微量元素铬的研究进展

微量元素铬的研究进展 2005年第5期江西饲料 1 井 明 艳 孙 建 义 摘要:铬(Cr3)是人 和动物必需的一种微 量元素.铬作为胰岛 素作用的辅助因子在 糖,脂类,蛋白质,核 酸代谢与基因达控 制过程中起重要作 用,目前对铬(Cr3)的 研究报道在不断地深 入,它在减少应激,提 高免疫力,改善胴体 品质和提高繁殖性能 等方面均有很好的功 效.本文主要对铬的 生物学功能及其在畜 禽生产中的应用研究 做一综述.并对铬的 发展前晋作出展望. 关键词:铬生物学 功能应用 早在1749年.法国 化学家Vanqual就已 经发现了铬,铬在自 然界中通常以两种化 合价形式存在.Cr6+常 被用于工业中(如铬合金,铸铁,喷漆等),但Cr6+有 毒性,可导致"三致",即致畸,致突变,致癌;而 Cr3+是生物体内必需的营养物质,它维持机体内 胰岛素的正常功能,并通过加强胰岛素的作用来 影响糖类,脂类,蛋白质及核酸的代谢.有效量的 铬摄入可以预防糖尿病,动脉粥样硬化等疾病. 增强心肌代谢功能.1959年,Schuarz发现了铬的 生物活性.并通过实验证实C是葡萄糖耐受因子 (GTF)的活性组成部分.近年来的研究表明,在动 物饲粮中加人铬对畜禽的生产性能有一定的促 进作用,在降低应激提高免疫力,改善胴体品质, 提高繁殖性能,促进生长等方面均有良好的效 果.目前.铬作为动物必需的营养物质已被广泛 地用于畜禽养殖业中. 1铬的物理性质 铬在元素周期表中属第一过渡系的?B族. 原子量为51.996,原子序数为24.Cr3+是最稳定的 氧化态,也是生物体内最常见的一种,Cr3+具有很 强的形成配位化合物能力.Cr6+主要与氧结合成 铬酸盐和重铬酸盐,是一种很强的氧化剂,但在 酸性溶液中很容易被还原到三价.铬有四种同位 素. 2铬的来源及铬在动物体内的分布 2.1铬的来源 铬的来源主要有两种.无机铬主要是铬的氯 化物(chromiumchloride);有机铬主要是聚烟酸铬 (chromiumpolynicotinate),酵母铬(chromiumyeast), 吡啶甲酸铬(chromiumpocolinate),螯合铬(chromi. amchelated)等.有机铬的吸收率高于无机铬,前 者为l0%一25%,而后者为l%一3%或更低. 2.2铬的分布 睾丸间质分泌睾酮.因而在繁殖动物中,稀土元 素要慎用. 5稀土作为饲料添加剂在应用中存在的问 稀土吸附性强.在与饲料混合时极易吸附在 饲料表面,不易与饲料混合均匀,在配料前应先 将稀土与定量滑石粉充分混匀,使稀土被滑石粉 包裹成细小颗粒,然后再送人混合机与饲料混 合.也可用喷洒法,将稀土先溶于水,再喷入饲料 中. 稀土添加剂生产的化.目前的饲养试验 采用的多是工业或农业稀土产品,畜牧业专用很 少,各种添加剂间成分差别很大,因而很难确定 一 l4一 生产中的适宜添加量. 深入研究稀土对动物的作用机理.目前对稀 土作用机理的研究主要集中在稀土复合添加剂, 而其中具体是那一种或那几种元素或几种元素 的互作效应在起作用还不得而知.解决这些问题 对稀土饲料添加剂生产的标准化,最佳饲喂量的 确定都大有帮助. 稀土作为饲料添加剂,可有效地促进动物生 产,改善饲料效率,提高经济效益.我国稀土资源 丰富,如能充分开发利用这一资源,必将取得良 好的社会和经济效益. (参考文献略) ^浙江大学动物分子营养学教育部重点实验室v 微量翥素铬鸯砑囊避晨 2005年第5期江西饲料 铬主要以Cr3+形式存在于动物体内.主要分 布在肝,肾,脾,肺,骨和毛发中,浓度都比较低. 其中在肝脏和骨组织中含量最高.各组织器官含 量见表1.铬随年龄增加而在体内含量下降. 表1各器官含铬量 器官名称含铬量 肝 肺 肾 脾 心脏 肌肉 胎盘 胃 正常牛奶 雏鸡 羽毛 猪骨骼 O.48m/kg O.24mg/kg O.18mg/kg O.16mg/kg O.14mg/kg O.1lmg/kg O.07mg/kg O.04mg/kg 5-16ug/kg O.o7~o.15mg/kg O.23~0.44nlg/l【g O.89mg/kg 70 60 50 40 k 士30 o 至 20 l0 0 l0l5202535 Fig.1.Cumulativemorbidityofcalvesfollowing market-transitstress(Mowateta1.1993) 3影响铬作用效果的因素 3.1研究中所用动物的影响 3.1.1动物种类,年龄,性别,机体状况 3.1.2动物当时的生产水平,以往的营养水平以 及所处的生理状况f如妊娠,泌乳等) 3.2铬的添加方式,添加水平,添加时间 3.3研究中所用日粮组成和类型.如日粮中矿物 质种类,添加量,级别等 3.4研究中所采用的反映指标和研究方法,测定 的持续时间 ? j .l= C l8 0I428 DayPostVaccination Fig.2.And-IBR/PI3andbodycesponsesofcalvesfollowingmacket-transil stress(S~onela1.1994n)indicntessihcanilrealmentdiffereaces. Spears(2000)~:究表明:试验动物体内铬的状 况,日粮中铬的量,铬的添加方式,动物所处的生 理状态以及所受应激的类型和程序的不同都会 影响铬的最终作用效果. 话l~IttR贮存和 臃l:耄芸耕的稿 匡固 l…一一一…. 蛋白质 和肌肉 田2有机镩饵节?葛膏,稻翰和曩自曩代的作用机式 (国寰禾促进忭用) f'"r.2ThG卅.山口d0^J?l,orgonic融^口埘-t靠.摹誓f口',f. . l口d,'',^m'l口如j哪f?p,^Io'potattt2tLgltt~tcIl?一) Lien等(2001)用6O头生长育肥猪(LYD猪) 研究了铬(吡啶甲酸铬)对脂肪代谢的影响,试验 结果见表2. 但也有相反的报道,Chen,等(2000)给9~22 周龄的雄火鸡补充烟酸铬.试验结果表明,对于 l8,22周龄的雄火鸡.补充铬不会明显影响血清 一 l5— 642O8642O ,铬 \ \飘\/ 2005年第5期江西饲料 表2不同含量铬对于生长育肥猪的血清生化指标的 影响(相对于对照组) 血清生化指标 铬添加量 'P(C2x10~(Cr)=4xl0. ?注:以上差异均显着(P<0.05). 组分.如胰岛素HDL,VLDL+LDL,HDGC, VLDGC+LDGC3白蛋白,球蛋白.进一步试验表 明,铬的作用效果随添加量与作用对象的不同而 有差异(见表3). 表3不同添加量的铬对同周龄雄火鸡 的影响(相对于对照组) ?注:以上除血清丙三醇和胆固醇的变化不太明显.其他 的差异均显着(P<0.05). 暑 芒 耋 篁 O24'3'Ol2l{I6 WeekofLactation Fig.3.Actiadyd&oIp@a~piom'pl-Ildm~-ip.icm'M)cons 一 16— 4铬的生物学功能 4.1铬与糖类代谢 铬与胰岛素结合调节机体的糖代谢是铬的 重要生物学功能.葡萄糖耐受因子(CT可增强胰 岛素的功能.而铬是GI'F的主要活性成分,GTP 是一种含有三价铬的烟酸盐,以烟酸一铬一烟酸 为轴.含有谷氨酸,甘氨酸,半胱氨酸配位体的络 合物(Mertz.1974).铬通过增强胰岛素的功能来提 高血液中葡萄糖的迁移率(Bunting等,1994),即 糖元合成加快.从而使葡萄糖能很快地被机体组 织吸收利用.fAmoikon,1995)缺铬会导致胰岛素 机能亢进.补铬可增强胰岛素敏感性.Sahin等 f1996)在兔子的基础日粮中补铬,对一些生化指 标作了研究.结果表明,补铬使怀孕母兔,初生仔 兔和生长兔体内的血糖浓度下降,皮质醇浓度下 降,而碱性磷酸酶活性和胰岛素浓度上升,但这 些变化并无统计学意义. 4.2铬与脂类代谢. 铬与畜禽体内的脂类代谢有关.Besong等 f1998)给荷斯坦奶牛补充不同浓度的铬,分别为0,0.2,0.4,0.8,1.6mg/kg蛋氨酸铬(Cr-Met).试验 结果表明.补铬会影响机体脂肪代谢.同时也可 改变瘤胃发酵中产生的VFA的含量.且在添加量 低于25.6m的情况下不会对瘤胃微生物产生 毒性. 4.3铬与蛋白质及核酸代谢 铬不仅参与糖和脂肪的代谢.同时对蛋白质 和核酸代谢也有影响(图2).铬对蛋白质及核酸代 谢的作用主要是促进氨基酸进入细胞.从而促进 蛋白质合成.参与核酸代谢,维持核酸的稳定与 完整.其原因是铬可通过加强胰岛素的功能.来 促进蛋白质的合成.但目前在这方面的报道较 少.Kim等(1995)进行补铬试验.在鸡日粮中添加 0.4mg/kg的铬可促进日粮蛋白质利用率的提高. 消化代谢试验结果表明补铬组比对照组鸡群氮 的排泄量减少3.2%.Sahin等(2000)试验表明.给 蛋鸡补充铬(plL啶甲酸铬)和锌(ZnSO?HO)或者是 单加其中的任何一种.都可以使血清中胰岛素上 升,肾上腺酮下降,葡萄糖和胆固醇下(P<0.05),而 血清中蛋白质浓度上升(P<0.01). 5铬在畜禽生产中的应用效果 5.1家禽 5.1.1铬对肉仔鸡具有促进生长,改善胴体品质 2005年第5期江西饲料 的作用.Sands等(1998)试验表明,肉仔鸡在热应 激条件下补充吡啶甲酸铬或蛋白锰,均可提高肉 仔鸡的体增重,饲料效率和生产性能,改善胴体 品质.Kim等(1991)发现,补铬对肉仔鸡生产性能 的影响与基础日粮中粗蛋白或赖氨酸的水平有 关.Kim等(1995)对3日龄AA肉仔鸡补铬6周, 结果表明:吡啶羧酸铬在低蛋白水平下,可有效 地提高肉鸡的增重及饲料消化率(P<O.05). 5.1.2许多研究都表明:铬能显着提高蛋鸡产蛋 率.并可使卵黄胆固醇水平下降.Sahin等(2000) 试验表明,给处于低温应激状态下的蛋鸡补充吡 啶甲酸铬.可以使蛋鸡的体重,产蛋量以及饲料 转化率都有显着的增加,且使血清中胰岛素浓度 上升O.05). 但也有相反的报道,Achee等(1990)和Mar, fine(1980)分别用吡啶羧酸铬和CrC13?6H2o作铬 源对莱航蛋鸡的补铬研究表明,补铬并未能改善 试验期内鸡的产蛋量.Chen等(200o)给9,22周 龄雄火鸡补充不同浓度的烟酸铬,结果表明,给 9—18周龄的雄火鸡补充1mg/kg的烟酸铬,可以 使雄火鸡的体重,摄食量增加,胴体品质得到改 善fP<0.05),但对于18,22周龄的雄火鸡无明显 影响;补充3m的烟酸铬,则反而会使胸肌, 腿肌含量减少.说明铬的作用效果受铬的添加 量,动物年龄,品种等因素的影响. 另外许多试验也表明.铬作为一种营养元 素.其生理活性的发挥依赖于GTF的转化,只有 在动物机体缺乏时补铬,其促进生长等作用才会 明显.如果正常条件下补铬,则需一段时间铬才 能发挥功效. 5.2猪 补铬可提高生长育肥猪的胴体品质和瘦肉 率,提高猪的免疫能力.Lien等(2000)分别在生长 育肥猪(60头LYD猪1添加0,2x10-7,4x10的吡 啶甲酸铬.试验结果表明,试验组较对照组在生产 性能,摄食量,日增重和胴体品质方面都有改善, 如背膘厚度减少,眼肌面积增加,自由脂肪酸(C18: 11和总的不饱和脂肪酸浓度下降,饱和脂肪酸浓 度上升(P<0.o5). 众多试验研究表明.给猪在肥育阶段补铬, 改善胴体品质的效果显着,而在生长肥育全期补 铬效果不佳,说明了铬改善胴体品质的作用具有 阶段性. 5.3牛 Mowat等(1993)报道犊牛在长途运输中补铬 (酵母铬和螯合铬),可以明显降低犊牛的发病率, 且螯合铬的作用效果更好(Figure1).Wright等 (1994)报道,犊牛在运输应激下,以螯合铬的形式 补给犊牛.可明显提高犊牛在试验期的日增重. 但给非应激生长育肥牛补铬却未能改善其生产 性能.产前奶牛的葡萄糖耐受试验(GTY)表明,给 奶牛补充蛋氨酸铬可提高血清中胰岛素浓度 (Hayirli等,1998).初产奶牛日粮中补加0.5的螯 合铬,可提高产奶量7%,13%(Burton,1994, Figure31.Besong等(1996)~报道,对初产奶牛补 铬.可增加采食量和产奶量.同时也可分别提高 乳脂,乳糖及乳固形物l2.9%,16.5%,14.9%. 史清河(1998)了国内外有机铬对应激牛 的营养效果,指出添加有机铬可提高运输应激犊 牛初期的增重及初产奶牛的产奶量,减少肉犊牛 呼吸道疾病及经产奶牛代谢紊乱(亚临床酮症,脂 肪肝等)的发生,从而降低应激牛对抗生素的需要 量.此外,添加有机铬有潜力减少DFD牛肉的发 生并有改善初产奶牛乳品质的趋向. 5.4应激和免疫 铬是应激动物所必需的一种新的营养物质, 补铬可以改善动物的免疫功能.提高动物在应激 及非应激状态下的免疫力,从而使动物的生产性 能提高.但是需要指出的一点是,铬并非对所有 的免疫反应都有强化作用,有其一定的作用范 围,且添加效果变异很大,有关机制需作进一步 地研究. Deborah等(1996)dx鼠试验表明,只有在动物 处于应激条件下(如过度运动,创伤,低蛋白日 粮),补铬才会对动物有明显的效果.应激常导致 动物机体损失某些微量元素Zn,Cu,Mn,Fe),因 此给应激牛补铬可以减少动物对Zn,Cu等重要 微量元素的需要量.Jeanne和Bunen(1994)就铬对 奶牛免疫系统的影响作了试验,结果表明,奶牛 在非应激条件下,补铬不会明显地改变血清中胰 岛素,生长激素和胰岛素样生长因子I的浓度.但 在奶牛处于高度应激条件下,补铬则可降低血清 中皮质醇的浓度.其原因可能是铬增强了胰岛素 和胰岛素样生长因子的敏感性.Burton(1994)就补 铬对犊牛在运输中对IBR和Pl3的抗体反应作 了试验,结果表明,补铬可以提高犊牛对IBR的 一 17— 20o5年第5期江两饲料 游寓羼寓氨酸厕鳓鱼国罐堡儋扁 涂永锋叶元土z宋代军龚宏伟3 (1.西南农业大学动物科技学院,2.苏州大学农业科技学院,3.相城区特种水产养殖 场) 摘要:分别采用菜粕和血粉为主要原料. 按照鲫鱼肌肉必需氨基酸fEAA)模式添加和倍量 添加晶体异亮氨酸(Ile1配制饲料.和缺乏Ile的饲 料对比进行养殖试验.测定了鱼体的生长速度和 对饲料的利用效率.结果表明,菜粕饲料中添加 游离Ile对鲫鱼生长没有明显促进作用.也没有 提高饲料效率.但在血粉饲料中的添加显示了明 显的促生长效果,饲料效率也获得提高. 关键词:异亮氨酸鲫鱼生长游离氨基酸 在组成蛋白质的2O种常见氨基酸中,亮氨 酸(Leu1,异亮氨酸(1ie)与缬氨酸(Va1)-种氨基酸 在结构上都有相同的分支侧链,故称为支链氨基 酸(branched—chainaminoacid.BCAA).BCAA是 水产动物体内不能合成而必须从饲粮中获得的 氨基酸,即必需氨基酸(essentialaminoacid. EAA).BCAA是一类特殊的氨基酸,它们的分解 代谢主要在骨骼肌中进行.BCAA在调节氨基酸 与蛋白质代谢方面起重要作用.诸如促胰岛素分 泌与蛋白质合成,为谷氨酰胺合成提供底物,作 为机体内器官蛋白质代谢的信号物等.也参与机 体氧化供能.目前,动物氨基酸营养的研究.主要 集中在少数几种氨基酸(如赖氨酸,蛋氨酸,苏氨 酸等)上,对支链氨基酸(BCAA)的研究极其有限, 在水生经济动物中的研究更是少见.它们对水生 动物的营养作用和机理远没有得到深入而系统 的研究和阐明,特别是异亮氨酸的研究极为缺 乏.同时,关于鱼类是否能有效利用游离氨基酸 的理论也不够完善,还存在着某些争议. 抗体滴度(Figure21. Gatta-~(1999)试验表明.补酵母铬可以提高 虹鳟鱼的免疫反应,且影响效果与铬的补充剂 量,补充时间有关. 5.5繁殖性能 铬对畜禽繁殖性能的影响是通过增强组织 对胰岛素的敏感性来介导的.胰岛素作用于垂 体,增强促性腺激素释放激素(GnRH)的释放频 率,增强促黄体素(LH)和卵泡刺激素(FSH)的释 放,从而促进卵泡发育,提高了排卵率,同时雌激 素和孕激素水平也上升. Lindeman等(1994,1995)报道,从生长期到妊 娠期给初产母猪补充200ug/kg的吡啶羧酸铬, 母猪在妊娠期获得较高的体重.且可增加出生仔 猪数和断奶窝重.Dorgouda(1996)研究表明,补铬 (酵母铬)使肉仔鸡的产蛋量从76.36%提高到 77.56%(P<0.05),孵化率从78.05%提高到81.70% (尸之O.05). 5.6铬与其他 Stephen等(1994)用小鼠研究了铬的作用.试 验结果表明,铬可促进机体骨骼肌的生长,这一 一 l8一 作用与IGF有关.同时就铬与心脏之间的关系进 行了研究,结果表明,日粮中添加铬对心脏的影 响主要表现在肌球蛋白异构重整中发生了变化. 这些变化可能加强了心脏的收缩.但并不影响心 脏正常功能的发挥. 6展望 铬在体内糖,脂肪,蛋白质代谢等过程中的 作用已经得到了认可,尤其是铬在改善胴体品 质,提高瘦肉率上的效果已经受到了养殖界的首 肯.目前对铬的研究应用在不断地深人.铬功能 食品的开发将成为改善铬摄人量不足的重要手 段.如富铬酵母,富铬微藻,富铬奶粉,富铬功能 饮料(El服液)等产品研究将具有广阔的市场前 景.此外,铬现在也被用于TDN中(TDN即 totalparenteralnutrition,指的是经静脉注射来补 充给机体所需要的营养物质1.以避免机体缺乏症 的发生.随着分子生物学,基因工程等技术的不 断发展,大量的新型而有效的铬功能食品将会被 不断地研制开发,用以治疗人和动物的一些代谢 性疾病. (参考文献略1