高锌对断奶仔猪促生长作用机理的研究

      锌是所有动物必需的一种微量元素，它存在于机体所有组织和器官中，其中主要存在于骨骼、肌肉、肝脏、肾脏和皮肤中。食物和饲料中的锌大多数是结合态存在，主要与蛋白质或氨基酸，核酸或植酸结合，锌必须从这些化合物中释放出来才能被组织器官吸收。几乎很少有哪种必需营养成分的功能有锌多，含锌酶或锌依赖酶的发现在不断增加，现在已经超过200种，因此锌实际参与了生命的全过程，主要体现在蛋白、脂类、碳水化合物和核酸代谢过程中。实际上动物生长、繁殖、食欲、视觉、疗伤、合成、免疫抑制、激素活性（生长激素、胰岛素、性激素、肾上腺皮质激素）都与锌有关。

      Holm(1988)和Poulsen（1989）研究发现在早期断奶仔猪日粮中添加高剂量的锌可以显著降低由大肠杆菌引起的腹泻。后来也有一系列的研究证明高剂量的锌对断奶仔猪生长有促进作用（Muirhead等，1992；Hahn和Baker，1993；Carlson等，1999；Hill等，2000）。研究表明要达到降低仔猪腹泻，促进生长锌水平在2000－4000mg/kg（Poulsen，1995；Smith等，1997；Hill等，2000）。然而在实践应用中绝大部分都是用氧化锌作为高锌锌源，目前碱式氯化锌作为一种新的高锌锌源已有了些报道。

      1、氧化锌

      氧化锌，化学分子式为：ZnO，含锌在72--76%,难溶于水。 

     大量研究证明,断奶仔猪饲喂含锌量达3000mg/kg（ZnO）的日粮前14天能显著减少断奶仔猪的腹泻,提高仔猪的生长。Hall（1988）和Poulsen(1989)研究发现,断奶仔猪饲料中添加2500-4000mg/kg氧化锌可显著降低仔猪腹泻和发病率,使发病猪的腹泻程度明显减轻,并对仔猪生长有促进作用.研究认为,断奶仔猪饲喂高剂量锌(3000mg/kg, ZnO)有提高生长速度的趋势(Muirhead等,1992)。J.C,Woodworth等(1996)添加氧化锌对早期断奶仔猪(3.9kg,12日龄,Newsham)生产性能的影响进行了试验。在饲料中分别添加氧化锌50,100,200,400,800,1600,2400和3200mg/kg的锌水平试验16天发现,3200mg/kg锌水平的氧化锌组具有最佳的生长性能和抗腹泻能力。周文卿,胥传来(1996)等对35日龄三元断奶仔猪（杜×长×大）进行了为期2周的试验,日粮中添加高剂量氧化锌(锌含量2000mg/kg),结果表明,试验组日增重比对照组提高14.8%,饲料利用率提高7.5%,腹泻率降低66.7%。

      氧化锌常添加到日粮以防早期断奶仔猪腹泻，其添加量已超过动物正常需要量20～30倍，达到3000mg/kg，有些甚至更高。这势必会打破原有各微量元素的平衡，必需加大其它微量元素的用量，因此常把铜、铁添加量提高到160－250mg/kg。然而饲料中矿物质过多，必将导致维生素稳定性和其它营养素效价降低等一系列问题，降低饲料质量和增加饲料成本。

      虽然大多数研究报道认为，氧化锌来源的高锌具有防腹泻和促生长作用，但同时也报道各种锌源中氧化锌的生物利用率最低。在断奶仔猪中，只有5％－10％被机体利用，其余大部分都从粪尿中排出，对环境造成严重污染(Hoover等，1997)。据推测，如果所有猪粪中锌都留在土壤中，锌含量将在17年内超标(120mg/kg)，被污染的土地将不再具有可耕性(于炎湖，2002)。

      另外，在生产过程中氧化锌粉尘很大，对饲料生产者有很大的危害，如果饲料生产者长期接触高剂量的矿物质元素，可导致皮肤损害，并诱发皮肤癌，甚至还继发成肺癌。吸入大量氧化锌粉尘后，可引起锌中毒，对人来说，一般吸入40mg锌即可发作，吸人80mg以后严重中毒。然而在畜禽育肥后期高锌也有较大的危害，大多学者认为提高饲料中矿物质的量，动物在屠宰后易发生Fenton类反应（酸性条件下过氧化氢能被三价铁离子催化分解并产生氧化能力很强的羟基自由基），从而加快肉及肉制品的酸败速度(文杰，2002)。在断奶仔猪上，氧化适当的添加期是在断奶后两周，如果超过两周，在促生长等方面就会受到影响，体内锌残留也将加大。
      2、碱式氯化锌

      化学分子式为：Zn5Cl2（OH）8·H2O，分子量为551.89，含锌量58％，白色粉末状，极难溶于水、不潮解，化学性质稳定，对饲料中其他营养素破坏小，适口性好，安全，不结块，流动性好。
碱式氯化锌不但有稳定的化学性质，也在生产中表现出明显的优势，研究表明，碱式氯化锌具有广谱抗菌和收敛作用，能抑制有害细菌微生物的生长和增殖，减少细菌毒素的产生；收敛肠上皮细胞，减少细胞渗出和液体分泌，修复肠黏膜；促进肠平滑肌和肛门括约肌收缩，减缓肠道蠕动和粪便排出，增加水分的重吸收，达到控制腹泻的作用。碱式氯化锌不仅对营养性的腹泻有预防和治疗效果，而且对细菌性腹泻有防治作用。与氧化锌相比，碱式氯化锌的生物利用率要高2－3倍，甚至更多（Cao等,2000）。因此日粮中添加较低水平的碱式氯化锌就能达到高剂量氧化锌的效果。A.B.Corless和T.M.Parr(2000)对15日龄断奶猪试验，在饲料中添加不同剂量的氧化锌和碱式氯化锌（日粮中不含抗生素），结果显示，碱式氯化锌提供1500mg Zn/kg组，在日增重和料肉比上都要比氧化锌好。Mavromichalis等（2001)也报道了在不添加抗生素的情况下，由碱式氯化锌提供1500mg Zn/kg的日粮对 5.2 kg的断奶仔猪的效果比由氧化锌提供的3000 mg Zn/kg 的日粮效果好。

      碱式氯化锌是一种安全饲料添加剂，经急性毒性试验，雌、雄大鼠LD50>10000mg/kg,雌、雄小鼠LD50>5000mg/kg。M.E.Persia等（2004）报道小鸡对碱式氯化锌的最小耐受剂量是1720－2115mg Zn/kg，比是正常需要的40－60倍。

      3、锌的吸收

      锌的吸收机理现在仍然不清楚。目前仍沿用Evan提出的小肠锌吸收的假说: (1)胰腺分泌一种锌结合体进入肠腔；(2)在肠腔中锌与该配体相结合；(3)与配体结合后的锌通过肠道微绒毛转运进上皮细胞；(4)在上皮细胞中,锌被转运到位于基膜上的结合位点上；(5)动脉血中的无矿物白蛋白与基膜相互作用,将锌从结合点上移走,锌进入血液循环。在基膜上可获得的无矿物白蛋白的数量决定了从肠上皮细胞内移走的锌的数量,这样可调节进入机体内的锌的数量。

      4、高锌对断奶仔猪生产性能的影响

      锌是继铜，砷之后发现的又一高效微量元素促生长添加剂。断奶仔猪日粮中添加高锌对预防仔猪腹泻有显著效果。Hall（1988）和Poulsen(1989)发现高剂量氧化锌可减少仔猪腹泻后。Poulson（1992，1995）报道断奶仔猪饲喂2500－4000mg/kg的锌能减少不知起源的腹泻范围和程度。之后也有很多研究证明高剂量的锌能减少仔猪腹泻率和死亡率（Kavanagh，1992；Hahn和Bvaker，1993；Holm和Poulsen,1996；Katouh等，1999；Cromwel等，1999；Mavromichalis等，2001；Hill等，2001；Case和Carlson，2002 ；M.E.Davis，2004）。A.Owusu－Asiedu（2003）也报道高锌能控制有埃希氏菌属大肠杆菌变体K88引起的断奶仔猪腹泻。郑家茂等(2000)试验发现,饲粮中添加3000mg/kg氧化锌和硫酸锌使腹泻率分别降低了98.60%和68.70%。许梓荣（2000）报道饲料中添加高锌,仔猪腹泻率下降了93.89%(P<0.01)。

      断奶仔猪日粮中添加高锌还可提高仔猪的日增重。3000mg/kg氧化锌可提高仔猪日增重15%-22%(Hahn和Baker等,1993；Hill等，1996)。日粮中锌水平在2500－4000mg/kg时，断奶仔猪生长日增重能提高10％－26％（Kavanagh，1992；Carlson等，1995；Poulsen，1995；Smith等，1997;G.L.Cvase,2002）,也有报道在仔猪饲粮中添加高锌，日增重提高9.73%-14.8%,饲料利用率也有不同程度的改善（Wolf和Hitchcock ，1996；M.S.carlosn，1999,2004）。Smith（1995，1997）和Lemieux等（1995）发现在仔猪断奶后14－28 天,高锌日粮与对照日粮相比有最大平均日增重，赵昕红等(1999)也有类似的报道。

      5、高锌对断奶仔猪的促生长作用机理

      5.1 高锌可促进断奶仔猪采食

      动物和人体内的锌主要通过唾液内的一种含有两个锌离子的唾液蛋白—味觉素作介质影响味觉及食欲。味觉素对口腔黏膜上皮细胞的结构、功能及代谢有重要作用，影响舌乳头中味蕾小孔的形态和功能，高锌可促进黏膜味蕾细胞迅速再生，调节食欲，促进采食。此外,唾液中的碱性磷酸酶和胰羧肽酶A均是含锌酶,它们在唾液中含量减少或活性降低也可影响食欲。然而采食量是猪生长速度的一个主要限制因子,采食量的提高不仅能加快猪的生长速度,还能提高饲料消化率,因为机体获得的养分大部分用于生长需要(Pekas,1985)。辜玉红等（2004）试验发现：日粮添加高剂量锌使仔猪采食量显著提高（P＜0.05），Hahn和Baker（1993）报道3000mg/kg的氧化锌可提高仔猪日增重15％－22％，采食量9.5％－14%。Wolf和Hitchcock（1996）报道在仔猪饲粮中添加高锌，采食量增加15.6% 。Smith（1995，1997）和Lemieux等（1995）发现在仔猪断奶后14－28 天,高锌日粮与对照日粮相比有最大日采食量，赵昕红等(1999)也有类似的报道。

      5.2 高锌可提高断奶仔猪对饲料的利用率

      D.Y.Lee（1997）等报道断奶仔猪饲料添加高锌,血清尿素氮浓度下降了27.22%(P<0.01)，表明体内氨基酸分解减慢,氮的存留时间延长。采食高锌日粮（3000mg/kg）可提高饲料中干物质、粗蛋白质的表现消化率（陈艳珍等，2001）这可能与羧肽酶A、B 活性上升有关。因为羧肽酶A、B均为重要的含锌酶，主要催化氨基酸羧基末端的肽键分解，使蛋白质的水解产物进一步水解为肽与氨基酸，对饲料蛋白质的充分消化吸收具有重要的作用。但也有不一致的报道，辜玉红等（2004）报道，日粮高锌（3000mg/kg）对干物质的表观消化率无显著影响（P＜0.05），但显著降低蛋白质的表观消化率（P＜0.05）。Hampson（1986）高锌通过从生理上改变肠胃内膜形态来提高营养物质的吸收。Carlson等（1998）报道饲喂3000mg/kg的氧化锌提供的锌能使肠道皱襞加深，厚度表薄，有利于养分的吸收。王敏奇、许梓荣（1999）实验表明:饲粮中添加3000mg/kg氧化锌,仔猪对粗蛋白和粗脂肪表观消化率分别提高了11.35%(P<0.01)和36.94%(P<0.01)。十二指肠内容物总蛋白水解酶、胰蛋白酶、α-淀粉酶和脂肪酶活性分别较对照组提高了6.29% ,25.37% ,41.86%和110.71%(P<0.01)。

      高锌能改善机体的消化能力的原因可能是高锌抑制了肠道大肠杆菌的增殖,从而排除了断奶仔猪在应激状态下导致的消化酶分泌减少或酶活性降低及肠微绒毛受损等,使内源性消化酶正常分泌,保持稳定的活性,增强消化吸收功能。日粮中高剂量的锌也可显著提高血清锌含量，进而促进了仔猪的生长发育，因为血清锌浓度高可促进蛋白质的生物合成。

      5.3 高锌可增强断奶仔猪免疫力

      锌是许多酶的组分及其作用的必需因子，其中碳酸酐酶、羧肽酶、二肽酶、醇脱氢酶、碱性磷酸酶、胸苷激酶和超氧化物歧化酶等都是哺乳动物体内重要的含锌酶，锌的许多生物学功能都是通过与这些酶作用来完成的。高锌可提高机体的免疫反应，刺激仔猪生长。高锌可使血浆IgG浓度显著升高，清除自由基的能力提高，从而使仔猪免疫力增强，随之抗应激能力增强，生长速度加快，腹泻率减少。Katouli等（1999）报道仔猪从液体日粮过渡到固体日粮时，肠内环境引起变化，产生应激抵抗力降低，高锌能够稳定肠内微生物群落，对大肠杆菌呼吸链有抑制作用，增强免疫力来改善仔猪生长性能。Smith（1995，1997）也报道了高锌可显著缓减仔猪断奶后腹泻的发生,提高日增重，高锌还能提高机体的免疫反应，刺激仔猪生长，高锌可使血浆IgG浓度显著升高,从而使仔猪的免疫能力增强,生长速度加快，腹泻率减少。赵昕红和李德发（1999）研究表明，饲喂高锌日粮，血浆IgG浓度随日粮锌浓度增加而增加。陈艳珍等（2001）研究亦表明，添加3000，3500mg/kg的高锌日粮组血浆IgG浓度显著高于对照组。冷静等（2004）研究认为：适量高锌1000mg/kg-3000mg/kg能显著增强碱性磷酸酶（ALP）和乳酸脱氢酶（LDH）活性，ALP、LDH活性的上升提高了仔猪体内蛋白质的合成，促进仔猪的增重及免疫力的提高。

      锌是铜锌超氧化物歧化酶Cu-Zn-SOD的组成成分,直接影响该酶的稳定性。SOD能特异性清除机体内的超氧化物自由基(O2-) ,防止游离基反应的连续发生和代谢产物的积累,避免机体损伤和病理现象的发生。此外,金属硫蛋白(MT)也能通过巯基和自由基结合,从而保护细胞免遭有氧化代谢反应中产生的超氧化自由基的损伤。锌也可减少体内生成的自由基,但该效应的强弱和细胞内的金属硫蛋白浓度有关。实验证明饲喂高锌日粮的断奶仔猪，肠内、组织和肝脏内金属硫蛋白上升（Richards，1975；Blalock等，1988； Carlson，1999）。SOD活性的降低，会导致机体清除超氧自由基的效率降低,从而引起肝和心脏的严重损伤(刘向阳等,1998)。赵昕红和李德发（1999）认为，高锌日粮中嗜中性白细胞与单核细胞比例高于正常水平日粮及高铜日粮，说明高锌比高铜更能促进仔猪的体液免疫反应。另外，高锌组仔猪血液中的超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性高于高铜组，因此，推测高锌比高铜具有更大幅度地提高机体免受自由基损伤的潜力。许梓荣等(2001)发现,饲粮中添加3000mg/kg氧化锌,仔猪肝脏组织中Cu-Zn-SOD活性上升48.52%(P<0.01)；也显著提高了肝脏组织中MT的含量,其中3000mg/kg氧化锌组肝脏MT含量是对照组(100mg/kg)的13倍。

      5.4 高锌可提高断奶仔猪体内部分激素水平,促进生长

      许梓荣（2004）研究发现,饲粮中添加高锌对血清T3、T4、生长激素未产生明显影响,但胰岛素、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）分别上升了24. 74%(P<0.01) 和35.43%(P<0.01)。胰岛素和IGF-1均为合成代谢激素,可促进细胞对氨基酸和葡萄糖的摄取,增加蛋白质、脂肪和糖原的合成。锌不仅是胰岛素分子的组成部分,而且可以稳定胰岛素分子结构,使之免受胰岛素酶降减的影响,加强其降血糖的作用。在许多缺锌导致动物生长阻滞的机理研究中,均未发现生长激素有显著变化,却发现血清IGF-1水平显著下降。生长激素是通过刺激IGF-1生成而发挥其生理功能的、因此,锌可能通过影响IGF-1的含量而影响动物生长。

      5.5 高锌影响肠道和肝脏中MT mRNA的表达，促进生长在肠道黏膜细胞中,锌的吸收受到金属硫蛋白（MT）的调节。而日粮锌浓度可以刺激肠道和肝脏中MT mRNA的表达。MT与肠细胞内锌结合配体相竞争,控制着跨基膜转运入循环系统中锌的数量。锌转运到血液中,沉积于肝脏,在那里MT以储存和释放。日粮锌还可刺激其他组织MT浓度。日粮锌浓度升高,则各组织器官中MT浓度也随之升高（Lee等，1989；Cousins和Lee-Ambrose，1992）。MT具有促进细胞生长、发育的功能。锌在RNA-DNA增殖上有一定作用。因此,M.S.Calson 等（1999）推测肠细胞内锌的增加和MT一起可能有利于蛋白质的合成和细胞的分裂增殖,从而促进肠道健康,促进动物生长。Carlson和Hill（1995）认为，高锌刺激肠黏膜细胞MT的合成可能是高锌促进仔猪生长的作用模式之一。因为高锌刺激肠黏膜细胞MT的合成，而MT调节锌的吸收。在机体内，锌可与铁竞争性地和硫醇结合，因而减少或阻止了铁催化破坏性反应及新自由基形成的可能性。

      综上所述，高剂量锌对猪的促生长作用似乎是一种整体效应。一方面通过增加食欲提高采食量和饲料消化率而促生长;另一方面,似乎通过清除体内自由基,提高机体免疫力,促进胰岛素、IGF-1的合成和分泌,加强合成代谢,而取得促生长效果。