自1928年人們發現銅是日糧組成所必需的成分以后, 直到1950年關于銅在動物營養中的重要作用才逐漸被查明, 因此, 微量元素銅營養的研究也逐漸被重視。反芻動物銅營養的研究主要以牛羊為主, 近年來隨著奶牛業的飛速發展, 奶牛微量元素銅的研究進入了一個新時期。目前, 在我國畜牧業內部戰略性結構調整中, 奶牛被突出列為加快發展的重大項目[1]。這意味著今后我國食品市場對牛奶的需求量將與日俱增, 有著廣闊的發展前景。
1 奶牛微量元素研究的意義
已知微量元素和體內的酶、激素、維生素及其它生物活性物質的作用有密切聯系, 且在機體生命活動中起著非常重要的作用。因此, 在家畜的營養物質里必須包含這些物質, 尤其是奶牛, 當其缺乏或過剩時, 能夠引起一系列代謝紊亂、生長發育受阻、生殖機能障礙、生產性能和產品質量下降、對疾病的抵抗力降低, 甚至發生嚴重的群發病而造成畜禽大批死亡。動物微量元素的來源, 主要是飼料和飲水。飼料和飲水與其土壤的微量元素關系極為密切, 原發性微量元素缺乏癥常呈地方性流行。隨著規?；B殖業的發展, 畜禽的飼養方式、飼料來源都有了很大的變化。因而深入研究各種微量元素的生物學特性, 根據畜禽的品種、年齡和生產性能的需要及時而合理地供給各種微量元素, 不僅可以預防微量元素缺乏病, 而且對提高畜禽的生產性能和產品質量都是很重要的。為使我國奶牛業增產、增效, 并力爭在短期內, 從生產總體水平上趕上世界奶牛生產先進水平, 除了黨和政府在政策上給予正確引導和扶持外, 最重要的是要依靠奶?，F代高新技術的推廣和應用, 以提高生產效率, 降低生產成本, 改善產品質量。
2 銅的生物學效應
2.1 生長效應
銅缺乏可引起骨質中的膠原纖維合成受阻, 骨骼發育受影響, 骨質疏松, 長骨易碎。此外, 銅還與動物血管的正常發育和正常功能、被毛生長和品質、中樞神經系統、繁殖機能有關, 銅缺乏時生長發育停滯、神經紊亂、共濟運動失調、四肢軟弱無力;奶牛缺銅會發生腹瀉、營養性貧血、被毛粗糙、褪色, 全身被毛變成灰色;缺銅過多會引起嚴重下痢, 體重下降快, 生長停滯, 四肢骨端腫大 (上部嚴重) , 骨骼脆弱, 經常導致脅骨、股骨和肱骨復合性骨折, 關節僵硬, 可導致老牛的“對側步”, 發情率低或延遲, 繁殖性能下降, 難產;犢牛缺銅出生時, 便為先天性佝僂病;心臟衰弱而造成疾病或突然死亡等[2]。正常動物機體內含銅2～3 mg/kg, 絕大部分分布在肌肉和骨骼內, 肌肉組織約占總量的一半。高銅的促生長機制:多數研究者認為銅有抑菌作用, 減少微生物對飼料的消耗和降低發病率;高銅使空腸變薄、十二指腸絨毛變短、減緩腸等組織更新速度從而降低了他們維持的能量需要量, 相應地增加了用于生產的能量;高銅的促生長長期作用可能與采食量的提高有關;高銅能增加消化道酶如胃蛋白酶活性, 也可提高仔豬脂肪的利用率, 刺激仔豬的生長, 高銅還可以調整腸道的微生態環境, 增加血液中的促有絲分裂因子, 從而產生促生長效應;高銅還可能促進動物的生長激素的分泌從而促進體蛋白的合成, 最終提高生產性能。
2.2 銅的營養生理功能
銅的營養生理功能主要有:①參與機體代謝, 這些酶包括細胞色素氧化酶、尿酸氧化酶、氨基酸氧化酶、酪氨酸酶、銅藍蛋白酶等。銅是酪氨酸酶輔基, 缺銅酪氨酸酶活力低下, 使酪氨酸轉化為黑色素的過程受阻, 造成皮膚和毛色減退, 毛質下降, ATP生成減少影響磷脂和髓磷脂合成, 造成神經系統脫髓鞘、腦細胞代謝障礙, 表現為運動失調等神經癥狀。②維持鐵的正常代謝, 有利于血紅蛋白的合成和紅細胞的成熟。銅是銅藍蛋白的輔基, 血漿銅藍蛋白與組織轉化鐵蛋白有關, 缺銅使紅細胞脆性增強, 存活時間變短而形成貧血。③銅參與骨骼的合成。銅是胺氧化酶和賴氨酸氧化酶的輔基, 銅缺乏時, 此酶活性下降, 骨膠原溶解度增加, 肽鍵間的交叉連接受損, 破壞骨膠原的穩定性, 降低骨骼強度。
3 高產奶牛對銅的需要
3.1 奶牛對銅的需要量
奶牛對銅的需要量為10～20 mg/kg, 但日糧中銅和鉬有拮抗作用, 在生產中, 飼料中添加銅要考慮銅和鉬的比例, 一般應掌握在4～5∶1之間, 若小于3～1∶1時, 銅的含量僅為6 mg/kg, 牛則會表現出銅缺乏癥[3]。在應激的條件下, 銅的用量為40～90 mg/kg。動物正常生理活動所需銅量很低, 如豬、禽所需量每千克日糧中僅5～8 mg。Beck (1962) 曾指出, 當飼料中鉬含量為0.14 mg/kg時, 銅供給量小于3 mg/kg, 即可使青年?；笺~缺乏癥, 通過對犢牛銅的需要量研究, 認為給犢牛飼料中添加9 mg/kg銅可以防止犢牛產生缺銅性病理損傷, 但不能維持銅的正平衡。添加15 mg/kg銅, 不能維持牛乳中正常銅濃度, 而且血漿銅藍蛋白濃度下降, 并可產生腹瀉。Suttle (1978) 估計犢牛按每千克體重3.4 μg喂給銅, 可維持體重不增不減;按每千克體重0.47 mg供給, 則體重增加。當日糧中銅含量為2 mg/kg和7 mg/kg時, 則需供給7 mg/kg和15 mg/kg的銅。
3.2 奶牛對銅的耐受量
奶牛對銅的耐受量通常為100 mg/kg。Wisst和Baur (1986) 報道, 給犢牛飼喂含銅300 mg/kg飼料后, 出現溶血性黃疸、肝壞死性病變及口渴、癡呆、死亡。由此可見, 成年牛對銅的耐受性高于犢牛。盡管牛對銅有較強的耐受力, 但也應防止過量。我國飼料調查表明, 除玉米平均含銅量為1.6 mg/kg (87%干物質基礎) , 其他均能滿足動物需要。餅粕類為19～40 mg/kg, 動物性飼料、草粉、葉粉類、豆類15 mg/kg (豌豆6.4 mg/kg) , 谷物及副產品為5～14 mg/kg。但由于飼料中的許多因素以及動物的生理狀況, 影響動物對銅的需要量和銅的吸收利用。因此, 在許多情況下需補充銅, 尤以玉米為主的生長家畜日糧和放牧家畜常需補充銅。植酸鹽、抗壞血酸、過量的鈣、磷、鐵、鋅、鎘、硫、鉬均影響銅的吸收, 尤其是鉬、硫、銅三者的拮抗作用在反芻動物最為明顯, 在瘤胃微生物作用下, 日糧中的硫、鉬形成硫化物和硫代鉬酸鹽, 在消化道, 前者易與銅形成硫化銅, 后者則與銅生成極難溶的復合物硫酸鉬銅, 降低銅的吸收和機體利用。因此, 在鉬、硫含量高時, 即使銅不缺乏, 也會出現缺銅癥。
3.3 奶牛對銅的中毒量
一般犢牛對銅攝入較為敏感, 飼喂犢牛含100 μg/g銅的代乳料情況下, 可引起中毒致死。臨床上, 每日飼喂犢牛3.5 mg/kg銅就能引起慢性中毒。成年牛飼料中銅的最大安全劑量為80 μg/g, 也有人認為可達100 μg/g。飼料中銅過多, 引起的中毒多為慢性蓄積性中毒。當肝臟中蓄積到臨界水平時, 大量銅轉入血液, 使紅細胞溶解, 發生血紅蛋白尿和黃疸, 并使組織壞死, 甚至導致死亡。另一方面, 鉬、硫含量很低時, 即使銅含量不太高, 也會發生銅中毒。反芻動物中, 綿羊對銅最為敏感, 用50 mg的銅一次性皮下注射, 在1～3 d內即可中毒死亡。母雞體內不易蓄積銅, 豬對銅也有較高的耐受性。一般認為, 每千克日糧中銅安全含量的上限:雞為300 mg, 豬為250 mg。豬的中毒劑量為500 mg/kg日糧, 但與日糧中其他元素含量有關。如果鐵、鋅不足, 長期使用250 mg/kg的含銅飼料, 也有發生中毒的可能, 故在使用高劑量銅時, 必須增加日糧中鐵、鋅的添加量[4]。據研究, 每千克日糧含130 mg的鋅、150 mg的鐵即可抵消250 mg銅中毒的危險。飼喂高銅日糧中超過20 mg左右, 就可能對其有不良影響。銅的補充物多為硫酸銅、氧化銅、碳酸銅等。
4 高銅的危害
隨著乳業生產的不斷發展, 奶牛養殖片面追求生產效益, 多種飼料添加劑被應用到生產實際中, 目前被大家關注的微量元素銅也被添加, 因而奶牛銅缺乏的現象被基本遏制, 而高銅日糧則普遍存在, 因此形成了一系列的危害。
4.1 降低奶牛生產性能及乳品品質
在生產中, 若不分生長階段長期給奶牛補飼微量元素銅則可造成銅在肝臟內蓄積, 引起慢性中毒。主要中毒癥狀為奶牛食欲和采食量下降、腹瀉、腹痛, 嚴重者脫水、休克, 甚至死亡[5]。因此, 銅中毒可使奶牛產奶量下降, 造成飼料的浪費, 使生產成本上升, 養殖效益降低。同時, 乳品品質也因高銅而受到影響, 進一步威脅到人類健康。
4.2 資源浪費
銅無論是作為具有廣泛應用性的材料, 還是作為對人類自身健康有很大影響的微量元素, 銅是人類生存必不可少的。銅已經成為世界上消費量僅次于鋼和鋁的第三大金屬, 也是我國國民經濟建設和人民不可缺少的重要金屬材料。我國是世界上有色金屬較為豐富的國家之一, 許多有色金屬資源具有相對優勢, 但銅的基本狀況卻不容樂觀。截至2004年, 世界上生產的銅有10%出口到中國, 按照目前的生產情況, 我國的銅礦資源靜態保有年限不足10 a[6]。我國的飼料行業需要在飼料中添加銅來彌補一些植物原料中含銅低的不足, 又由于不合理的添加方式及經腸道吸收后不能回收利用的特點, 對于我國銅資源是一種浪費。
4.3 影響生態環境
日糧中添加高劑量銅, 造成資源浪費, 生產性能及乳品品質降低的同時, 也引起了環境污染。據報道, 在某奶牛場周邊取樣化驗, 經多年排放, 牛場周圍土壤的銅含量已達到危害植物生長的水平, 該樣品銅含量升高的主要原因就是因為該牛場奶牛高銅糞直接排放到周圍環境中而對生態環境造成的破壞。銅是植物生長發育的必需微量元素之一, 但土壤中過多的銅會影響植物根系的代謝功能, 造成植物生理中毒, 引起農作物減產, 導致農產品品質下降。同時, 土壤受到重金屬污染時, 土壤微生物數量和種群結構都發生改變, 微生物參與的土壤生物化學反應也會受到影響。
5 奶牛微量元素研究展望
隨著奶牛產業的蓬勃發展, 奶牛營養素的攝入越來越被大家關注, 因此, 作為動物生命活動不可缺少的營養素之一的微量元素當然也成為研究的焦點。我國的奶牛微量元素飼料添加劑研究方面已取得較大進展, 但對微量元素相互作用機理的研究仍需進一步展開, 在微量元素的補充形式上, 除改進現有的產品生產工藝外, 可考慮長效微量元素添加劑和具有吸附微量元素作用的酵母菌的開發。所開發產品應用于實際生產方面尚有不足, 主要的原因是由于奶牛養殖業的管理人員對微量元素添加劑的認識不足和微量元素本身添加方式的缺陷所造成的。今后應進一步了解和掌握微量元素的相互作用及相對生物利用率, 確定奶牛在不同生產階段對不同微量元素的來源及需要量, 在研制適合我國資源、經濟有效的微量礦物元素添加劑等方面還有待加強。
參考文獻
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