稀土元素在反刍动物营养中的功能及在生产上的应用

柏峻，瞿明仁，李艳娇，许兰娇＊

（1.江西农业大学江西省动物营养重点实验室∕营养饲料开发研究中心，南昌，330045）

稀土元素在反刍动物营养中的功能及在生产上的应用

柏峻1，瞿明仁1，李艳娇1，许兰娇1＊

（1.江西农业大学江西省动物营养重点实验室∕营养饲料开发研究中心，南昌，330045）

我国稀土资源丰富，应用广泛。随着深入研究，稀土元素被开发为动物饲料添加剂，并在畜牧业中逐步得以应用。本文就稀土元素在反刍动物营养上的功能及其在生产上的应用作一概述，以期促进稀土在反刍动物生产上的研究与应用。

稀土；反刍动物；营养功能；生产应用

0 引言

稀土，曾称稀土金属或稀土元素，是元素周期表中元素钪、钇和镧系元素共17种化学元素的合称。我国稀土资源丰富，稀土资源量约为3600万t（REO），占世界总资源量的36%，居世界之首（U.S Geological Survey[1]2010）。上世纪70年代以来，我国逐渐开始将稀土运用于畜牧业。根据添加剂中所含稀土元素的种类还可以分为单一稀土添加剂和复合稀土添加剂。根据化合物性质，稀土添加剂分为无机稀土添加剂和有机稀土添加剂。研究表明，有机稀添加剂的应用效果比无机稀土要好，复合稀土添加剂比单一稀土添加剂效果显著（杨生栋[2]，2010）。近年来，稀土元素作为饲料添加剂在畜牧业中的应用取得了良好的效果。大量试验发现，稀土不仅可以改善饲料品质，有效提高动物生产性能。而且具有类似抗生素的作用，可以选择性地影响肠道细菌，从而提高动物对饲料的利用率、增强动物免疫力等（Rambeck等[3]，2005）。本文就稀土在反刍动物营养中的作用机理及在生产上的应用进行综述，为其在反刍动物瘤胃发酵中的调控及其在实践生产中的应用提供理论依据。

1 稀土元素对生物体的作用

1.1 对酶活性的影响

稀土元素作为一种辅助性营养元素参与到动物机体代谢时，对酶的作用，可以归纳为激活、抑制和混合型三种。稀土离子本身具有特殊的4f电子，能产生

一系列的光、电、磁生物效应，可作为动物生理激活剂，激活动物体内多种酶的活性，促进动物生长。例如Liu等[4]（2003）在研究La3+对Na+∕K+-ATPase的影响时发现，La3+对该酶的活性有抑制作用，原因是稀土离子与酶的变构位点结合后，使酶构象改变而影响酶的活性。曹永范等[5]（2010）研究表明，低浓度的稀土离子对纤维素酶有激活作用，而高浓度对酶活性有抑制作用，说明稀土元素对酶的作用与其浓度有关。

1.2 对物质代谢的影响

Prause等[6]（2005）研究发现，动物饲喂一定量的稀土可以显著提高氮的吸收、能量平衡、碳水化合物吸收及营养素的消化率。这可能是由于稀土能够促进动物胃中消化液的分泌以及影响动物小肠的渗透性，从而提高不同营养物质的消化。此外，有研究表明：大部分轻稀土元素，通过消化道吸收后，主要沉积在动物肝脏中，其次是骨骼，而酸性重稀土主要沉积在骨骼中（Durbin等，1956；Evans，1990）[7]。而幼年动物由于消化道发育不全则有可能吸收相当量的稀土，其骨骼也更容易沉积稀土，肝脏中稀土会随时间变化释放并进入骨骼[8]（Mraz和Eisele，1977；Evans，1990）。

1.3 对自由基的影响

自由基是动物生命活动中多种生化反应的中间代谢产物，是引起动物炎症、癌变、衰老的重要因素，自由基过多会对动物机体造成严重损害。刘坚等[9]（2006）研究发现，通过给大鼠灌服氯化镧后，能降低体内过氧化脂质的生成，具有较强清除体内氧自由基的能力。王金胜等[10]（1997）研究结果表明，经光辐射后核黄素产生的超氧阴离子（O2-），可以被铈离子大量清除。

1.4 对其他矿物元素的影响

稀土元素与某些元素间有着密切的关系，在一定范围内有代替必需元素的作用。与矿物质元素之间常常存在协同或拮抗效应。王天成等[11]（2007）在研究轻稀土镧对大鼠钙、镁、铁的影响时发现：稀土元素对钙离子和铁离子均存在拮抗作用。但适量的稀土与其他元素共用时，则会表现出与其他元素协同的作用。研究表明稀土会增加磷的吸收（周宁波[12]，2004）。

2 稀土元素在反刍动物营养中的功能

2.1 改善反刍动物瘤胃微生物区系

反刍动物的瘤胃为微生物提供了一个良好的生存环境，并且调控、优化瘤胃微生物种属多样性和微生物区系的稳定性是维持机体的健康、提高反刍动物的生产性能和改善动物产品品质的前提。沙里等[13]（1992）通过在肉羊中补饲稀土元素，发现其对瘤胃微生物区系有明显改善。桂荣等[14]（1995）研究稀土对阿尔巴斯白绒山羊作用时也发现，其瘤胃微生物达到较为稳定、适宜的酸性环境，微生物比例也相对平衡，能够促进营养物质的有效利用，从而提高了饲料的利用率。Liu等[15]（2008）向肉牛日粮中分别添加不同浓度的氯化镧，结果表明：氯化镧在调控瘤胃内微生物和酶的作用时存在剂量效应。因此，稀土对微生物区系的影响往往会随着试验中稀土添加剂量不同而不同。Zhang等[16]（2015）通过体外瘤胃发酵试验发现每千克干物质（DM）添加0.8 mmol氯化镧（196 mg氯化镧∕kg DM）显著降低瘤胃原虫和产甲烷菌的相对丰度。而在张婷婷[17]（2015）的试验中，添加氯化镧、氯化铈、氯化镨均能降低瘤胃CH4产量，其对瘤胃微生物机制是降低了瘤胃产甲烷菌和原虫的数量。Le等[18]（2008）试验研究结果表明：肉牛的生产性能与瘤胃微生物区系间存在明显相关关系。

2.2 改善反刍动物瘤胃发酵

Yang[19]（2009）运用体外培养方法研究了稀土对瘤胃发酵的影响，结果发现：添加稀土可以使瘤胃产气量和挥发酸浓度呈线性增加，瘤胃内有机物质、酸性洗涤纤维、粗蛋白等物质的真消化率随稀土添加浓度的增加呈线性上升，推测其机制可能是稀土提高了瘤胃内纤维降解酶和蛋白质降解酶的活性。刘江波等[20]（2012）用4只装有永久性瘤胃瘘管、体重约25 kg的阉割南江黄羊为瘤胃液供体动物，研究添加不同水平的氯化镧、氯化铈和氯化钕对瘤胃发酵功能影响，结果表明;体外培养24 h后，菌体蛋白（MCP）、挥发性脂肪酸（TVFA）、乙酸和丙酸浓度较对照组显著提高，乙丙比则显著低于对照组。说明适当的稀土能促进有机物的降解，提高微生物利用NH3-N合成MCP的能力。桂荣等[14]（1995）用4只阿尔巴斯白绒山羊（母），进行瘤胃消化代谢试验，结果发现添加0.02%的硝酸稀土添加剂（含量38%）可使瘤胃内氨氮浓度显著降低。Yang等[19]（2009）也通过体外批次发酵的方法证明添加稀土混合物后瘤胃内的产气量与VFA浓度均增加。而沙里和张俊奇[13]（1992）试验中，每天给三组乌珠穆沁羯羊分别饲喂7 mg∕（kg·d·w）、12 mg∕（kg·d·w）、17mg∕（kg·d·w）不同剂量的稀土，结果发现：饲喂12 mg∕（kg·d·w）组的乌珠穆沁羯羊瘤胃液pH变动范围最小；而17 mg∕（kg·d·w）的组变动范围最大。说明过高剂量的稀土元素会破坏瘤胃缓冲体系，使瘤胃内环境失去平衡。

2.3 改善反刍动物消化代谢

桂荣等[14]（1995）用6只成年母阿尔巴斯绒山羊进行消化代谢试验，以添加200 mg∕kg稀土日粮饲喂60 d。结果显示：稀土可提高绒山羊日粮干物质（DM）,有机物（OM）、总能（GE）及酸性洗涤纤维（ADF）消化率，分别提高11.58%、12.27%、16.69%和26.29%；除此之外，其氮沉积率显著提高。而林仕欣[21]（2015）在研究镧、铈、镨对肉牛营养物质消化的试验中也表明每千克日粮DM添加204 mg氯化镧、氯化铈显著增加了肉牛氮沉积量和沉积率。而Koenig等[22]（2000）报道表明添加稀土可驱除原虫，进而能改善瘤胃氮代谢，增强瘤胃微生物合成蛋白的能力来增加提供给动物的微生物蛋白数量。刘江波[20]（2012）等用不同水平的镧、铈和钕对南江黄羊瘤胃体外发酵的试验结果：添加LaCl3·7H2O组和添加CeCl3·7H2O组的MCP均高于对照组，初步表明：添加适量的稀土在一定程度上能够促进微生物对NH3-N的利用，合成更多的MCP。

3 稀土元素在反刍动物生产中的应用

3.1 稀土元素在牛生产上的应用

3.1.1 提高育肥牛日增重

谢固本等[23]（1992）在用稀土饲料添加剂饲喂育肥牛的效果试验中发现通过92 d的饲喂后，稀土组平均日增重484.67g，均显著高于基础日粮组（日增重363.80g），提高33.22%。王安琪等[24]（1992）在牛日粮中添加稀土也发现试验牛平均日增重较对照组明显提高，且差异极显著。这可能是由于添加稀土元素（RE）提高了饲料氮源利用率，增加瘤胃微生物蛋白质的合成，从而达到了增重的效果。而其是否会影响牛分泌系统的变化，尤其是生长激素的释放，则需进一步研究。

3.1.2 提高育肥牛饲料转化率

张建文等[25]（1994）选用临夏州畜牧兽医研究所饲养的6头育肥杂种牛，通过向日粮中添加一定量的硝酸稀土，发现试验组饲料转化率明显提高。其中添加0.5%的稀土添加剂试验1组每千克增重消耗精料3.56 kg，添加0.3%的稀土添加剂+0.16%的玉米蛋白粉试验2组每千克增重消耗精料3.18 kg，而添加0.4%的玉米蛋白粉的对照组每千克增重消耗精料3.91 kg，表明在日粮中添加稀土，可提高词料利用率9.8%～23%。王安琪[24]（1992）选用断奶后育肥牛20头，随机分为对照组和试验组。对照组为饲喂基础日粮，试验组为基础日粮添加0.2%RE。结果表明：通过15 d预试期后，试验组与对照组相比，每增重1 kg活重，节省精料0.41kg,提高饲料转化率14.29%。

3.1.3 提高泌乳奶牛产奶量

沈启云[26]（1991）在奶牛日粮中添加一定量的稀土，发现当添加量为800 mg∕kg时，奶牛产奶量、乳脂率分别提高21.7%和0.39%。王京仁[27]（2004）分别给黑白花奶牛饲喂12.5 mg∕kg、20 mg∕kg稀土添加剂，产奶量分别提高了9.57%、9.87%。由此可知，奶牛产奶量在一定范围内与稀土添加量成正比，但并非越高越好。过高稀土不仅会抑制奶牛机体免疫机能，甚至会出现毒性作用（刘大森等[28]，2001）。而户如霞等[29]（2003）在泌乳奶牛日粮中添加稀土壳糖胺，发现其最适比例为0.15%（1500 mg∕kg），这可能与稀土的制备工艺和稀土纯度有关，也可能是试验添加剂中壳糖胺与稀土鳌合促进了稀土的吸收或与试验环境相关。

3.2 稀土元素在羊生产上的应用

3.2.1 提高采食量

李淑红等[30]（2003）在湘东黑山羊日粮中分别用添加15 mg∕kg、10 mg∕kg的稀土日粮进行育肥试验。结果表明：在日粮中添加稀土10～15 mg∕kg，能够提高肥育黑山羊采食量和日增重，明显改善饲料转化效率，降低饲养成本，从而增加经济效益。于静[31]（2009）选用了4只五岁左右、体重约55 kg的健康的小尾寒羊，按每千克混合精料（风干物计）添加216.5 mg硝酸稀土，结果表明:添喂稀土使绵羊的自由采食量增加了7.4%～13.0%。

3.2.2 提高羊毛产量和品质

张启儒等[32]（1991）在半农半牧的干草原在细毛羊日粮中添加稀土进行试验，试验期为3个月，试验组羯羊每日每千克体重添加10mg稀土，与对照组相比，羊毛长度平均提高12.5%。同样剂量在育成母羊的饲喂试验中表明，试验组两年平均羊毛长度比对照组提高13%，产毛量提高7.27%。并改善了羊毛品质，羊毛纤维密度、均匀度和净毛率均显著高于对照组。吴延明等[33]（1997）在自然放牧条件下对青海细毛羊进行60 d的稀土饲喂试验，发现试验组平均羊毛长度较对照组增加0.54 cm，提高15.38%，差异极显著。说明稀土元素羊毛只产毛量、产毛品质均有一定的促进作用，其添加量的数目可能与羊只品种有关。

4 小结

我国稀土资源丰富。随着对稀土研究的不断深入，大量研究表明：稀土元素能够影响生物体内酶活性和物质代谢，具有清除体内氧自由基的能力，促进动物的健康。对反刍动物而言，稀土具有改善反刍动物瘤胃微生物区系和瘤胃发酵功能、促进反刍动物营养物质消化代谢、提高反刍动物生产性能等功能，但是目前的研究依旧不多，也不够深入，且主要集中在复合稀土添加剂的研究中，具体是何种元素或是几种元素的互作效应起作用仍不明确。如果能够进一步解决其对反刍动物机理的相关问题，必将对稀土添加剂的标准化生产和应用前景带来巨大的帮助。

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S816.72

：A

：1008-6137（2017）04-0004-05

公益性行业（农业）科研专项（201303143）、国家肉牛牦牛产业技术体系（CARS-38）、广昌县肉牛饲料研制与营养（09005392）。

柏峻（1993-），男，江西瑞昌人，硕士研究生，主要从事反刍动物营养研究。

*通讯作者：许兰娇（1981-），博士，助研。

2017-06-16