纳米氧化锌在断奶仔猪生产中的作用

王晓佳

（抚顺市农业特产学校，辽宁 抚顺 113123）

腹泻是断奶仔猪的一种重要应激源，常导致生长抑制和断奶后腹泻综合征[1]。仔猪断奶期间对大肠杆菌和产气荚膜梭菌这两种最常见的致病因子敏感性较高，可能会增加断奶仔猪腹泻的发生率，降低其生长发育[2]。作为抗生素的替代品，氧化锌以高剂量（2 000～3 000 mg/kg饲粮）广泛用于断奶仔猪，以防止肠道炎症，并促进体重增加[3]。

锌是动物必需的微量元素，在营养、生长、免疫等方面起着重要作用。考虑到锌的效率和合理的价格，药理学剂量的氧化锌（ZnO）可作为处理仔猪断奶后腹泻（PWD）的有效工具，通过靶向肠道结构、消化分泌物、抗氧化系统和免疫细胞等途径，在整个胃肠道中发挥各种积极作用[4]。然而，从2022年开始，欧盟将禁止高浓度锌的使用[5]，因为高剂量锌没有被动物完全利用，会导致环境污染[6]，还会影响肠道微生物群，进而导致大肠杆菌感染加剧[7]。因此需要研究具有抗菌性能的纳米氧化锌（ZnO NPs），在畜牧业中可作为抗菌剂和饲料添加剂，使其成为潜在的抗菌药物，并显著提高动物的健康体况和生产性能。

1 纳米氧化锌的特点

氧化锌是一种无机化合物，分子式为ZnO。它呈白色粉末，几乎不溶于水。氧化锌粉末被广泛用作许多材料和产品的添加剂，被认为是在纳米领域上开发得最好的一种，具有重要的科学应用价值。纳米技术处理的纳米粒子是原子或分子聚集，其特征是尺寸小于100 nm。它们实际上是通过改变元素的原子和分子属性而得到的基本元素的修饰形式[8]。纳米技术是21世纪最具创新性的领域。氧化锌纳米颗粒由于在气体传感器、生物传感器、化妆品、药物传递系统等方面的应用，在其他金属纳米颗粒中占有非常重要的地位。纳米氧化锌（ZnO NPs）还具有显著的抗菌性能，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌或真菌具有抗菌活性。生物合成的纳米氧化锌的生长抑制比化学合成的纳米氧化锌和其他常见的抗菌剂都要高。这些小颗粒的生物活性增强归因于较高的表面积与体积比。纳米ZnO可构成一种有效的抗病原微生物的抗菌剂。这些金属氧化物颗粒产生的活性氧可能是其抑菌活性的主要机制。ZnO NPs的抗菌机理包括氧化锌纳米粒子与细胞膜表面直接相互作用影响细胞膜透性。随后，这些纳米颗粒进入细菌细胞并诱导氧化应激，从而抑制细胞生长并最终导致细胞死亡。纳米氧化锌对致病菌（如大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）具有毒性。因此在农业、畜牧业方面有很大的潜力。纳米氧化锌的合成方法有化学合成法、沉淀法、蒸汽输运法、水热法等多种化学方法。除此之外，利用不同植物提取物生物合成纳米氧化锌也很常见。与化学合成相比，这种绿色合成是相当安全和绿色环保的。已有研究表明，猪营养中添加纳米氧化锌可以减少60%的锌使用，同时对肠道微生物群具有积极作用[9]。在断奶仔猪中，低剂量的纳米氧化锌可替代常规高剂量的氧化锌，并有助于减少环境污染[10]。

综上所述，纳米氧化锌应用较广，合成方法较多，可抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病菌的生长，具有抗菌性能，且使用剂量小，利用率高，可减少环境污染。

2 纳米氧化锌对断奶仔猪生产性能的作用

在断奶仔猪饲粮中添加纳米氧化锌可提高仔猪生长性能，降低腹泻率，改善仔猪生长发育，加强脂代谢，因此可替代抗生素和高锌的使用[11]。因为添加纳米氧化锌有助于植物细胞壁多糖和复合碳水化合物降解成短链脂肪酸的有益菌群的增值，而短链脂肪酸可以作为一种能量来源，防止肠道炎症，从而提高生长性能[12]。王彬等研究表明，饲粮添加纳米氧化锌显著提高了断奶仔猪的平均日采食量和平均日增重，降低了料重比和腹泻率[13]。方桂友等给断奶仔猪分别添加3 000 mg/kg普通饲料级氧化锌、250 mg/kg纳米氧化锌、500 mg/kg纳米氧化锌，结果表明，添加500 mg/kg纳米氧化锌的断奶仔猪日增重分别比前两组提高5.41%和8.33%，且肉料比有所改善。添加纳米氧化锌（250 mg/kg、500 mg/kg）仔猪的粪锌排出量比添加3 000 mg/kg普通饲料级氧化锌分别降低91.47%、82.85%，具有较好的经济效益[14]。宋军帅等指出，添加纳米氧化锌的仔猪平均日增重、平均日采食量和料重比分别改善了13.54%、11.76%和1.56%，增重收益对比对照组高出8元以上[15]。由此可见，添加纳米氧化锌可以促进断奶仔猪的生长性能。

低剂量纳米氧化锌可替代高剂量氧化锌在断奶仔猪生产上达到同样的保健效果，并且在提高锌的利用率和解决锌污染问题上优于高剂量氧化锌[16]。魏可健研究表明，给断奶仔猪添加1 000 mg/kg、1 500 mg/kg剂量的纳米氧化锌与3 000 mg/kg的高剂量普通氧化锌获得的效果差异不大[17]。纳米颗粒因其更小的尺寸和更大的表面积而具有比传统来源锌更高的生物学潜力[18]。由此可见，添加低剂量的纳米氧化锌和高剂量氧化锌对断奶仔猪的保健效果无差异。与此同时，添加普通氧化锌和不同水平的纳米氧化锌（500 mg/kg、1 000 mg/kg、1 500 mg/kg）还能改善断奶仔猪肠道通透性，减少了结肠大肠杆菌数量[17]，进而降低仔猪腹泻率的发生。龙丽娜等给断奶仔猪添加3 000 mg/kg 氧化锌和500 mg/kg纳米氧化锌在试验前期、后期及全程仔猪的腹泻率与空白对照组相比分别降低了47.33%和45.16%、46.85%和28.15%、46.34%和39.78%，试验后期及全程添加3 000 mg/kg 氧化锌的仔猪腹泻率低于纳米氧化锌组26.02%、10.89%[19]。宋军帅等研究指出，添加纳米氧化锌断奶仔猪的腹泻频率降低了48.91%，猪群整体健康水平有所升高[15]。除此之外，断奶仔猪饲粮中添加纳米氧化锌颗粒不仅能增加断奶仔猪回肠中的乳酸杆菌数量、降低肠道大肠杆菌群和梭菌数量，还能增加十二指肠和回肠绒毛高度，且纳米氧化锌颗粒的消化利用率更高[20]。Wang等报道亦表明，添加纳米氧化锌可改善断奶仔猪肠道形态，增加十二指肠和回肠绒毛长度、隐窝深度和绒毛表面积[21]。

综上所述，添加纳米氧化锌可促进断奶仔猪生长性能和肠道发育，抑制肠道致病菌，减少断奶仔猪腹泻率，且低剂量纳米氧化锌可替代高剂量氧化锌达到同样的保健效果，降低环境污染。

3 纳米氧化锌对断奶仔猪抗氧化及免疫功能的影响

锌是一种免疫调节营养素，在促进免疫系统发育和调节免疫反应方面具有多种功能作用，能够有利于免疫系统（包括B细胞、单核细胞和粒细胞）的发育[22]，调节免疫细胞产生免疫调节分子，并促进免疫细胞中化学引诱剂的分泌和促炎因子（TNFα）、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素1β（IL-1β）的表达[23]。氧化锌对仔猪的先天性和适应性免疫反应均有调节作用，是仔猪强大的免疫调节营养素，其有效性取决于氧化锌的水平。而纳米氧化锌可替代氧化锌，并促进锌的利用和仔猪的肠道免疫功能[12]。仲召鑫等报道指出，在断奶仔猪饲粮中添加凹土纳米氧化锌一定程度上有利于仔猪肝脏免疫功能和脂代谢[24]。毛俊舟等在断奶仔猪饲粮中添加适量凹土纳米氧化锌能够提高血清、肝脏和肠道中抗氧化酶的活性，增强仔猪的抗氧化性能[25]。同时，添加纳米氧化锌还可以提高断奶仔猪脾脏的器官指数及细胞粒径、提高抗氧化功能酶的活性、减少促炎因子含量、增加抗炎因子含量[26]。由此可见，饲粮添加纳米氧化锌可增强断奶仔猪的免疫以及抗氧化功能。研究表明，饲粮中添加纳米氧化锌和普通氧化锌均能显著提高断奶仔猪血清中免疫球蛋白A、白细胞介素-6和肿瘤坏死因子α的含量，显著降低血清尿素氮含量。由此再次证明添加纳米氧化锌具有替代普通氧化锌的潜在应用价值[13]。

综上所述，饲粮添加纳米氧化锌有利于免疫系统发育、增强断奶仔猪的免疫以及抗氧化功能。

4 小结

锌是生物体中重要的营养物质，是动物体内大多数生物功能所必需的微量元素。氧化锌（ZnO）具有预防腹泻的作用，是早期断奶仔猪饲粮中广泛使用的产品。然而，它作为治疗药物使用的剂量（3 000 mg/kg）远远高于添加剂的允许剂量（150 mg/kg）。这种剂量使用的氧化锌引起了环境方面的负担，所以研究其替代产品成为必然。纳米氧化锌具有抗菌性能，能促进断奶仔猪生长性能和肠道发育，减少断奶仔猪腹泻率，增强免疫以及抗氧化功能，且使用剂量小，利用率高，减少了环境污染，可成为氧化锌的潜在替代品。然而，关于纳米颗粒及其代谢产物对动物的安全性以及对环境的影响，仍存在许多问题。例如，已经有研究表明，一些纳米颗粒可能会损害水生植物的生长[27]，这需要在今后进行更深入的研究。