微量元素铜在牛生长发育中的作用

■亓美玉 孙 芳 姚玉昌 赵晓川 王嘉博刘 利 吴宏达

(1.黑龙江省农业科学院博士后科研工作站，黑龙江哈尔滨150086；2.黑龙江省农业科学院畜牧研究所，黑龙江哈尔滨150086；3.东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨150030)

铜是动物生命活动所必需的微量矿物元素之一，参与动物体内多种酶的生物活性，在维持动物机体许多生理功能及生化反应中发挥重要的作用。研究显示，铜是SOD（超氧化物歧化酶）表现催化活性的必需元素，铜缺乏时SOD不能维持其活性。血浆铜蓝蛋白则具有铁氧化酶及抗氧化作用，可以作为的清除剂。铜也是金属硫蛋白、细胞色素C氧化酶、赖氨酰氧化酶、酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶、半乳糖酶等的关键组分，铜缺乏会使这些酶的活性相应降低，引起多种疾病的发生。自20世纪30年代以来，世界各地均有关于反刍动物缺铜的报道。1939年，Neal等首次发现了放牧牛的缺铜症。

1 铜的分布

以单位重量的含铜量计算，动物的肝、脑、肾、心、眼的色素部分及毛发中铜含量最高，在胰脏、脾、肌肉、皮肤和骨骼中铜含量居中，在甲状腺、脑垂体、前列腺和胸腺中铜含量最低。反刍动物肝中铜的贮备约占畜体内铜含量的一半，肝铜浓度对铜的摄入量很敏感，因而肝铜浓度的测定是检验动物体内铜含量的一种有效手段。另外，血液铜虽然也可以作为评价铜营养状况的指标，但动物为维持内环境相对恒定，血液中的铜一般无显著变化，只有长期严重缺铜，骨组织中的全部铜储备耗竭时或肝铜浓度低于临界值时，血液中的铜含量才会降低。由于多数哺乳动物出生时肝中均有大量铜贮备，因此，幼龄动物肝铜含量高于成年动物。

2 铜的吸收

铜在消化道的吸收因畜别而异。吸收的主要部位在小肠，反刍动物前胃也可能参与铜的吸收。绵羊在大肠也吸收一部分铜。铜的吸收率也会因动物的年龄而有所差异。新生犊牛对铜的吸收类似于非反刍动物，可达70%。随着年龄的增长，铜的吸收率逐渐下降，断奶前最初四周的牛对铜的吸收率为60%，而成年牛仅吸收日粮铜的1%～5%。90%以上的铜在摄入后不能被吸收而随着粪便排出。铜的吸收率与饲料中铜化合物的种类有密切关系。与小分子有机化合物结合的铜如L-氨基酸铜、延胡索酸铜、草酸铜或肽与铜复合物的吸收优于铜无机盐的吸收。碳酸铜的吸收率比硫酸铜高，硫酸铜的吸收率又比硫化铜高。与高分子化合物结合的铜和与D-氨基酸结合的铜吸收较差。

反刍动物对铜的吸收率还受饲料中其他元素如钼、硫、铁、钙、镉、锌、铅、银等含量的影响。其中钼、硫对铜的吸收影响较大。在钼缺乏的情况下，硫与铜在瘤胃中形成不能被机体吸收的硫化铜；而钼充足时，硫代钼酸盐与铜生成机体无法吸收的钼硫酸铜，这都会影响铜的吸收，造成铜缺乏。

3 铜在牛生长发育过程中发挥的作用

3.1 对生长性能的影响

铜是瘤胃中微生物生长所必需的营养物质，饲料中添加高铜之后，瘤胃中的纤毛虫等可快速生长，从而促进反刍动物对纤维素的消化。而低浓度的铜会促进牛体内蛋白质的降解、脱氨基，并加速糖的利用。Ward等[1]研究发现，在牛开食及生长阶段补铜，牛的干物质采食量（DMI）增加；而育肥期间补铜则使其日增重及肉料比升高。Arthington[2]研究发现，未补铜的育成牛对草料的自由干物质采食量低于补铜的育成牛，而Brangus公牛日粮中添加40 mg/kg铜其干物质采食量显著增加，同时饲料转化率也提高[3]。添加有机或无机铜的育成牛其体重增加相比未添加组有升高趋势[4]。Suttle等[5]利用饲料中添加钼来诱发犊牛铜缺乏，经过24周的饲喂，缺铜犊牛比补铜组体重低30%。Gengelbach等[6]由补钼诱发的铜缺乏导致犊牛比补铜组的生长受到抑制。

然而，也有一些关于铜与肉牛生长性能的关系研究中出现了不同的研究结果。Ward等[7]通过补充钼及硫诱发犊牛缺铜，结果发现其对生长几乎没有副作用。Mullis等[8]通过对西门塔尔及安格斯两个肉牛品种的补铜试验研究发现，铜的补充对育成牛的日增重、干物质采食量及肉料比均无影响。Arthington等[9]也发现，补铜对育成牛的日增重并无影响，但以玉米为基础日粮（钼含量低）的铜补充组，育成牛对草料干物质的采食量高于未添加组，而以糖蜜为基础日粮（钼含量高）的铜补充组，育成牛对草料干物质的采食量与未添加组无差异。因此，铜对牛生长性能的影响结果可能也取决于日粮中其他微量元素的含量、铜浓度以及铜缺乏的时间及严重程度不同而异。

3.2 对脂类代谢的影响

许多关于动物铜代谢的实验结果显示，铜参与动物脂代谢。据报道，铜缺乏能够通过增加胆固醇的循环浓度改变脂代谢。在小鼠中，铜缺乏增加肝脏中3-羟-3甲基戊二酰辅酶A还原酶的活性，而3-羟-3甲基戊二酰辅酶A还原酶是胆固醇合成的限速酶[10]。生理浓度的日粮铜能够改变小鼠的脂代谢[11-12]。而饲喂药物剂量的铜会降低禽类血浆及胸肌中胆固醇的浓度[13]，增加育肥猪第12肋骨皮下脂肪组织中不饱和脂肪酸含量，降低饱和脂肪酸浓度[14-15]。而关于反刍动物铜与脂代谢关系的研究显示，生理浓度的日粮铜对其脂代谢也会产生影响。Ward等[1]研究发现，补铜能够降低阉牛第12肋骨处皮下脂肪组织厚度，眼肌面积也有增加趋势。育肥期日粮中添加铜10 mg/kg或20 mg/kg DM会降低安格斯阉牛背膘厚度，增加背最长肌中不饱和脂肪酸及多不饱和脂肪酸的比率，但却并不影响大理石花纹状态[16]。Johnson等[17]研究发现，补铜组第12肋骨处皮下脂肪组织厚度略低对照组。补铜组阉牛皮下脂肪组织基础脂解率及肾上腺素激活脂解率都高于对照组，表明铜对皮下脂肪组织的脂类代谢发挥作用。Nellore肉牛日粮中铜的添加使其肌肉中的脂肪酸谱发生改变，不饱和脂肪酸比率增加，饱和脂肪酸比率降低，而且其背最长肌中GSH(谷胱甘肽)浓度及GSH/GSSG比率降低，最终导致其中胆固醇浓度也下降[18]。在多数哺乳动物中，胆固醇合成的主要部位在肝脏，而反刍动物胆固醇的主要合成位点在小肠及脂肪组织，肝脏仅合成小部分胆固醇。肠上皮细胞从肠腔中吸收铜的机制与在肝脏中的吸收机制相似。据假设，较高的肝铜浓度通过降低还原型GSH，增加氧化型谷胱甘肽（GSSG）的浓度[10，19]，细胞内GSSG浓度增加会降低HMG-CoA还原酶的活性[20-23]。随着HMG-CoA还原酶活性的下降，通过甲羟戊酸通路的碳通量减少，胆固醇合成降低。

与铜影响牛生长性能的研究相似，铜对牛脂代谢的影响结果也存在差异。在对西门塔尔阉牛进行的补铜试验中发现，0、10 mg/kg及20 mg/kg DM的铜添加对西门塔尔牛血清及背最长肌中胆固醇含量无影响，背最长肌及背膘中脂肪酸组成也无变化[24]。Holstein奶牛日粮添加铜后血清总胆固醇含量随铜添加浓度的增加而升高，但乳脂及乳蛋白含量不变[25]。这种差异可能是由于遗传或性别的差异、日粮成分的差异、微量矿物元素拮抗剂以及生理状态的差异引起的。

3.3 对免疫机能的影响

铜缺乏能够改变人类及动物的免疫反应。反刍动物铜缺乏时会破坏其先天的免疫反应，缺铜的牛及绵羊其噬中性细胞杀灭微生物的活性、负氧离子的产生及SOD活性都会降低。严重缺铜的反刍动物噬菌功能也会受到影响[26]。由缺铜引发的多种动物疾病都是由于其免疫功能受损引起的。正常情况下，体内产生的超氧阴离子自由基（）、过氧化氢（H2O2）等强氧化剂会被抗氧化酶系（超氧化物酶、过氧化物歧化酶和过氧化氢酶）及时清除。当铜缺乏时，抗氧化酶系活性降低，不断积累，过量的使NO（内皮细胞释放的肌肉松驰因子）氧化生成过氧亚硝酸盐，直接攻击生物膜发生脂质过氧化，细胞膜结构和功能发生变化，流动性降低，导致细胞机能下降，免疫功能受损。柴春彦等[27]对比研究铜缺乏、亚临床铜缺乏及正常奶牛红细胞膜ATP酶活性发现，缺铜奶牛该酶活性下降明显，补铜后亚临床铜缺乏奶牛ATP酶活性可明显恢复，表明铜在维持ATP酶的结构和功能方面是必须的，而后者又在维持细胞的生理活动、细胞的正常代谢、细胞内外离子的平衡以及细胞信使的传递中具有重要的生物学意义。缺铜还会使奶牛血清CIC（循环免疫复合物）高于正常奶牛，而IgG含量则显著低于正常奶牛；而补铜后CIC降低，IgG含量升高，表明铜缺乏抑制奶牛的免疫机制，补铜则使其免疫功能得到改善[28]。

3.4 对繁殖机能的影响

缺铜会使红细胞和结缔组织在胚胎发育阶段发生缺陷，由于红细胞不能正常生成并源源不断地供给母畜和胎儿，常引起死胎、流产[29]。因此，铜对牛的繁殖机能也发挥重要的作用。而且，缺铜会使母牛卵巢机能下降，发情紊乱、延迟或受阻、受胎率低，分娩困难，胎衣不下，发生不孕、流产、死胎等[30]。而当铜补足后，奶牛配种后不返情率会从53%提高到72%[31]。

刘强等[32]发现，西门塔尔育成母牛日粮中添加赖氨酸铜/富铜酵母可以提高发情周期LH、FSH、P4及E2水平，对发情周期生殖激素分泌有促进作用。Gao等[33]分别测定了不同大小卵泡中铜的浓度，最小的（＜3 mm）、小的(3～7 mm)、中等的(7～10 mm)以及大的(＞10 mm)卵泡中铜的浓度分别为0.68、0.46、0.27 mg/l和0.093 mg/l。给成熟受精的缺铜胚胎细胞在培养基中补充0.46 mg/l或0.68 mg/l的铜，能够增加胚胎细胞达到第8阶段的比例，同时也提高了桑椹胚和囊胚形成率，并且降低了卵裂球细胞的凋亡率。因此，铜在牛8细胞胚胎、桑椹胚及囊胚的形成过程中具有重要的作用。

3.5 对毛发代谢的影响

反刍动物铜缺乏常与毛发脱色素症及角质化受损有关。铜是酪氨酸酶的辅基，缺铜时酪氨酸酶活力下降，使酪氨酸转化为黑色素的过程受阻，造成皮肤和毛色减退，毛质下降，甚至由黑色毛变成白色，由白色变为枯黄色，毛质地下降，毛发变直而脆弱。研究发现，严重缺铜时牛毛变色，眼睛周围、尻部等部位的毛色变淡，无光泽。O’Mary等[34]报道，日粮铜水平影响荷斯坦及海福特牛毛中铜的含量，两个品种牛的白毛比有色毛受影响大，荷斯坦牛的黑毛中铜含量与日粮铜水平的增加不一致。Anke等[35]报道，奶牛有色毛并不受日粮铜补充的影响。Van Koestveld[36]观察到，毛中铜浓度小于8 mg/kg时与铜缺乏有关，但Cunning⁃ham等[37]发现，毛中铜含量与日粮或肝中铜含量无关。而且，毛发中铜的含量也受日粮硫及钼含量的影响。

3.6 对骨组织代谢的影响

牛和羊在缺铜牧场中放牧时有时会突然发生骨折，而折断的骨骼中有中度的骨质疏松。含铜酶-赖氨酰氧化酶可促进骨骼胶原和弹性蛋白的交联，当铜缺乏时，这些酶的活力下降，骨基质中的胶原蛋白合成发生障碍，胶原成熟受到影响，骨胶原稳定性和强度降低，钙质却未能在骨基质中沉积，而骨的吸收却仍然在继续进行，最终表现为骨骼缺损，骨质疏松，长骨易碎。

4 结论

铜在牛生长发育过程中发挥着重要的作用，它不能靠动物自身合成，只能通过外部环境如饲料、水、土壤等来提供，因此，饲料中铜的含量对牛十分重要，尤其在土壤中缺铜的地区，当发现牛出现缺铜症状发生时，一定要及时检查饲草、饲料中铜及钼、硫的含量，针对牛体内缺铜状况及时补充微量元素铜。