硒在反刍动物中的营养作用和生产应用

白 雪 李 飞 李发弟 郭 龙*

(1.草地农业生态系统国家重点实验室，兰州 2730000；2.兰州大学草地农业科技学院，兰州 2730000；3.兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室，兰州 2730000)

硒(selenium，Se)是动物必需的微量矿物元素之一，最初被认为对动物存在毒害作用。直到1957年，Schwarz等[1]发现硒是哺乳动物的必需营养素，随后硒被证明可防治地方性克山病[2]。1973年，硒被发现是谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)活性中心的组成部分，在调节动物抗氧化功能方面具有不可替代的作用[3]。

饲粮补充微量元素硒可促进缺硒反刍动物的生长发育，提高饲料转化效率和泌乳等生产性能，从而增加养殖的经济效益。但研究发现，同种类型的硒，猪的吸收率可达85%，而绵羊的吸收率只有34%[4]，这说明硒在反刍动物中的吸收率远远低于单胃动物。究其原因，反刍动物存在独特的瘤胃消化系统，在瘤胃微生物的作用下，硒摄入时部分亚硒酸盐被转化为硒不溶化合物，导致硒的有效利用率降低。我国缺硒地区约占国土面积72%，其中29%含硒量小于0.02 mg/kg，属于严重缺硒地区[5]，土壤缺硒导致这些地区粮食及牧草含硒量较低，不能满足反刍动物正常生长的基础硒需要量，导致动物生产性能低下、免疫力不足，还会引起一系列缺硒疾病，对畜牧业生产产生消极影响；反之，硒摄入过量也会引起中毒反应，重者可导致死亡[6]。因此，系统研究反刍动物的硒营养，探讨反刍动物饲养过程中的饲料硒来源和适宜添加量，揭示反刍动物吸收和利用硒的过程和机理，对推动反刍动物精准饲养极为重要。

1 硒在反刍动物体内的存在形式及沉积规律

1.1 存在形式

硒的存在形式包括无机硒和有机硒。无机硒多为硒酸盐，有机硒是通过生物转化而来，主要为硒代蛋氨酸(Se-Met)。研究表明，有机硒在动物生产中较无机硒毒性低且转化效率高。在动物体内，硒主要参与合成蛋白质。哺乳动物中已发现并分离出的硒蛋白主要有35种，包括GSH-Px家族、脱碘酶家族、硫氧还蛋白还原酶家族、硒磷酸化合物合成酶、硒蛋白P、硒蛋白W等[7]。硒蛋白和含硒蛋白的概念需要进行区分，硒蛋白在其一级结构中含有硒代半胱氨酸(Se-Cys)残基[8]，而含硒蛋白则是由Se-Met非特异性替代蛋氨酸进入蛋白质的一级结构中形成的，两者有本质差别。在反刍动物体内，硒以含硒酶和含硒蛋白2种生物活性物质的形式存在，从而发挥生理调控功能，如GSH-Px可以保护血红蛋白和脂肪酸免受氧化作用，清除自由基，防止细胞膜损伤且维持其完整性[9]；脱碘酶可以促进甲状腺分泌的四碘甲状腺原氨酸(T4)向三碘甲状腺原氨酸(T3)形式转变，促进动物生长[10]；硒蛋白P对血液运输Se-Cys有重要调控作用，亦可重新分布体内的重金属，从而减少组织损伤[11]。

1.2 沉积规律

根据硒补充量及形式的不同，反刍动物体内不同组织硒沉积情况也存在差异。一般来说，反刍动物内脏器官硒沉积量较高，如肾脏、肝脏等；其次为骨组织和肌肉，脂肪组织几乎不存在硒沉积。张磊等[12]分别检测来自高硒、中硒、低硒、贫硒地区山羊不同组织的硒沉积量，结果发现山羊体内硒沉积量顺序为肾脏>血液>血清>肝脏>毛发>脾脏>肺脏>心脏>背最长肌>股二头肌。Leal等[13]研究发现，绵羊注射6 μmol/kg二苯基二硒醚(C12H10Se2，DD)30 d后，肝脏、大脑是硒沉积的主要部位；肾脏硒沉积量较对照组差异显著，表明注射DD可提高肾脏组织的硒沉积，可能与代谢模式不同有关；同时还发现了肾脏较肝脏和大脑相比硒沉积量较低，不同于以前的研究结果，分析其原因可能与硒补充途径有关，静脉注射与通过饲粮经消化道摄入体内的硒转化途径可能存在差异，具体机理有待进一步探究。Juniper等[14]研究发现，酵母硒添加量为(6.30±0.18) mg/kg DM(以硒计，后同)的高硒组羔羊血液硒含量显著高于对照组，且随试验时间的延长，血液硒含量也逐渐增加，在试验88 d时趋于平稳；对照组中肾脏硒含量最高，心脏、肝脏硒次之，骨骼肌最低；而高硒组中肝脏硒含量高于肾脏，其次为心脏、骨骼肌，可以发现肝脏、肾脏硒含量的多少可能与硒的补充量有关，但具体机制和规律还需进一步研究。综上所述，在适宜硒添加量的范围内，反刍动物各组织硒的沉积量均随着硒添加量的增加和饲养时间的延长而提高，不同组织硒沉积量也有差异。因此选择硒的适宜添加量、补饲时间的长短和硒沉积部位对生产富硒产品十分必要。

2 硒在反刍动物体内的吸收与代谢

2.1 不同硒源的吸收

反刍动物摄入硒后，主要吸收部位在十二指肠，硒很少在瘤胃或真胃中被吸收，亚硒酸盐在瘤胃中部分被还原成不溶硒化物可能是导致硒在瘤胃中吸收率低的原因之一。有机硒通过主动吸收的方式被吸收，而无机硒以被动转运的方式被吸收，这导致了两者在机体内的生物利用率存在差异，有机硒的硒吸收率及生物利用率均高于无机硒。除此之外，有机硒的生物利用率高可能与有机硒中Se-Met的含量有关，相同硒含量，有机硒中的Se-Met含量高于无机硒[15]。常见的无机硒包括硒酸盐和亚硒酸盐，具体吸收途径为：硒酸盐在反刍动物瘤胃中可以被降解为亚硒酸盐，但在瘤胃中还剩余部分硒酸盐以与硫酸盐和钼酸盐相同的吸收机制与钠离子(Na+)协同运输，或者也可以通过阴离子交换的方式被吸收[16]；亚硒酸盐在瘤胃中有一系列转变，一部分会被用于合成微生物蛋白，一部分会被转化为不溶的硒化合物，剩余的部分离开瘤胃在肠道中被吸收[17]。有机硒的吸收途径包括在小肠内被消化为相应的硒氨基酸，然后通过相应的氨基酸吸收机制被肠上皮吸收。不同的吸收途径对这2种类型的硒吸收率产生影响。Paiva等[18]研究发现，羔羊饲喂添加不同硒水平(0.2、0.8、1.4 mg/kg DM)和不同硒源(亚硒酸钠、酵母硒、蛋氨酸硒)的饲粮，高剂量亚硒酸钠组粪便硒排出量显著高于同等添加剂量的有机硒组，且无论哪种硒源添加，随添加量的升高，硒吸收率均极显著上升。Vignola等[19]给羔羊饲喂不同水平的亚硒酸钠和酵母硒，结果发现添加2种硒源均可以增加羔羊肌肉内硒含量，但酵母硒组提升幅度更大，且有效增加肌肉蛋氨酸硒的含量。以上研究进一步验证在反刍动物体内，有机硒相比于无机硒有更高的吸收率和转化率。

2.2 硒和其他元素的相互作用

在反刍动物体内，硒与镉、砷、硫、铜等元素存在交互作用。硒对镉、砷具有拮抗作用，反刍动物生产中添加硒可以直接影响镉、砷的重金属毒害作用，其主要机制为硒可以与镉、砷形成无毒的耦合物，并可以提高砷甲基化效率，砷的甲基化被认为是砷的解毒作用[20]。硒和硫具有十分相似的物理性质，因此硫元素的存在会对硒的吸收产生负面影响，例如当奶牛饲粮的硫含量升高时，硒的表观消化率和血液硒含量呈线性下降[21]，表明硒和硫存在拮抗作用，在吸收过程中会相互竞争结合位点，导致硒的吸收受到影响。铜对反刍动物硒沉积的影响还存在争议，Van Ryssen等[22]研究发现，随着饲粮铜含量增高，会增加羊肝脏硒含量，但若同时添加硫元素，会使这种作用减弱，这与硫与硒的拮抗作用有关；Netto等[23]向羔羊饲喂含不同水平硒、铜、硫的饲粮，结果发现3种元素存在交互作用，铜的添加有利于羊肝脏中硒的沉积，当饲粮情况为高硒、高铜、高硫时，硒的沉积效果减弱，这同时说明了铜对于硒沉积的促进作用和硫对硒沉积的抑制作用；但García-Vaquero等[24]的研究表明，牛同一部位的肌肉，加铜组硒含量低于不加铜组。铜与硒的相互作用机理还有待进一步研究。综上所述，反刍动物体内硒的吸收和沉积受到其他微量元素的影响，生产中使用硒添加剂需要准确掌握饲粮其他微量元素的含量，以确保硒的使用效果。

2.3 硒的代谢

大部分无机硒几乎只用于合成硒蛋白；有机硒不仅可以合成硒蛋白，还可以直接替代蛋氨酸被整合进入到功能重要的硒蛋白组中。硒蛋白通过密码子UGA编码特定tRNA后插入到经翻译生成的Se-Cys，该过程高度可调[25]。亚硒酸盐被吸收进细胞后，被还原为硒化物，后合成Se-Cys-tRNAUGA插入到正确的活性部位上生成硒酶、硒蛋白。有机硒可能存在2种代谢途径，硒在大剂量摄入时可能和硫有相同的代谢途径，但在小剂量摄入时则有其独特的代谢途径[26]，如饲粮中的Se-Cys在被分解后形成硒化物，利用Se-Cys-tRNAUGA插入活性中心，而Se-Met除了此种途径外，还可以直接代替蛋氨酸被整合到蛋氨酸位点合成相应的蛋白质[27]。

2.4 硒的排出

硒主要经粪便排出动物体内，其次是通过尿液排出，还有小部分硒可通过呼气排出。Walker等[28]给奶牛饲喂梯度增加的酵母硒饲粮，发现奶牛每天平均粪硒排泄量约为总硒排泄量的41%，平均尿硒排泄量约为总硒排泄量的26%，且粪硒排泄量和尿硒排泄量随奶牛硒摄取量的增加呈曲线增加。这一结果说明，生产中硒的添加剂量要在动物可吸收的适宜范围内，否则多余的硒会随着粪便和尿液大量排出体外，不仅造成了生产过程中硒的浪费，提高饲料成本，而且对环境产生负面影响。

3 硒对反刍动物的作用

硒在反刍动物体内发挥重要作用，具体表现为提高机体抗氧化功能、增强免疫功能、增加硒在体内的沉积来生产富硒产品等，图1总结了硒对反刍动物的作用。

1)内脏：由左至由分别为肾脏、肝脏、肺脏。Internal organs： kidney， liver， lungs from left to right。

3.1 抗氧化功能

硒是GSH-Px活性中心的组成成分，可以通过GSH-Px发挥其抗氧化功能。在国内外的研究中，饲粮中添加不同水平和不同来源的硒可不同程度地提高反刍动物的抗氧化功能。表1列举了一部分关于硒对反刍动物抗氧化功能影响的研究。Yue等[29]为太行黑山羊提供不同蛋氨酸硒添加水平的饲粮，结果显示补充蛋氨酸硒可提高机体抗氧化功能，并增加血液硒含量；Faixová等[30]比较了同等剂量的酵母硒和亚硒酸钠对绵羊抗氧化功能的影响，结果表明两者均可显著提高血液GSH-Px活性，并提高血液硒含量；Suganthi等[31]的研究也发现添加不同剂量的酵母硒组山羊的肝脏和背最长肌的抗氧化功能显著高于对照组；Wang等[32]设置了4个酵母硒添加组，结果显示与空白对照相比补硒有利于提高藏羊机体抗氧化功能，其中以0.4 mg/kg DM酵母硒添加水平效果最好。这些研究表示，饲粮补充硒可不同程度地提高反刍动物抗氧化功能和血液硒含量，其生理机制是硒作为GSH-Px的活性中心，可以通过该酶催化过氧化氢分解，从而提高机体的抗氧化作用，并保护细胞膜结构和功能的完整性。因此，检测GSH-Px活性也是衡量机体硒含量的一种有效手段。但也有研究表明硒对于动物抗氧化功能无显著影响，Khalili等[33]研究表明饲粮中添加亚硒酸钠、酵母硒或蛋氨酸硒，对于围产期奶牛产前和产后血清总抗氧化能力及GSH-Px活性无显著影响，导致这种结果的原因可能是该试验中基础饲粮中的硒含量已经达到或满足了动物必需的硒摄入量，在此基础上添加硒并没有体现出提高抗氧化能力的作用。

表1 硒对反刍动物抗氧化功能的影响

3.2 免疫功能

表2 硒对反刍动物免疫功能的影响

3.3 生产性能

适量补充硒会提高反刍动物生产性能，改善缺硒引起的生产性能低下。硒可通过影响碘代谢促进动物生长，具体机制为硒是5’-脱碘酶的组成成分，而5’-脱碘酶可以促进T4向T3转化，增加T3的含量，促进生长激素的分泌，达到促进生长的作用。

Yue等[29]以0、0.1、0.3、0.5、1.0 mg/kg DM蛋氨酸硒饲喂山羊，结果显示山羊日增重随补硒水平呈二次曲线升高，以0.3、0.5 mg/kg添加组日增重最高；Ebrahimi等[40]以0.3 mg/kg DM酵母硒饲喂犊牛，结果发现添加酵母硒组犊牛血液T3含量显著增加，T4含量降低，T3/T4显著升高。相反，也有部分研究显示补充硒不会对反刍动物生产性能产生影响，Gunter等[41]对放牧牛补充亚硒酸钠或酵母硒，结果显示不管哪种硒源均对牛的生产性能无显著影响；Lawler等[42]研究发现3个高硒组对肉牛生长性能与对照组相比无显著差异，这可能是由于试验动物在未补充额外硒源时，基础饲粮就可以满足生长发育所需的硒摄取量，额外的添加不会再对生产性能产生积极影响。

以上研究结果显示，补硒是否会影响反刍动物生产性能取决于当前动物体内的硒状态，在缺硒的情况下，补充适量的硒会提高其生产性能，可能的机制是硒的补充缓解了缺硒产生的肌肉疾病和产生的功能障碍，从而间接影响动物生长发育[43]。

3.4 繁殖性能

硒有提高反刍动物繁殖性能的作用。硒可以通过抑制脂质过氧化来抑制雄性动物精子细胞膜的氧化损伤，从而保护细胞膜的完整性，提高精子质量[44]。硒还可以进入雌性动物卵巢中，并随着胎盘进入到胎儿体内，促进后代的生长发育[45]。Mojapelo等[46]研究发现给2.0～2.5个月的羔羊额外补充亚硒酸钠显著提高了睾丸大小和各类精液参数(平均精液量、精子质量和精子活率等)。Xiong等[47]在体外培养的耗牛卵母细胞中添加不同剂量的亚硒酸钠，结果显示添加硒可以显著降低卵丘细胞DNA损伤，有利于耗牛卵母细胞的成熟和发育。Khatti等[48]研究发现，补充硒和维生素E可以显著缩短奶牛产后到第1次发情的时间间隔(平均可缩短13 d)，还可以大大提高奶牛妊娠率。以上研究表明，硒的添加以及硒和其他元素的共同作用对于反刍动物生产具有积极作用，合理利用硒可以提高种用动物的精子质量，增加母畜妊娠率，从而增加经济动物存栏量，提高经济效益。

4 硒在反刍动物生产中的应用

4.1 硒的允许添加量

反刍动物饲粮中添加硒需要严格掌握其适宜的添加量，国内外有相应的行业标准。我国现行的肉羊饲养标准中推荐山羊硒的需要量为0.05 mg/kg DM[49]；NRC(2007)中推荐小反刍动物饲粮添加硒的最大耐受量为5 mg/kg，超过这一剂量会出现中毒现象[50]。但有研究显示反刍动物对于酵母硒的耐受量高于NRC(2007)规定的剂量，例如Juniper等[51]给奶牛、肉牛、犊牛和羔羊分别饲喂含6.25、6.74、5.86、6.63 mg/kg DM的酵母硒饲粮后，不仅显著增加了其血液和奶中硒含量，而且并未产生中毒现象，也没有导致以上动物健康状况受损。反刍动物的硒需要量、最大耐受剂量尽管有明确的规定，但在实际生产中仍存在差异，因此在反刍动物饲养过程中要根据不同硒源、不同地区等因素合理选择硒添加量。

4.2 硒缺乏及硒中毒

反刍动物硒缺乏或硒摄入过量均会导致一系列不良后果。硒缺乏会引起动物采食量下降、机体代谢异常，还会造成繁殖力低下、生育率和产仔量低等不良结果[52-53]。最为典型的是羔羊缺硒容易导致白肌病的发生，影响机体健康。有研究表明，在缺硒环境中牦牛会出现骨骼肌损伤，血液硒含量、抗氧化指标均显著降低，在经过补硒治疗后可恢复正常[54]。Giadinis等[55]调查了2010—2013年间3个缺硒牛群的流产案例，试验排除了细菌、病毒、寄生虫等对流产的影响，结果发现流产牛血液硒含量显著低于正常牛，向其余妊娠母牛补充硒和维生素E后，流产率大大降低。反刍动物摄入过量的硒会导致硒中毒，损伤动物健康。硒中毒可分为急性、亚急性和慢性硒中毒3种，急性硒中毒会引起动物呼吸困难、抑郁，严重的会导致死亡，慢性硒中毒通常会导致动物体重下降、脱发、蹄病等[56]。Tiwary等[57]发现羔羊在摄入2、3、4 mg/kg BW的亚硒酸钠和4、6、8 mg/kg DM的蛋氨酸硒后，12～14 h后出现明显的采食量减少、运动量下降、呼吸急促等中毒现象。因此，在反刍动物饲养管理中要严格控制硒的添加量。

4.3 富硒产品

随着人民生活水品的提高，富硒动物产品受到越来越多的关注。人体每日硒需要量根据年龄、性别和身体状况等情况不同而有所差异，《中国居民膳食营养素参考摄入量》中14～50岁中国居民硒的推荐摄入量为60 μg/d，孕妇为65 μg/d[58]。普通的饮食很难满足人类每天的硒需要量，因而需要生产富硒产品来满足人类的硒需要量。Silva等[59]通过给内洛尔牛饲喂高剂量的硒生产富硒牛肉，在不影响内洛尔牛生产性能、屠宰性能及肉品质的情况下，饲喂>0.1 mg/kg DM的硒，其肌肉中硒的富集量大幅度增加，通过计算发现食用150 g富硒牛肉就可以满足每日硒需要量，而普通牛肉想要满足硒需要量至少需要每日食用1.89 kg，这进一步说明在保证动物健康及正常生产性能的前提下，硒类添加剂的使用是生产富硒肉类的有效途径。此外，食用硒、维生素E和脂肪酸含量高的牛奶可以增强老年人的免疫力，并对炎症恢复有积极作用[60]。我国尚未出台关于富硒农产品的国家统一标准，现有一些地区的相关地方标准可用于生产应用。陕西关于富硒食品的地方标准规定，富硒肉制品硒含量应≥0.15 mg/kg，液体乳硒含量应≥0.075 mg/L，乳粉和其他乳制品硒含量应≥0.15 mg/kg[61]；重庆市发布的富硒农产品地方标准中规定牛肉、羊肉含0.1～1.0 mg/kg硒时可以视为富硒产品[62]。

5 小结与展望

综上所述，大量研究证明了硒在反刍动物生产应用方面具有积极作用，可以有效提高反刍动物机体抗氧化、免疫、繁殖能力，在缺硒情况下补充硒可以促进动物生长发育、提高生产性能，为反刍动物生产性能的发挥及生产富硒产品进入市场创造极大的经济效益。目前，硒在动物体内的基础研究逐渐完善，但硒的机理性研究、不同类型硒在体内的转化规律等仍需进一步探究。此外，关于富硒动物产品生产规范的制定和统一、富硒产品检测方法及划分标准的确定、复合型硒强化剂的开发等将是此后研究和生产的热点。我们也应该客观分析硒在应用过程中的风险与挑战，例如在应用中如何适当控制动物合理的硒摄入量，在避免导致动物硒中毒的同时达到最大的养殖效益等。