日粮中添加不同水平铜、铁、锌对奶牛血液生化指标影响的研究

于宁先，张桂国，杨在宾

（1.山东省济南卫生学校，济南 250023；2.山东农业大学动物科技学院，山东 泰安 271018）

铜、铁、锌是奶牛的3种必需微量矿物元素，其影响奶牛的生产性能和身体健康。美国NRC、法国INRA、英国ARC标准都对这3种元素的营养需求做了推荐，中国奶牛饲养标准也对适宜添加量做了推荐，产奶期和干奶期奶牛的铁需要量为15 mg·kg-1GM，锌 40 mg·kg-1GM，铜 10 mg·kg-1GM。

在纯化日粮中添加9 mg·kg-1的锌能保证犊牛的健康生长，但在生产状态下，添加20～40 mg·kg-1的锌仍表现出缺乏症状，在日粮中添加500 mg·kg-1的锌含量也未表现出中毒症状，这些理论逻辑的差异说明，在生产状态下有一些未探明的原因，锌的需要量可能要高于试验条件下所得出的需要量。奶牛微量元素的营养需求量受疾病、应激、环境温度、营养水平、饲养管理、产奶量等诸多因素影响，因此在不同的生产条件和生产水平下其需要量可能与试验条件下的需求量差异较大。在美国，生产中许多奶牛日粮铁水平都超过NRC推荐水平，在含有较多棉籽粕或全棉籽粕的日粮中，添加铁的硫酸盐来提高日粮铁水平，能保持奶牛良好的生产性能[1]。Tait等发现，在放牧条件下的动物，虽然牧草含有足够的微量元素，但是提供一定数量的微量元素，能够提高其生产性能[2]。所有的这些研究都表明在生产状态下奶牛的铜、铁、锌需要量要高于各营养标准推荐量，不同生产条件下其需要量可能差异较大。实际上在单胃动物（鸡、猪）的饲养中，常使用高铜、高铁、高锌的饲料，在安全允许范围内，适当提高铜、铁、锌在日粮中含量能提高生产性能。本试验在奶牛日粮中添加不同水平的铜（CuSO4·5H2O）、铁（FeSO4·H2O）、锌（ZnSO4·H2O），通过检测血液生化指标，对奶牛日粮的铜、铁、锌营养状况作出综合评判。

表1 试验设计 mg·kg-1DM

表2 基础日粮组成及营养水平

1 材料与方法

1.1 试牛的选择与分组

选择体重、胎次、产犊日期与产奶量相近的健康荷斯坦奶牛35头，随机分为7组，每组 5头，Ⅰ～Ⅵ组为试验组，分别添加不同的铜、铁、锌水平，第Ⅶ组为对照组，试牛分栏定时饲喂，自由饮水。试验设计见表1。设预试期10 d，正试期20 d。

1.2 试验牛日粮组成及饲养管理

试验奶牛基础日粮组成及其营养水平见表2。

奶牛日喂料3次，挤奶2次。试验期每天分别记录产奶量、毛色、粪便、反刍情况。

1.3 测定指标和方法

血样采集方法：正试期最后一天上午喂料前，每组选取产奶量相近的两头奶牛进行颈静脉采集血样20 mL，10 mL置于加有抗凝剂的 20 mL试管中，测定全血样品中血红蛋白及铜、铁、锌含量；另外10 mL置于20 mL试管中自然凝固，3 000 rpm离心分离血清，测定铜蓝蛋白（CPL）浓度及铜锌过氧化物歧化酶（Cu-Zn-SOD）活性。

饲料及血样中铜、铁、锌含量的测定采用原子吸收分光光度计法；血红蛋白含量的测定采用氰化高铁血红蛋白法；血清CPL的活性测定采用联大茴香胺法，试剂盒由南京建成生物工程研究所生产；血清Cu-Zn-SOD的活性测定采用黄嘌呤氧化酶法，试剂盒由南京建成生物工程研究所生产。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同日粮铜水平对奶牛血液生理生化指标的影响

日粮不同铜水平下奶牛血液生理生化指标变化分析见表3。

表3 不同日粮铜水平对奶牛血液生化指标的比较

由表 3 可见，在同一铁（336.4 mg·kg-1）、锌（50.15 mg·kg-1）水平下，随着日粮中铜水平的不断增加，血铜浓度有升高趋势，对照组显著低于添加铜的两个试验组（P＜0.05）。两个试验组之间差异不显著（P＞0.05）。血中锌的含量随日粮中铜的含量增加有降低趋势但各组间差异不显著（P＞0.05）。血清Cu-Zn-SOD、血清CPL活性有升高趋势，中铜组（31.5 mg·kg-1）与低铜组（21.5 mg·kg-1）之间、高铜组（41.5 mg·kg-1）与低铜组之间差异显著（P＜0.05）。血铁浓度、血红蛋白具有相同的变化趋势，随日粮中铜的含量增加有升高趋势，中铜组与低铜组之间差异显著（P＜0.05）。

2.2 不同日粮铁水平对奶牛血液生理生化指标的影响

不同日粮铁水平下奶牛血液生理生化指标变化分析见表4。

表4 不同日粮铁水平对奶牛血液生化指标的比较

由表 4 可见，在同一铜（21.5 mg·kg-1）、锌（50.15 mg·kg-1）水平下，随着日粮中铁水平的不断增加，血铁浓度、血红蛋白有升高趋势，各组间差异均不显著（P＞0.05）。血锌含量、血铜含量、血清Cu-Zn-SOD、血清CPL活性随日粮中铁的含量增加呈降低趋势，各组间差异均未达到显著水平（P＞0.05）。

2.3 不同日粮锌水平对奶牛血液生理生化指标的影响

不同日粮锌水平下奶牛血液生理生化指标变化分析见表5。

表5 不同日粮锌水平对奶牛血液生化指标的比较

由表 5 可见，在同一铁（336.3 mg·kg-1）、铜（21.5 mg·kg-1）水平下，随着日粮中锌水平的不断增加，血锌浓度有升高趋势，低锌组（50.15 mg·kg-1）与中锌组（90.15 mg·kg-1）之间、低锌组与高锌组（130.15 mg·kg-1）之间差异显著（P＜0.05），中锌组与高锌组之间差异不显著（P＞0.05）。不同锌水平之间血铜、血铁、血清CPL、和血红蛋白含量均呈下降趋势，差异不显著（P＞0.05）。血清 Cu-Zn-SOD活性呈升高趋势，但未达到显著水平（P＞0.05）。

3 讨论

3.1 不同日粮铜水平对奶牛血液生理生化指标的影响

动物体内铜、铁、锌的代谢具有密切的关系，吸收的铜主要以铜蓝蛋白的形式转运到各组织器官，同时铜是血红蛋白形成所必需的元素。本研究中血铜浓度随日粮铜浓度的增加而增加，中铜组（31.5 mg·kg-1）和高铜组（41.5 mg·kg-1）显著大于低铜组（21.5 mg·kg-1），中铜组和高铜组间无显著差异。

血液中铜的浓度会影响血清铜蓝蛋白含量，血清铜蓝蛋白具有转运铜及亚铁离子（Fe2+）氧化作用，铜蓝蛋白实际上是一种氧化酶——亚铁氧化酶，其参与铁的利用，能提高血中转铁蛋白中铁饱和作用的速度，也是合成血红素及清除体内过多自由基所必不可少的。铜还参与许多酶系的组成，血中铜、锌含量与血清Cu-Zn-SOD含量呈显著正相关[3]。本试验中随日粮铜浓度的增加，血铜浓度、血清铜蓝蛋白及Cu-Zn-SOD具有相同的变化趋势，随日粮铜浓度的增加而增加，当浓度达到31.5 mg·kg-1时，再增加铜浓度血铜浓度、血清铜蓝蛋白和SOD都没有再显著增加，表明血中铜浓度、血清铜蓝蛋白和SOD与日粮铜浓度并不具有一维线性关系，在日粮铜浓度达到最大耐受量范围内，血铜浓度、血中铜蓝蛋白和SOD的活性只是在某一个铜浓度达到最大，提高铜的浓度可以增加血中铜蓝蛋白和Cu-Zn-SOD的合成，但并不能随铜浓度提高而显著增加，这个日粮铜浓度点可能是血中铜含量、铜蓝蛋白和SOD的活性达到最大的一个阈值点，还需要进一步研究。

铁在体内存在血红蛋白、肌红蛋白和许多抗氧化酶系统中，血红蛋白和肌红蛋白完成血液和肌肉骨骼组织中氧的转运、固定和贮存，抗氧化酶系统对于维持动物内脏器官正常功能，保障体内生化过程电子转移、动物产品中铁的转运和贮存具有重要作用，因此一定程度的血铁含量提高对于维持动物健康的生理功能具有重要的意义。试验中随日粮铜浓度增加，血中铁的浓度增加，由于铜蓝蛋白能提高铁的代谢和转运，血中铜蓝蛋白浓度的增加使血铁的含量也增加，铁元素是构成血红蛋白的重要成分，试验中血铁浓度与血红蛋白浓度也表现出一致的变化趋势，随日粮铜浓度增加而增大（P＜0.05），在铜水平为31.5 mg·kg-1时不再有显著增加。

铜、锌之间存在吸收的颉颃关系，高浓度的铜会降低锌的吸收利用，生产中使用高铜饲料必须相应提高日粮锌的水平，虽然大量报道铜可抑制锌的吸收，但主要是指日粮中铜锌比很高时（50：1）。本次试验日粮中铜的增加使血中锌的浓度有降低的趋势，但未达到显著水平（P＜0.05），这说明日粮铜水平在41.5 mg·kg-1时不会对锌的吸收代谢造成负面影响。血中锌的含量都在5 μg·mL-1以上，大于奶牛正常血锌浓度 2.5～5.0 μg·mL-1，因此日粮中锌的含量可能已经达到营养需求。

综合以上血液指标分析可以看出，日粮31.5 mg·kg-1的铜浓度，对铜蓝蛋白、Cu-Zn-SOD活性，血红蛋白、血铁含量都有有益的影响。在此饲养条件下31.5 mg·kg-1的铜含量是较为适宜的。但本试验补饲日粮铜浓度达到31.5 mg·kg-1时，血铜浓度 1.33 μg·mL-1，超过了报道的正常奶牛血铜浓度 0.8～1.2 μg·mL-1范围。对于血液铜含量，Luo等认为动物铜的给饲方式，也是影响铜在体内的沉积因素之一，一次大剂量给予或者分次饲喂胃对铜在体内沉积及血铜浓度影响很大[4]。本研究铜的饲喂是一次性给予对血铜浓度和相关指标变化也可能造成影响。血铜含量受包括疾病、应激、日粮等许多因素的影响，因此血中铜浓度并不能完全指示体内铜营养状态。在铁、锌、铜之间存在着营养的颉颃关系，过量的硫酸亚铁和锌的存在会干扰铜的吸收和代谢，铜在反刍动物体内的代谢受许多日粮因素的影响，包括硫酸盐中硫含量、钼、锌、蛋白水平、蛋白来源等，由于这些因素都会影响铜的代谢，所以想在不同的饲养状态下研究日粮铜的准确需要量是非常困难的。

3.2 日粮不同铁水平对奶牛血液生理生化指标的影响

本试验中对照组日粮铁含量为336.3 mg·kg-1，高于NRC推荐需要量标准的6倍以上，继续提高日粮中铁水平使之达到386.3、436.3 mg·kg-1后，血中铁及血红蛋白含量随日粮铁含量增加而增加，但未达到显著水平（P＞0.05），各试验组血铁含量在正常的血铁含量200～450 μg·mL-1范围之间，说明本试验中基础日粮中奶牛的铁营养状况很好，已能完全满足体内营养需要。

铁与铜、锌之间存在颉颃作用，其颉颃机理是铁在肠道内与铜、锌争夺蛋白质结合位点，从而降低铜、锌的吸收率；过量的铁会影响铜和锌的吸收，当奶牛日粮中含铁250～500 mg·kg-1时，可造成铜耗竭。但本试验中日粮铁含量为436.3 mg·kg-1饲养20 d后未发现铜耗竭的现象，且血铜、血清CPL、血清Cu-Zn-SOD等指标未见明显下降，这说明动物具有调控铁吸收的内在机制，且铁与铜之间存在着更为复杂的协同与颉颃关系。日粮中过量的铁会降低磷、铜的吸收，在幼龄动物上会减少肝中维生素A的沉积。日粮铁含量变化对血铜含量没有显著影响，血铜含量受包括疾病、应激、日粮等许多因素的影响，因此血中铜浓度并不能完全指示体内铜营养状态。增加日粮铁含量会降低肝铜含量，同时会增加肝中铁的含量，但是日粮铜含量变化对肝铁含量的影响非常小。但血液和肝脏中铜浓度并不具有良好的相关性（R=0.18）。Shen等报道在中国西部放牧的牦牛，由于土壤和饲草中铁含量过高，而导致铜缺乏症，通过日粮补给铜而消除这种现象[5]。Chase报道，日粮中不补充铜、铁时（基础日粮含铁 140 mg·kg-1DM，含铜 8 mg·kg-1DM），肝铜含量在660 mg·kg-1DM，只补充日粮铁到552 mg·kg-1DM时，肝铜贮量达到 289 mg·kg-1DM，如果把日粮铜提高到 30 mg·kg-1DM，则肝铜贮量上升到600 mg·kg-1DM。这表明日粮高铁低铜水平时，会降低铜在肝内的保留量，但同时添加高铜高铁则不会影响肝内铜的存留量[6]。本试验中各试验组Cu-Zn-SOD活性、铜蓝蛋白浓度也没有显著变化，这可能是与之相关的铜、锌含量变化不明显而导致，而铁对SOD活性、铜蓝蛋白影响也是通过对铜和锌影响而起作用的。

综合以上分析可以看出，基础日粮铁含量已经满足营养需求，在此条件下不需要再补饲铁制剂，虽然日粮中过量的铁一般不会造成铜、锌吸收代谢的负面影响，但过量铁盐可能在消化道内与磷形成不溶性的磷酸盐而降低动物对磷的吸收，从而产生缺磷所致的骨骼疾病，而且用示踪原子测定发现，当母牛饲喂超过其需要量的铁时其吸收率＜2%，因此，基础日粮中铁含量已经能满足营养需要，不宜再添加铁。

3.3 日粮不同锌水平对血液生理生化指标的影响

本试验中随着日粮中锌水平的提高，血中锌含量逐渐增加，中锌（90.15 mg·kg-1）和高锌（130.15 mg·kg-1）试验组显著大于对照组（50.15 mg·kg-1），两个试验组之间无显著差异。锌在奶牛体内的代谢受适应性控制机能的调控，根据日粮供给锌的量调整从肠道吸收和再分泌锌的数量，在这一机制的调控下，当日粮锌严重缺乏时，在肝、胰腺、骨等组织中只有少量的下降，在脑、骨组织中没有改变，血中锌水平可能随日粮锌浓度的改变而变动较大，过量的日粮锌引起肝中锌的大量增加，对采食量没有影响，奶中中等程度增加，在脑、肌肉组织中没有增加。本试验条件下血中锌的含量都在5 μg·mL-1以上，大于奶牛正常血锌浓度2.5～5.0 μg·mL-1，因此认为对照组日粮中锌的含量已经达到营养需求。

血铁含量呈下降趋势，3个试验组之间差异不显著（P＞0.05），说明试验条件下补饲锌并没对铁的吸收产生显著抑制。随着日粮中锌水平的不断提高，血铜含量虽有降低，但各组间差异不显著（P＞0.05）。高锌可影响铜的吸收，因为日粮高锌能使肠道中金属硫蛋白量增加，对金属硫蛋白的合成起诱导作用，在肠管表面，铜被金属硫蛋白所束缚，并随肠道上皮细胞表皮的脱落而从粪中排出。有研究表明，成年泌乳母牛日粮中补锌2 000 mg·kg-1时，血浆铜浓度降低，但若补锌1 000 mg·kg-1，不会出现血浆铜下降的现象。

当铜、锌同时在奶牛日粮中添加时，会减少铜在肝脏中的沉积量，如果锌的剂量较高可能还会导致铜的缺乏，当然也可防止高剂量铜的中毒。由此可见从影响铜在体内代谢作用上看，日粮锌与铁的作用类似，其在日粮中含量变化对血液铜含量没有显著影响，而影响铜在肝脏的沉积，本试验结果也证明了，在实践中锌并非是影响铜吸收的主要因子。

随着日粮锌水平的提高，血红蛋白、血清CPL、血清Cu-Zn-SOD活性未见显著变化（P＞0.05）。这些指标的变化受血中铜、锌、铁含量变化影响较大，当日粮中含有高锌和高铜时，锌能够干扰铜的作用，从而间接影响与铜相关指标的变化，当只有高锌（500～1 000 ppm）时，而铜含量较低时（10 ppm），则对铜代谢的干扰较少。本试验中血中铜、铁含量无差异的变化，使得血红蛋白、血清CPL无显著变化，单纯血锌浓度的提高也未能引起血清Cu-Zn-SOD活性的明显增加。也有研究认为，日粮锌浓度的提高对血液中与锌相关指标影响较小，除非有一些协助性物质（如同时添加饱和脂肪酸）存在，才能促进血中与锌相关指标的变化，这也可能是造成本试验中血液相关指标没有显著变化的原因之一[7]。

4 结论

在本试验条件下，基础日粮中铁、锌、铜浓度为 336.30、50.15、31.50 mg·kg-1最适宜。

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