近年来,随着全球范围内畜牧业的飞速发展,如何提高微量元素的利用率成为当前动物营养领域关注的重要课题之一;而蛋鸡作为世界上重要的家禽种类之一,其微量营养元素不仅关系到蛋鸡养殖业的经济效益、鸡蛋的质量以及生态环境保护等方面,还关系到人类的健康水平。其中,锌和锰是机体内许多重要酶类的辅基或激活剂,参与蛋鸡机体的生长发育、免疫应答、抗氧化以及骨骼和蛋壳的形成
[1-3]。传统无机微量元素(如硫酸锌、硫酸锰)虽成本低廉,但存在化学结构不稳定、生物效价低、在肠道内易受拮抗与沉淀影响等问题,导致无机锌、锰的利用率偏低不足20%
[4-5]。大量未能被吸收利用的无机物质经由粪便排出体外,既造成资源浪费,也促使土壤中重金属积聚并引发环境污染。
近年来,由于有机微量元素(如氨基酸螯合锌、锰,蛋白盐等)具有结构稳定性好、生物利用率高、拮抗能力强的特点,在应用方面其逐渐取代无机微量元素。国内外的较多研究表明,有机锌、锰可以提高蛋鸡的生产性能,增强机体免疫力及改善蛋品质,并且减少粪便中的微量元素排放
[6-7]。然而,不同有机形态(如甘氨酸锌、蛋氨酸锰等)在蛋鸡各生理阶段(育雏、育成、产蛋期)的适宜添加水平尚未达成共识,且在低排放日粮中的精准应用策略与环境效益评估仍需深入探讨。
本文系统梳理有机锌、锰在家禽主要是蛋鸡上的使用情况及作用机制,重点阐述蛋鸡不同生理阶段的适宜添加量、与其他营养素的互作关系以及生态效益等问题,旨在为蛋鸡锌、锰的精准营养方案的制定提供参考依据,促进蛋鸡精准营养与高效生产发展。
1 锌、锰的生理功能及其在蛋鸡营养中的重要性
1.1 锌的生理功能及缺乏症
锌是蛋鸡体内超过300种酶的辅助因子,参与蛋白质合成、能量代谢、细胞分裂、机体免疫调节等重要的生理过程
[8]。锌刺激垂体分泌促性腺激素,从而促进激素的合成和分泌(胰岛素、性激素、生长激素等),对性腺起着调节作用,并且参与骨骼发育、羽毛生长和食欲调节
[9]。锌在抗氧化系统中起着核心的作用,维持细胞的氧化还原平衡
[10]。锌缺乏会引起物质代谢障碍和造血功能异常,临床表现为蛋壳变薄、孵化率下降,鸡胚胎出现骨骼发育不全和畸形,雏鸡成活率低
[11]。肉鸡缺锌就会引起羽毛磨损、生长受阻等现象
[12]。
1.2 锰的生理功能及缺乏症
作为动物机体内众多营养代谢不可或缺的一种元素,锰既是许多酶的激活剂和构成成分,也是碳水化合物、脂肪及蛋白质代谢过程中的重要参与者,并对骨骼发育、繁殖性能及抗氧化防御有至关重要的影响
[13]。锰还参与蛋壳基质中酸性黏多糖和糖蛋白的形成,锰可以促进蛋壳有机框架形成,从而影响蛋壳的机械强度及抗裂性能;除此之外,锰还可以通过调控抗氧化酶活性以及免疫相关的信号通路途径,来维持细胞的正常生理功能
[14]。
缺锰会导致蛋鸡血浆雌激素和孕酮含量减少,影响繁殖性能,并伴随着产蛋率下降和鸡胚死亡率上升。在母鸡日粮中添加120 mg/kg的有机锰可以提高机体抗凋亡基因
BCL2 mRNA和蛋白质的表达,并增强胚胎心脏锰超氧化物歧化酶的(MnSOD)活性,进而提高胚胎的抗氧化和抗凋亡能力;最后提高胚胎的孵化率及成活率
[15]。蛋鸡严重缺锰会引发骨短粗症、滑腱症,影响雏鸡骨代谢相关激素水平,并导致骨质疏松症的发生
[16]。此外,锰缺乏还会抑制胸肌发育,表现为肌纤维直径减小和生长迟缓
[17-20]。
尽管锌、锰对蛋鸡健康与生产至关重要,但其营养效能的发挥高度依赖于其在动物体内的吸收与代谢效率。不同化学形态的锌、锰在生物利用度上存在显著差异。
2 有机锌、锰与无机锌、锰的多重对比
2.1 综合特性
有机锌、锰(氨基酸/小肽螯合物等)与无机锌、锰(硫酸盐、氧化物等)在化学结构、吸收效率、营养互作、环境影响、成本工艺等方面存在显著差异,直接决定其在蛋鸡日粮中的应用效果与适用场景。两类微量元素的综合特性具体见
表1。
2.2 环境排放差异性
为兼顾蛋鸡养殖生产效益、养殖环境生态保护与蛋鸡机体健康,有机锌锰的减量添加成为蛋鸡微量元素营养调控的重要研究方向。相关研究证实,按无机微量元素(铁75 mg/kg、锰60 mg/kg、锌60 mg/kg、铜6 mg/kg、硒0.3 mg/kg)添加量的60%添加小肽螯合铁、铜、锰、锌,在不影响蛋鸡生产性能的前提下,可显著降低粪便中微量元素的排泄量,减少养殖环境中的重金属污染
[34]。
此外,采用30%~50%添加量的氨基酸螯合铁、铜、锰、锌替代蛋鸡无机微量元素常规量(如铁60 mg/kg、铜10 mg/kg、锰80 mg/kg、锌80 mg/kg)时,不仅不会对蛋鸡的生产性能产生负面影响,还能有效提升蛋鸡的蛋品质、增强蛋鸡机体抗氧化与免疫性能、促进矿物质在机体内的沉积,同时进一步减少微量元素的排放,实现养殖效益与生态效益的双重提升
[35-36]。
3 有机锌、锰的协同作用
3.1 生理功能层面
微量元素中的锌可以激活碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA),促进蛋壳腺HCO₃⁻的生成与钙沉积;锰是糖基转移酶的辅酶,参与蛋壳中有机基质(糖胺聚糖、糖蛋白)合成,两者协同构建“基质+钙化”完整的蛋壳结构,并且一起参与骨胶原的合成与矿化,保障骨骼的强度,减少产蛋期的骨质疏松、骨折的发生
[37]。但单一微量元素作用效果有限,有机锌和有机锰可共同调节蛋鸡体内的相关生理通路,达到“1+1>2”的增效效果。研究发现,以硫酸盐的形式往蛋鸡日粮中添加无机锌(32 mg/kg)、锰(32 mg/kg),有助于改善蛋鸡的初始生产性能,促进初卵龄达到最佳状态,并对生殖系统产生积极影响
[38]。11 mg/kg有机锌(羟基蛋氨酸锌)+8 mg/kg有机锰(羟基蛋氨酸锰)组,蛋壳强度较无机组提升11.21%,破蛋率下降7.29%
[39]。
3.2 细胞与分子层面
锌通过金属硫蛋白参与抗氧化作用,除可直接清除自由基、抑制羟基自由基(·OH)生成外,其释放的Zn²⁺还可以作为关键的信号分子,与其他微量元素如锰协同作用,在更广泛的信号通路网络中,将抗氧化与免疫调节的功能整合起来发挥作用。具体而言,金属硫蛋白(MT)会通过自身的半胱氨酸残基(cysteine residue,Cys)高效结合锌离子,形成金属硫蛋白-锌离子复合物(metallothionein-zinc ion complex,MT-Zn²⁺)复合物,这种复合物可以直接清除·OH、过氧亚硝基阴离子等活性氧和活性氮物质,并且在这个过程中会促使锌离子释放;释放出来的Zn²⁺可以作为1种信号分子来活化金属调节转录因子1(MTF-1)进而诱导金属硫蛋白(metallothionein,MT)自身以及铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn-SOD)等抗氧酶基因表达,形成1个自我强化的正向调控循环
[39]。另外,MT还能螯合Cu⁺/Fe²⁺来减少芬顿(Fenton)反应的发生从而防止·OH的产生
[40]。同时释放的锌离子,会和锰这种必需微量元素一起,在细胞信号通路中起到核心调控作用,让抗氧化防御与机体的免疫、炎症反应紧密联系在一起
[41-42]。锌参与Cu/Zn-SOD和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)的合成,锰是Mn-SOD的主要组成成分,并共同发挥着清除活性氧(ROS)的作用,减轻氧化应激;同时调节T/B淋巴细胞增殖和细胞因子的分泌,提高机体的抗感染力,减少产蛋期的免疫抑制。成廷水等
[43]研究表明,与不添加Zn的对照组相比,在蛋鸡饲粮中按照60 mg/kg水平添加氨基酸锌能显著提高肝脏和脾脏组织Cu/Zn-SOD和总SOD活性(
P<0.05)。
3.3 与其他营养素的互作关系
锌、锰等二价离子在肠道内主要是通过二价金属离子转运体1(divalent metal transporter 1,DMT1)转运蛋白吸收,彼此之间具有竞争性抑制作用,当其中一种元素过量时,会抑制其他元素的吸收,进而物理性地阻碍其他元素的吸收及转运,导致后者吸收率降低
[44-46]。有机微量元素因其吸收路径不同,比如通过肽转运体1(peptide transporter 1,PepT1)转运,有效地避免了与无机离子的直接竞争,提高了联合使用的效率
[47]。
另外,有机锌、锰与植酸酶、有机酸、维生素等联合使用,在肠道健康、抗氧化与免疫调节上可以起到协同作用,从而更好地促进营养物质的消化吸收与利用
[48]。
4 有机锌、锰在蛋鸡不同生理阶段的应用效果
4.1 在育雏期的应用效果
育雏期是蛋鸡骨骼、免疫、消化系统发育的重要时期,育雏期锌、锰的充足供给和高效吸收,直接影响雏鸡生长发育指标及后期生产性能,有机锌、锰因为吸收效率高,在育雏期营养调控中具有明显优势。在1日龄的“大午金凤”蛋鸡日粮中添加复合有机微量元素(甘氨酸铜75 mg/kg、赖氨酸锌200 mg/kg、蛋氨酸锰28 mg/kg、甘氨酸铁200 mg/kg),可以提高雏鸡体重、胫骨长度,降低死淘率,并间接地提高其免疫水平
[49];另外,在23周龄的海兰褐蛋鸡日粮中,添加氨基酸螯合锌、锰可以通过母体效应来改善后代雏鸡的抗氧化能力以及微量元素沉积,其中以等量添加组(40 mg/kg)效果最好
[50]。在1日龄的罗斯308代肉鸡饲粮中加入80 mg/kg的有机锌(甘氨酸锌、蛋氨酸锌)可以显著提高肉鸡前期日增重,降低料重比,提示在鸡育雏阶段也有应用前景
[51]。程妮等
[52]研究发现在1~6周罗曼褐壳蛋鸡日粮中加入103.31 mg/kg的锌和93.93 mg/kg的锰可以提高雏鸡日增重。综上所述,育雏期补充有机锌、锰或者复合有机微量元素,可以多方面改善雏鸡的生长发育、免疫性能和微量元素代谢水平,而且添加适宜剂量的有机锌、锰还可以通过母体效应影响后代,为蛋鸡全程生产性能奠定基础。
4.2 在育成期的应用效果
育成期蛋鸡处于骨骼、肌肉和内脏器官快速发育阶段,该阶段锌、锰的精准供给不仅关乎机体生长发育进程,更对组织抗氧化能力、免疫功能等生理指标具有重要调控作用,直接影响蛋鸡后续产蛋期生产性能。研究发现,13~17周龄京粉6号蛋鸡每日锌、锰需要量分别为0.29~0.40 mg/d和0.03~0.05 mg/d
[53]。研究表明,在3周龄海兰褐蛋鸡日粮中添加40 mg/kg氨基酸锌,或复合氨基酸锌、铜、锰(分别为40、8、60 mg/kg)与添加相同剂量的硫酸锌组相比,氨基酸锌组显著降低了丙二醛(MDA)含量,提高了脾脏CuZn-SOD、T-SOD活性并降低了脾脏MDA含量;复合氨基酸组显著提高了18周龄肝脏TAOC、脾脏谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,降低了肝脏MDA含量
[43]。这说明育成期蛋鸡日粮中添加有机形态的锌(氨基酸锌)及锌锰复合有机微量元素,在改善肝脏、脾脏等组织的抗氧化功能方面优于无机形态的锌(硫酸锌)。
4.3 在产蛋期的应用效果
随着产蛋周期的延长,蛋鸡的生产性能、蛋品质和免疫功能逐渐下降,而通过日粮优化补充有机微量元素,可针对性改善上述生理与生产问题。研究表明,在300日龄海兰褐蛋鸡日粮中添加有机微量矿物质(羟基蛋氨酸螯合锌、铁、锰、铜混合饲料)可促进锌在蛋壳腺沉积、增强碳酸酐酶活性,进而提高蛋壳钙化效率,增强蛋壳强度,破蛋率降低5.35%
[54]。在150日龄大午金凤蛋鸡日粮中添加复合微量元素(如甘氨酸铜75 mg/kg、赖氨酸锌200 mg/kg、蛋氨酸锰28 mg/kg、甘氨酸铁200 mg/kg),与添加相同剂量的无机组相比,可降低蛋鸡产蛋期的死淘率,延长产蛋高峰期,蛋质量增加10.32%
[49]。日粮中添加40、80 mg/kg蛋氨酸螯合锌对产蛋后期蛋鸡的生产性能没有显著影响,但可以降低死亡率,改善蛋壳质量且可提高血液中禽流感H5抗体的水平,延缓新城疫(ND)抗体、免疫球蛋白G和M呈下降的趋势
[55]。锰是机体内一系列酶的激活剂,能影响蛋白质-黏多糖的合成,这一重要的糖蛋白是蛋壳基层的有机成分,影响着蛋壳钙化作用的启动,与蛋壳的抗裂强度有关。锌是碳酸酐酶的主要成分,在碳酸酐酶的催化作用下,细胞能生成二氧化碳,二氧化碳与钙结合并形成沉淀物,逐渐沉积到蛋壳膜上形成蛋壳。当机体中这2种元素不足时,蛋壳质量会降低;尤其是当日粮中锰含量低于7 mg/kg时,蛋壳会变薄且易碎,裂纹蛋和破蛋的比例会明显增加
[56-57]。由此可见,锌、锰的补充形式与供给量对产蛋期的蛋鸡至关重要。综上所述,在产蛋期日粮中添加有机锌、锰可在一定程度上改善蛋壳质量,提高蛋壳强度和厚度,降低软破蛋率等。除了生长阶段,有机锌、锰的不同化学配体(如氨基酸螯合、小肽螯合等)也对其应用效果产生重要影响。
5 结语与展望
有机锌、锰是高效、环保、功能齐全的微量元素添加剂,在蛋鸡的生产中应用,不仅可以从本质上改善蛋鸡健康状况、生产性能和蛋品质量,而且可以提高生物利用率来节约资源。特别是在蛋壳品质要求高、养殖业追求绿色可持续发展的背景下,科学合理地使用有机锌、锰是实现蛋鸡养殖提质增效和可持续发展的1种有效的营养策略。目前蛋鸡领域研究主要集中在有机微量元素和无机微量元素的比较上,对于不同配体有机锌锰在蛋鸡体内的吸收效率、代谢差异和适配性研究还比较少。未来应进一步研究不同配体有机锌锰的应用效果及适配规律,为蛋鸡养殖的高效、健康、可持续发展提供营养支持。
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