纳米铜对绵羊瘤胃液主要纤维降解酶活的影响

■陈红梅 郭 勇 代振威 裴彩霞

（山西农业大学动物科技学院，山西太谷 030801）

铜是反刍动物正常生长繁殖所必需的微量元素[1]， 同时也是瘤胃微生物正常生长繁殖所必需的微量元素[2]，其参与瘤胃微生物的代谢，缺乏和过量均影响瘤胃微生物的生长。高登宏[3]、Wei等[4]、Zita等[5]的研究表明，日粮铜水平会影响瘤胃发酵模式及纤维等营养物质的消化率，但结果并不一致，这可能和添加铜的种类和数量有关。在瘤胃中添加基本不溶的包被铜对瘤胃内环境、饲料有效降解率没有影响[6]，而添加易溶解的硫酸铜等就会改变瘤胃内环境[7]。目前在绵羊饲料中添加的铜源主要是硫酸铜，但硫酸铜溶解后，在钼存在的条件下可被转化为不易吸收的硫钼酸铜（CuMoS4）或化学结构不明的氧硫钼酸和铜结合的复合物，使铜的利用率低，粪铜排泄多，对环境造成污染[8]。纳米铜是采用纳米技术制备出的微量元素铜的超微粉，其与水有较强的亲合力，有利于在体内的消化吸收[9]，并且对猪[10]、鸡[11]及其肠道有益微生物的生长具有促进作用，从而影响到微生物纤维降解酶的分泌。本试验以干草为粗饲料，研究纳米铜对绵羊瘤胃几种主要纤维降解酶的影响。

1 材料与方法

1.1 试验动物和试验设计

选用4只年龄3岁、体重（55±2）kg、装有永久性瘤胃瘘管的健康阉公羊。采用4×4拉丁方设计，对照组：基础日粮；处理1组：基础日粮+纳米铜10 mg/kg饲料干物质（DM）；处理2组：基础日粮+纳米铜20 mg/kg DM；处理3组：基础日粮+纳米铜30 mg/kg DM。每个处理分4阶段(见表1)，每阶段预试期10 d，正试期10 d。

表1 4×4拉丁方设计

1.2 纳米铜

本试验所用纳米铜为广州市博仕奥生化技术研究有限公司生产的奥尔铜（粒度≤59 nm）。

1.3 基础日粮及饲养管理

基础日粮由精料、苜蓿干草和羊草干草组成，基础日粮组成和营养成分见表2。试验羊单笼饲养，每日07：00和19：00饲喂，自由饮水，将纳米铜均匀混入精料饲喂。

表2 基础日粮组成和营养水平（干物质基础）

1.4 样品的采集与分析测定

1.4.1 瘤胃液的处理

每阶段正式期开始后，连续4 d，分别在7：00、8：00、9：00、11：00、13：00、16：00用自制的采集器收集瘤胃液。每次采集250 ml，用四层纱布过滤后在-20℃下冰冻保存以备测定滤纸酶活性、果胶酶活性及木聚糖酶活性。酶活的测定采用王加启(2011)[12]方法。

1.4.2 数据处理

采用EXCEL软件整理数据，再用SPSS13.0统计分析软件的One-way-anova进行方差分析和显著性检验，并利用直线相关系数进行相关性分析。试验结果以“平均数±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 纳米铜对绵羊瘤胃液滤纸酶活的影响(见表3)

表3 纳米铜对绵羊瘤胃液滤纸酶活的影响[μmol/(min·ml)]

由表3可见，瘤胃液滤纸酶活总体呈现先下降后上升的变化规律。各组在所有时间点上的滤纸酶活差异均不显著（P＞0.05），除饲喂后2 h，在其它时间点上1组的滤纸酶活均高于对照组，但差异不显著。3组在饲喂0 h时滤纸酶活达到最大值，而其它各组均在饲喂后9 h时达到最大值。从各点的均值来看，1组和2组有使滤纸酶活升高的趋势，分别比对照组提高19.09%、6.36%。3组使滤纸酶活降低，比对照组降低0.91%。结果表明瘤胃液铜浓度与滤纸酶活不具相关性（r=0.087，P＞0.05），日粮中添加纳米铜对瘤胃液滤纸酶活无显著影响（P＞0.05）。

2.2 纳米铜对绵羊瘤胃液果胶酶活的影响(见表4)

表4 纳米铜对绵羊瘤胃液果胶酶活的影响[μmol/(min·ml)]

由表4可以看出，瘤胃液果胶酶活总体呈现先下降后上升的变化规律。1组、2组、3组在所有时间点上的瘤胃液果胶酶活差异均不显著（P＞0.05）。除饲喂后2 h，在其它时间点上1组的果胶酶活均明显高于对照组，但差异不显著（P＞0.05）。2组和3组分别在饲喂后6 h和0 h时果胶酶活达到最大值，而1组和对照组是在饲喂后9 h果胶酶活达到最大值。从整个饲喂周期内的平均值来看，1组的果胶酶活显著高于其它各组（P＜0.05）。结果表明瘤胃液铜浓度与瘤胃液果胶酶活不具相关性（r=0.159，P＞0.05），1组可以显著提高瘤胃液果胶酶活的平均值（P＞0.05）。

2.3 纳米铜对绵羊瘤胃液木聚糖酶活的影响(见表5)

表5 纳米铜对绵羊瘤胃液木聚糖酶活的影响[μmol/(min·ml)]

从表5可以看出，各组的瘤胃液木聚糖酶活总体均呈现先下降后上升的变化规律。1组、2组、3组在所有时间点上的瘤胃液木聚糖酶活差异均不显著（P＞0.05）。除饲喂后2 h，在其它时间点上1组的木聚糖酶活均高于对照组，但差异不显著（P＞0.05）。2组和3组分别在饲喂后1 h和0 h时木聚糖酶活达到最大值，而1组和对照组是在饲喂后9 h，木聚糖酶活达到最大值。从整个饲喂周期内的平均值来看，1组的木聚糖酶活均值显著高于其它各组（P＜0.05）。结果表明瘤胃液铜浓度与瘤胃液木聚糖酶活不具相关性（r=-0.260，P＞0.05），1组可以显著提高瘤胃液木聚糖酶活的平均值（P＜0.05）。

3 讨论

纤维素、果胶、半纤维素和木质素是植物细胞壁的主要构成物质。纤维素酶是能将纤维素降解成葡萄糖的一类酶的总称，主要包括葡萄糖苷酶、内切型葡聚糖酶和外切型葡聚糖酶。反刍动物瘤胃中的纤维素酶对纤维的降解过程是一个非常复杂的微生物发酵过程，即主要是由纤维分解菌分泌的多酶复合体来实现，该复合体是各种纤维素酶由非共价键连接成的有组织的复合物[13]，而且各种纤维素酶之间具有协同作用，任何一种酶活的变化都会影响反刍动物瘤胃对纤维物质的降解。滤纸酶活代表总的纤维素酶活，它反映了葡萄糖苷酶、内切型葡聚糖酶和外切型葡聚糖酶协同作用的结果，它更能直观的反映出瘤胃微生物降解粗纤维的能力。果胶酶活可以反映出瘤胃微生物对果胶的降解能力。木聚糖是最重要的半纤维素，木聚糖酶是一组能水解木聚糖生成木糖的酶类，木聚糖酶活可以反映出瘤胃微生物对粗饲料中半纤维素的降解能力。木质素是植物生长成熟后才出现在细胞中的物质，含量为5%～10%,动物及其体内微生物所分泌的酶均不能使其降解[14]。

本试验测定了瘤胃液滤纸酶活、果胶酶活、木聚糖酶活等反映出瘤胃微生物对纤维物质的降解能力。试验结果表明，瘤胃液铜浓度与这些酶活不具相关性，日粮中添加纳米铜对瘤胃内几种主要的纤维降解酶影响差异并不显著。除3组的三种酶活在饲喂后0 h达到峰值以及2组的木聚糖酶活在饲喂后1 h达到峰值外，其它各组的酶活的动态变化趋势基本一致，均是在饲喂前酶活较高，在饲喂后开始降低，然后在饲喂后6 h或9 h达到峰值。3组的三种酶活明显低于其他各组，并且饲喂后的峰值也明显低于饲喂前，这说明3组纳米铜的添加量抑制反刍动物瘤胃主要纤维降解酶的活性，而纤维降解酶主要是由瘤胃微生物分泌的，这表明3组可能对瘤胃微生物产生了抑制作用，从而使微生物产酶的量减少。因本试验还未做瘤胃纤维分解菌繁殖高峰出现时间这方面的研究，所以日粮中添加不同水平的纳米铜之后，瘤胃微生物的聚集生长和微生物产酶是否同步，还有待于进一步研究。

4 结论

结果表明，纳米铜在瘤胃中的溶解度可能较低，添加量低于30 mg/kg DM时不会影响瘤胃液几种主要纤维素降解酶的活性。