含量能敏感地反映出动物体内锌水平，部分研究以骨骼锌含量为依据，评价动物对不同锌源的生物学利用率。Min等[68]研究结果显示，不同来源和水平的锌均能影响胫骨灰分中锌沉积量，以添加40 mg/kg有机锌(羟基蛋氨酸锌螯合物)时效果最佳；Wedekind等[69]研究发现，胫骨锌含量随饲粮锌添加量的增加呈线性变化，以胫骨锌含量为评价依据，结果显示无论采用纯合饲粮还是半纯合饲粮，蛋氨酸锌的生物学利用率都高于硫酸锌和氧化锌；Cao等[70]研究结果表明，与无机锌和蛋氨酸锌相比，蛋白质螯合锌具有更高的骨骼锌含量。以无机锌为标准(100%)，以骨骼锌含量为评价指标，计算得到蛋白质螯合锌在肉鸡3、6和9日龄的生物学利用率分别为110%、124%和116%。

5 小 结

生产实践中，通过微量元素相关敏感指标检测结果及时调整饲粮微量元素组成和添加量，对于保证家禽生产效率来说至关重要。综合近年来相关研究发现，铜、铁、锰、锌均有多个敏感指标能及时、准确地反映家禽体内微量元素状况，其中这些微量元素在肝脏等组织或血液中沉积量稳定，结果准确，应用更为广泛。此外，各微量元素均能通过采集鸡只血液进行不同指标的检测来验证鸡只体内是否处于微量元素缺乏状态，或比较不同来源微量元素的作用效果。血液检测能够避免屠宰动物，符合动物保护与福利原则且能减少经济损失，所以未来微量元素敏感指标的研究更偏向于无损或低损指标，例如血液、趾甲和羽毛等，同时也需根据家禽品种、生长阶段和饲粮组成等实际生产因素对现有敏感指标进一步补充和验证，以提供一个完整、准确的微量元素监控系统。