乳仔猪铁营养调控研究进展

代发文， 刘 辉， 黄 霞， 马 静， 易祖建

（1.乐山师范学院，四川乐山 614000；2.竹类病虫防控与资源开发四川省重点实验室，四川乐山 614000；3.北京大伟嘉生物技术股份有限公司，北京100085；4.四川金微健农牧科技有限公司，四川成都 611330）

铁是动物必需的微量元素之一，是机体许多重要酶的组成成分，广泛参与氧的运输、电子传递、三羧酸循环、血红蛋白和肌红蛋白合成等。仔猪出生时大约只有50 mg铁储备，体重每增加1 kg需20 mg铁（NRC，2012），而母乳中铁含量整体水平均较低（低于10 mg/kg），初乳时最低（Hu等，2018）。为预防乳仔猪铁不足，当前养猪生产中主要采用注射铁剂进行补铁。然而补铁不当可能对生产性能带来负面影响，乳仔猪铁不足可能出现缺铁性贫血、生长受限（Heidbüchel等，2019），铁过量可能影响肠道微生物菌群平衡、出现腹泻（Chen等，2020）。本文就乳仔猪补铁方案及其调控机制进行综述，以期为猪场根据实际生产情况制定乳仔猪科学补铁方案提供理论依据。

1 “母仔一体化”补铁对乳仔猪铁营养状况的影响

1.1 母源补铁对乳仔猪铁营养状况的影响 血红蛋白浓度可作为评价铁缺乏指标，对五个商业猪场248头妊娠母猪血液指标检测发现，血红蛋白参考区间为103.1～145.0 g/L（Bhattarai等，2019）。母猪血红蛋白浓度90～102 g/L时为轻度贫血，80～90 g/L为中度贫血，低于80 g/L为重度贫血，通过饲喂无植酸酶无铁添加剂低铁日粮并间歇性清除血红蛋白建立缺铁型贫血妊娠母猪模型，其分娩仔猪的红细胞压积和红细胞数量显著降低，血红蛋白含量也有降低趋势（Rydal等，2021）。血红蛋白对仔猪初生重和成活率存在一定影响，对1029头大白母猪和858头长白母猪及其分娩的7857窝仔猪进行遗传参数测定，结果发现高血红蛋白与较低死胎仔猪数和较高断奶前成活率在遗传上存在相关性，选择体重较大的仔猪可能会降低母猪和仔猪血红蛋白水平，选择较高的产仔数将降低仔猪平均初生重和断奶前成活率，并可能导致仔猪血红蛋白含量降低（Hollema等，2020）。妊娠期母猪缺铁还会对胎儿听力和神经系统发育产生不利影响（Yu等，2016；Jougleux等，2014）。上述研究表明，妊娠期母猪缺铁会影响其仔猪铁营养状况和生产性能，因此制定乳仔猪铁营养预防措施应从“母仔一体化”角度进行设计。

鉴于母体铁营养状况的重要性，有研究者试图通过强化妊娠母猪补铁以期实现对仔猪生产性能的改善，结果表明，妊娠中期注射2500 mg右旋糖酐铁对母猪及其所产仔猪血液指标和死胎数均无显著影响（Bhattarai等，2019），母猪对注射铁剂耐受性良好，母体注射铁剂可能并不是改善乳仔猪机体铁储备的有效方式。对妊娠85 d母猪饲喂80 mg Fe/kg硫酸亚铁或甘氨酸铁，结果发现甘氨酸铁组活仔窝重显著高于硫酸亚铁组，母猪胎盘铁浓度显著增加，但新生仔猪肝脏和肾脏铁浓度显著降低，对初乳铁含量也无显著影响（Wan等，2018），这表明补饲强化母猪铁营养可通过增强胎盘铁运输来改善仔猪初生重，但对仔猪铁储备和母乳铁含量的作用效果有限。而另一试验在妊娠母猪基础日粮中添加50、80、110、140 mg Fe/kg甘氨酸铁或硫酸亚铁，结果发现甘氨酸铁组新生仔猪组织铁含量、血红蛋白和血液生化指标优于硫酸亚铁组，随着添加水平增加呈二次线性响应，添加110 mg/kg甘氨酸铁优于其他补铁方案（Li等，2018）。关于妊娠母猪补铁调控乳仔猪铁储备的效果报道并不一致，可能与胎盘屏障和补铁方案有关，应用有机铁的效果优于无机铁。

1.2 注射铁剂对乳仔猪铁营养状况的影响 注射铁剂是生产中最常见的补铁方式之一，注射次数和剂量对乳仔猪铁营养状况和生长性能存在影响。注射不同剂量铁剂试验发现，100 mg铁剂组仔猪在哺乳期生长性能表现更好，而200 mg铁剂组在随后保育期生长性能表现更好，在注射200mg铁剂后再补注100 mg铁剂能提高断奶仔猪和保育仔猪血红蛋白水平，但对哺乳期和保育期生长性能无进一步改善作用（Williams等，2020）。另一哺乳期为42 d的有机养殖试验发现，与注射一次铁剂组相比，注射两次铁剂可显著提高21 d和28 d时仔猪血液红细胞体积和血清铁含量以及42 d仔猪断奶重，但21 d和28 d时仔猪重两组之间无显著性差异（Heidbüchel等，2019）。上述研究表明，由于母乳铁含量较低，加大铁剂注射剂量或增加注射次数可改善长时间哺乳带来的仔猪缺铁问题，并对断奶后生长性能也有提升作用。

然而也有报道，一次性注射200 mg铁剂会使血清铁含量快速增至正常生理水平的50倍，这种短时间的铁过量情况会增加细菌感染概率（Bullen等，2006；Knight等，1983）。为探索降低铁剂注射剂量的方法，研究发现注射100 mg铁剂+补饲铁组仔猪死亡率和发病率（关节炎、脑膜炎和足部脓肿）以及生长性能与注射200 mg铁剂组无显著性差异，关节炎和足部脓肿发病率数值上有所降低（Thanner和Gutzwiller，2018）。另一研究报道注射铁剂可显著降低血清免疫球蛋白IgA含量，通过连续口服甘氨酸铁可改善贫血乳仔猪的铁稳态，在改善机体抗氧化和免疫水平方面优于铁剂注射（Dong等，2020）。上述研究表明，乳仔猪通过口服强化补铁可能也是一种有效的方式。

1.3 口服补铁对乳仔猪铁营养状况的影响 由于哺乳期乳仔猪摄食以奶水为主，对膳食有选择偏好性，因此口服补铁方案的探索研究应兼顾适口性。研究选用硫酸亚铁作为铁源制作强化面包使铁含量达到21 mg/100 g用于缺铁型贫血乳仔猪，经过7 d补饲，一些反映贫血的血液指标得到显著改善（Bryszewska等，2017），这进一步证明口服补铁可作为一种改善乳仔猪铁缺乏的有效措施。另有研究者在为仔猪提供200 mg注射铁剂和200 ppm含铁日粮的基础上开发新型可食用的含铁玩具，结果发现可进一步显著增加断奶仔猪红细胞数量、红细胞压积以及血清铁和铁蛋白含量，提供更多铁源来改善仔猪铁营养状况（Anticoi等，2021）。研究发现生长育肥猪日粮中添加450～600 mg/kg硫酸亚铁形式铁，仍可通过改变血液状况、促进肠道杯状细胞分化和改善氨基酸表观回肠消化率进而改善生长性能（Deng等，2021）。上述研究表明，口服补铁是一种安全有效的乳仔猪补铁方式，这可能与其吸收途径有关。

1.4 “母仔一体化”补铁 上述研究表明，乳仔猪补铁应根据母猪或仔猪是否发生贫血以及饲喂阶段计划调整等实际情况，采取“母仔一体化”多种营养预防措施进行调控，参考方案见图1所示，其中补饲有机铁是主要手段。因此开发乳仔猪用安全、高效的铁源添加剂对预防乳仔猪铁缺乏或铁过量具有重要的现实意义。

图1 “母猪一体化”补铁方案

2 新型铁源添加剂的开发研究

当前铁源添加剂的研究开发以非红素铁为主，以无机硫酸亚铁作为参照比较相对生物利用率。由于硫酸亚铁存在适口性和生物利用率问题，近年来许多新型铁源添加剂被开发用于替代硫酸亚铁，包括有机络合铁、有机螯合铁、乳铁蛋白、重组铁蛋白等，其中前两类在当前饲料工业中应用较多；后两种与常规铁源添加剂不同，不以铁含量为标准，有改善机体铁代谢作用，笔者称为“新型铁源增效剂”。

2.1 有机铁添加剂 有机螯（络）合铁添加剂种类较多，其吸收利用率高于无机铁，但不同研究报道也存在差异。在缺铁贫血型仔猪日粮中添加相同水平不同来源铁添加剂，结果发现添加富马酸亚铁与硫酸亚铁均能显著提高日增重和料肉比，两种铁源组之间血红蛋白无显著差异（Caballero等，2019）。研究发现添加强螯合强度（小肽螯合铁）组肉仔鸡血清铁含量显著高于低螯合强度（蛋氨酸螯合铁）组（Bai等，2021）。上述研究表明，有机铁的生物利用率可能受机体铁营养状况和螯合强度双重影响。

实验室评估有机铁添加剂时除测定螯合强度外，还可运用扫描电镜和红外光谱等试验手段进行螯合反应特性分析。笔者在评估大豆小肽螯合铁时发现，与大豆小肽相比小肽螯合铁颗粒粒径变小，碎片结构增多，表面疏松空隙增加，螯合后的铁可能主要附着于小肽疏松孔隙间（图2）。红外光谱分析发现，小肽螯合铁主要峰型变化发生在羰基、N-H、C-H弯曲振动，表明螯合反应可能发生在羰基、N-H基团上，C-H弯曲可能由于小肽链解离变短所致（图3）。

图2 大豆小肽螯合铁电镜扫描图

图3 大豆小肽螯合铁红外光谱图

2.2 铁源增效剂 乳铁蛋白是一种铁结合糖蛋白，具有许多重要生理功能，包括免疫调节、抵抗病原微生物、改善机体健康和生长性能等。研究发现，母乳中乳铁蛋白浓度较高，初乳中乳铁蛋白含量显著高于常乳67%，初产母猪常乳中乳铁蛋白含量显著高于经常母猪22%（Jahan等，2020）。在妊娠和哺乳期母猪补饲1 g/d乳铁蛋白与1 g/d牛奶酪蛋白进行对比，结果发现乳铁蛋白组母猪产奶量、仔猪增重以及母猪和仔猪血清免疫球蛋白IgA浓度显著高于对照组（Jahan等，2017）。在大河乌猪妊娠后期日粮中添加不同剂量乳铁蛋白和甘氨酸铁，结果发现200 mg/kg乳铁蛋白组仔猪初生窝重、母乳铁含量、母猪和仔猪血红蛋白含量以及血清免疫球蛋白IgG含量和溶菌酶活性显著高于对照组和500 mg/kg甘氨酸组（车丽涛等，2020）。上述研究表明，乳铁蛋白改善铁营养状况效果优于有机铁，且改善免疫作用明显。

铁蛋白是一种广泛存在细菌、植物和动物中的储铁蛋白，也是一种非血红素蛋白质，具有调节铁平衡的重要作用。当细胞内二价铁离子含量高时，铁蛋白可将其催化氧化成三价铁储藏在它内部，1分子铁蛋白最多可储存4500个三价铁；当细胞需要铁时，可将三价铁还原为二价铁释放出来。在断奶仔猪含90 mg/kg Fe硫酸亚铁日粮基础上进一步添加不同水平重组铁蛋白，该重组蛋白经大肠杆菌和枯草芽孢杆菌表达，纯度为95%，结果发现添加5～15 g/t重组铁蛋白可显著提高仔猪血清铁、铁蛋白和血红蛋白浓度，显著改善平均日增重和增重耗料比（Hossain等，2017）。这表明重组铁蛋白可作为一种补铁增效剂，通过铁稳态调控进一步改善乳仔猪铁营养状况。

随着饲料工业技术的发展，铁源添加剂产品不断迭代，溶水性、适口性和吸收利用率等满足乳仔猪生理需求的特性被不断改善，代表性产品见表1所示。不同有机铁和重组铁蛋白在理化特性上的差异为进一步优化乳仔猪补铁方案提供了依据。

表1 不同铁源添加剂的特性

3 机体铁吸收转运机制

3.1 不同铁源的吸收转运机制 铁的主要吸收部位在小肠，非血红素铁的吸收主要与二价金属转运蛋白（DMT1）和膜铁转运蛋白（FPN）等有关。为揭示不同来源铁添加剂在改善铁营养状况上的应用效果差异，有必要理解机体铁吸收转运机制。研究发现，甘氨酸铁在铁吸收利用方面优于硫酸亚铁，然而高通量转录组测序分析发现，两种铁源可能具有相似的吸收途径，生物利用率的差异可能主要与吸收效率不同有关（卓钊，2017）。对低铁日粮诱导缺铁型贫血仔猪饲喂添加硫酸亚铁或甘氨酸铁日粮，结果发现甘氨酸铁组仔猪心、肝、肺组织中铁含量显著高于硫酸亚铁组，十二指肠和空肠中小肽转运蛋白1（PepT1）mRNA表达水平显著提高，而膜铁转运蛋白1 mRNA表达水平显著降低（Fang等，2013），这表明PepT1在甘氨酸铁吸收中可能起关键作用，不同铁源在吸收利用上的差异可能与其配体或配体调控的相关基因表达有关。研究发现，底物赖氨酸浓度对猪肠黏膜上皮细胞碱性氨基酸转运载体CAT-1、4F2hc表达存在显著影响（职爱民等，2010），这表明氨基酸螯合铁所含氨基酸配体的形式和含量可能对铁吸收效率也存在一定影响。

3.2 铁稳态调节机制 研究发现，仔猪血清铁含量呈昼夜节律动态调节，同时十二指肠和空肠DMT1、膜相关铁还原酶（DCYTB）和转铁蛋白受体（TFR）以及肝脏铁调素（HAMP）和TFR表达水平也存在日节律变化规律（Zhang等，2017）。这表明DMT1、DCYTB、TFR、HAMP等编码铁摄入和平衡的因子可能构成一个调控机体血清铁水平的网络系统，血清铁水平的日节律变化规律可能对判断仔猪铁营养状况具有一定参考意义。根据仔猪血清铁日节律变化规律，研究发现晚间补铁可能是一种更有效的方式，晚间补饲高铁日粮组仔猪血清铁和血红蛋白水平显著提高，十二指肠DMT1和FPN mRNA表达水平显著升高（Dong等，2021）。笔者课题组在评定饲喂同一日粮公猪铁营养状况时，发现瘫痪公猪（n=10）血清铁含量与正常公猪（n=10）无显著性差异，但瘫痪公猪组铁含量变异系数较高（123%Vs 41%）（未发表）。上述研究表明，机体具有铁稳态调节机制，群体内不同个体或同一个体不同时间段血清铁含量大幅度波动可能反映出机体铁营养状况已发生了较大变化，可采取相应营养预防措施。

4 补铁对乳仔猪肠道健康的影响

肠道健康对提高乳仔猪消化吸收和生长性能具有十分重要的意义，科学补铁有利于通过调控仔猪铁营养状况改善肠道健康。补铁对肠道的调控作用主要表现在以下三个方面。

4.1 补铁调控乳仔猪肠道组织发育和免疫反应研究发现，哺乳仔猪口服硫酸亚铁或肌肉注射右旋糖酐铁均能显著增加小肠肠道长度和重量以及空肠绒毛高度，显著提高上皮成熟标志物海藻糖酶和蔗糖异麦芽糖酶mRNA表达水平（Zhou等，2020）。以21日龄仔猪为试验动物开展不同铁水平日粮饲喂试验，结果发现与足量水平（120 mg Fe/kg）日粮组相比，饲喂低水平（20 mg Fe/kg）组仔猪十二指肠跨上皮电阻值显著降低，低水平和高水平（520 mg Fe/kg）组仔猪十二指肠黏膜甘露醇通透性显著增加，高水平组仔猪十二指肠黏膜瘤坏死因子（TNF）α、白细胞介素（IL）1β和IL6基因表达水平显著增加（Li等，2016）。另一试验也发现，铁过量导致豚鼠TFR和DMT1表达显著降低，促炎细胞因子IL-1β和TNF表达显著提高，膝关节原发性骨关节炎加重（Burton等，2020）。上述研究表明，适宜补铁会促进肠道组织发育和成熟，而过量补铁可能会反抑制铁吸收转运，通过增加肠道通透性和刺激炎症反应进而对肠道健康造成不良影响。

4.2 补铁影响肠道微生物菌群平衡 铁是动物和微生物所必需的微量元素，过量的膳食铁会给宿主及其微生物菌群造成不良影响。研究发现以硫酸亚铁为铁源添加剂，铁增加至500 ppm和800 ppm对生长性能无显著影响，但高铁日粮增加了粪便评分值（分值越高越不成型）、肠道和肝脏以及血清中铁沉积，改变了结肠干扰素-γ信号转导子和转录激活子两种基于抗感染基因网络的转录谱，减少结肠和盲肠微生物群α多样性、梭菌和罗伊氏乳杆菌的相对丰度以及增加了乳酸杆菌和嗜淀粉乳杆菌相对丰度（Chen等，2020）。这表明过量补铁可能通过改变机体铁蓄积和肠道微生物菌群结构进而增加腹泻发病风险。

4.3 补铁与肠道健康、病毒感染三者间存在互作影响 猪流行性腹泻病毒（PEDV）主要感染仔猪肠上皮细胞，引起急性、严重的萎缩性肠炎，乳仔猪阶段比生长育肥阶段更易感染PEDV，可能与其铁缺乏有关。研究发现，通过诱导缺铁或过度表达TFR1会导致PEDV感染增加，通过补铁增加铁蓄积或降低TFR1可以抑制PEDV感染，PEDV S1蛋白在PEDV进入期间与TFR1细胞外区域相互作用，促进TFR1重新定位和聚集，然后激活Src激酶介导TFR1酪氨酸磷酸化并增强TFR1内化，从而促进PEDV进入（Zhang等，2020）。缺铁引起肠绒毛顶端组织中TFR1高水平表达解释了新生仔猪对PEDV的急性易感性，改善乳仔猪铁营养状况对预防肠道特定病原感染具有重要的现实意义。

5 乳仔猪铁营养调控研究展望

综上所述，母猪铁营养状况会影响新生仔猪铁储备，根据猪群铁营养状况和生产计划制定科学的“母仔一体化”补铁方案有助改善乳仔猪肠道健康和生长性能。以血红蛋白和血清铁含量为铁营养状况判定依据，通过母猪饲喂有机铁日粮以及仔猪注射一至两次铁剂和诱食补铁是当前研究得出的主要营养预防措施。随着养殖形势的变化，未来可在以下几个方面开展研究：（1）新型铁源添加剂的开发；（2）不同铁源的吸收转运机制及其对肠道健康的影响；（3）缺铁型贫血乳仔猪的营养调控措施；（4）不同养殖条件下的精准补铁方案；（5）补铁对乳仔猪特定病原感染的预防作用；（6）铁与其他营养互作对乳仔猪肠道健康和生长性能的影响。