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锰的生物学功能及有机态锰的应用研究

作者:来源:时间:2008-06-10 15:02点击:

    井明艳 孙建义 许粹荣
    
    (浙江大学 动物分子营养学教育部重点实验室,浙江杭州 310029)
    
    摘 要 锰是毒性较小的一种微量元素,是动物生长和合成骨组织过程中所必需的物质。锰参与骨骼形成、机体代谢以及性激素和某些酶的合成,直接影响动物的繁殖性能。锰还对中枢神经系统和免疫系统发生作用。现主要综述了锰的生物学功能、锰缺乏对动物造成的影响以及有机态锰的应用效果,分析了饲料中影响锰利用率的主要因素,同时展望了锰营养研究的发展前景。
    
    关键词 锰;生物学功能;有机态锰;应用;缺乏症
    
    中图分类号:S816.72 文献标识码:A 文章编号:1004-0084(2004)01-0007-03
    
    锰是元素周期表Ⅶ族的元素,在自然界中没有发现游离状态的锰,一般以化合物的形式存在于动物和植物中。自问对年Orent与Kemmer等先后发现锰是动物所必须的微量元素后,大量的研究表明,锰在动物机体中有重要营养作用。它是精氨酸激酶、丙酮酸竣化酶的重要组成部分,也是部分激酶、转移酶、水解酶等的激活剂;锰具有促进生长、增强免疫和提高动物繁殖性能等作用。
    
    1 锰的生物学功能
    
    1.l 酶的组成成分
    
    锰是机体中精氨酸酶、脯氨酸肽酶、丙酮酸坡化酶。RNA多聚酶、超氧化物歧化酶等酶的组成成分。近年的研究发现,哺乳动物的衰老,可能与Mn-SOD减少所引起的抗氧化作用减弱有关,锰作为金属辅基为Mn-SOD活性所必需[1]。锰离子还有激活多种酶的作用,是部分水解酶、脱坡酶。磷酸化酶、核化酶等的激活剂。锰与多糖聚合酶和半乳糖转移酶的活性有关。若缺锰则这两种酶的活性均降低,缺锰会使软骨生长受到损害,导致骨骼出现广泛畸形。
    
    1.2 锰与脂肪代谢
    
    锰具有特殊的促脂肪动员作用,促进机体内脂肪利用,并有抗肝脏脂肪变性的功能。据报道减少猪背膘厚的方法之一是在饲料中添加锰。
    
    1.3 锰与免疫系统
    
    锰可以提高某些动物体内抗体的效价和增加非特异性抵抗因子的量。锰与嗜中性细胞和巨嗜细胞之间的相互作用已被证实。增加锰可以提高非特异性免疫中酶的活性,从而增强巨嗜细胞的杀伤力。钙是补体的激活剂,对免疫系统有多种作用,钙与锰在激活淋巴细胞作用上有协同作用。锰影响嗜中性白细胞对氨基酸的吸收。锰缺乏会造成白细胞机能障碍,机体特定免疫力下降。
    
    1.4 锰与生殖
    
    锰是促进动物性腺发育和内分泌功能的重要元素之一。缺锰时雄性动物事丸的曲精细管发生退行性变化,精子数量减少,性欲减退或失去配种能力;雌性动物的性周期紊乱。受胎率降低、发情期延迟和患不育症等。锰可刺激机体中胆固醇的合成,缺锰所引起的不育症是由于影响了以胆固醇为原料的性激素合成的结果。
    
    1.5 锰与造血及其他
    
    锰与造血功能密切相关,在胚胎早期肝脏里就聚集了多量的锰,胚胎期的肝脏是重要的造血器官。若给贫血动物补充小剂量的锰或锰与蛋白质的复合物,就可以使血红蛋白、中幼红细胞、成熟红细胞及循环血量增多。锰还可以改善机体对铜的利用,铜可调节机体对铁的吸收利用以及红细胞的成熟与释放。锰还与叶琳的合成有关。锰具有刺激胰岛素分泌、促甲状腺和促红细胞生成的作用。缺锰则动物的胰腺发育不全,胰岛中的β细胞和胰岛素分泌均减少,致使机体中葡萄糖的利用率降低。锰可以与氨基酸形成螫合物参与氨基酸代谢。骨骼和肝中贮存大量的锰,这些锰在机体需要时可以稳定地释放出来,胎盘也可以稳定快速地转运锰来满足胎儿的发育。
    
    2 畜禽对锰的需要量及缺乏症
    
    2.1 畜禽需要量
    
    家禽由于自身的生理特点,对锰的需要量较哺乳动物为高;种畜的需要量高于肉畜;公畜的需要量高于母畜。畜禽的锰需要量(干物质中含量)见表l。
    
     表1 畜禽的锰需要量( mg/kg)*
    
    犊牛 发育牛 肉牛 乳牛 山羊和绵羊 仔猪 肥猪 公鸡 成熟母鸡
    
    30~80 30~40 20 50 20~50 30 20 55 40
    
    注:*每4.4g MnSO4?5H2O含锰1g(向涛,1989)。
    
    2.2 锰缺乏症
    
    2.2.1 禽
    
    家禽缺锰会导致骨骼异常,啄癌现象加重。雏鸡表现为“滑腿症”,运动失调,难以觅食和饮水,逐渐消瘦以致死亡。母鸡表现为产蛋量下降,蛋壳变薄,无壳蛋发生率增加,种蛋受精率和孵化率明显降低[2]。周明等试验表明,AA肉仔鸡(1~7周龄)采食低锰(23~24 mg/kg)饲粮,可产生较典型缺锰症,主要表现为腿异常。组织生化分析表明,缺锰鸡血清、心、肝、胰、胸肌中锰含量和含锰酶Mn~SOD活性都低,导致鸡生长速度下降,鸡体重较小。鸡缺锰还特异地影响胸肌生长发育,表现为胸肌纤维直径较小。Hossailn等[3]服道,当鸡的日粮中锰水平高于NRC(1994)规定的需要量(20mg/kg)时,产蛋率和蛋重增加:日粮中锰含量为 50 mg/kg时,产蛋率达高峰;锰含量为75mg/kg时,蛋重达最高峰。
    
    2.2.2 猪
    
    缺锰的幼猪及生长猪表现为生长迟缓,骨质疏松,运动失调,关节肿大;母猪则出现发情周期不正常,流产及死仔数增加,泌乳量低;公猪睾丸退化,丧失生殖能力[4]。
    
    2.2.3反刍家畜
    
    奶牛日粮中锰缺乏将表现出脂肪合成代谢受阻、骨骼变态、伴有无繁殖机能。怀孕牛流产和新生犊牛骨骼变态等症状[5]。Ahke等人试验证明,锰能加强胚胎的着床,提高产仔数;缺锰时往往使奶牛发情不明显,且导致雌性胎儿死亡,致使其后代的性比移位,出生的公犊增加,并因此而推断雌性胎儿对锰的需要量较大。锰缺乏将会导致牛生长缓慢,犊牛和母牛的毛色不齐,囊性卵巢的发病率增加。正常奶牛卵巢中锰的含量高于患有囊性卵巢病奶牛卵巢中的锰含量。有人报道,锰可以改变母牛雌激素和孕酮等性激素的合成,影响卵巢黄体的代谢,降低高产奶牛产乳热的发病率。Wilson(1966)锰缺乏羊表现为关节疼痛,运动困难,身体失调。
    
    3 饲料中影响锰利用率的因素
    
    3.1 锰与铁、钻
    
    锰与铁、钻在家禽机体吸收动力学过程中,共同竞争其相同的结合部位,往往是一种金属对另一种金属的吸收起抑制作用。高锰饲料能抑制猪的血红蛋白形成,推测是由于铁的吸收减少。相反,高铁能加重小鸡鸡骨的畸形症发生,这可能是由于降低了锰的吸收所致。据报道,锰的吸收机制分两步进行,首先由肠腔摄取锰,然后通过肠新膜细胞转移,这两个动力过程同时进行。在这两个过程中,锰和铁、钻争夺共同的给合部位,因此,其中的一种金属抑制其他金属的吸收。
    
    3.2 锰与钙、磷
    
    饲料中钙、磷水平的上升使家禽对锰需要量上升。钙能影响锰的代谢,主要影响锰的吸收以及已吸收锰的贮留。Wedekind等(1991)试验表明,过量磷是小肠吸收锰的强抑制剂,过量钙对锰的利用无影响。但另外的一些试验印提出了相反的结论,在这些试验中,过量钙明显提高鸡滑键症发病率,而过量磷影响不明显。
    
    3.3 锰与镁、锌
    
    一般认为,锌与锰有协同作用,锌可促进锰在鸡体内的沉积;当面酮酸盐核化酶中的锰被镁部分取代时,该酶的催化性质几乎不受影响,锰与镁之间存在一定程度的互相替代性。
    
    3.4 锰与粗纤维
    
    粗纤维与锰的利用率呈明显的负相关。其原因可能是粗纤维加快了微生物活动,使含锰的胆盐复合物迅速降解,锰最终随胆汁排出体外,而不能被机体有效吸收利用。
    
    3.5标与植酸及其他
    
    植酸可与锰结合形成难溶单盐或螫合物。许多试验表明,植酸影响锰的吸收利用。一般来说,随着植酸水平的增加,肉仔鸡对锰吸收显著下降。李杰(1992)试验指出,饲料中植酸水平为0.8%时,足以使全鸡及胜骨中锰含量极显著地下降。此外,某些抗生素(如维吉尼霉素)和有机配体可促进锰的吸收利用;饲料中蛋白质缺乏时,胶骨的锰浓度提高;日粮中的烟酸、生物素、氯化胆碱的含量和平衡情况对锰的代谢有一定的协同促进作用。特别是烟酸,当烟酸不足时,患脱健症的雏鸡,其日粮中的锰浓度在基础日粮的水平上再增加50mg/kg,也不能完全治愈。此时补足烟酸,则病情明显改善。
    
    4 有机态锰在动物营养中的作用
    
    许多试验结果表明,使用有机微量元素可以减少日粮中超量微量元素对环境的污染;可以提高微量元素的生物利用率、促进生长、提高家禽免疫功能、调控代谢过程、改善酮体品质、降低维生素矿物质预混料中维生素的分解。尤其是在高品质日粮中使用有机微量元素的益处十分明显。
    
    4.l 禽
    
    Henry等(198)对小鸡试验表明,MnO和蛋氨酸锰相对与MnSO4。(100%)的平均生物利用率分别为90%和120%。黄玉德等(1996)用氨基酸螫合锰饲喂种鸡试验结果表明,种鸡的产蛋率、蛋壳质量、受精率、孵化率、健雏率均优于未添加锰的对照组和无机锰盐组。Smith等(1995)在两种温度下分别测量蛋白锰、硫酸锰与氧化锰在肉仔鸡上的相对生物利用率,发现在高温环境下蛋白锰相对于硫酸锰(100%)高达145%,高温促使小肠锰吸收增加,并增加骨锰浓度,这说明高温环境下,蛋白锰更易于被吸收。
    
    4.2 猪
    
    在繁殖母猪饲料中使用有机态锰,可以提高利用率,降低添加水平,但关于锰的有机态对母猪繁殖作用的特殊效果研究还很少,也不深入。Fehse和Close(1999)在高产母猪的标准饲料中添加含锰的复合有机微量元素,结果发现母猪的生产性能比对照组有了提高,窝均产仔数提高了0.3头,活仔数提高了0.4头,断奶头数提高了0.5头。同时母猪的生产年限延长,淘汰率下降。试验中没有对母猪和仔猪的生理生化指标进行测定,因此也不能确定有机态锰在其中发挥什么样的作用。
    
    4.3反刍动物
    
    Spears等(1991)报道,犊牛和杂种育肥牛饲喂蛋氨酸锌和蛋氨酸锰,可使犊牛生长率及母牛受股率显著提高,免疫力增强。Uchida等(1999)研究氨基酸锰、氨基酸锌和氨基酸铜的复合物对荷斯坦奶牛的生产性能和繁殖机能的影响。结果表明,饲喂该混合物后荷斯坦奶牛的受胎率较对照组受胎率有明显的提高,且奶牛在泌乳阶段提前怀孕,并没有影响产奶量、奶中的脂肪和蛋白含量以及机体健康状况。Chirase等(1998)用有机锌和有机锰饲喂犊牛结果表明,犊牛对在运输中产生的应激和牛传染性鼻气管炎病毒(IBRV)的抵抗力明显优于相应无机盐组。同时也表明,蛋氨酸锌锰复合物(ZnMnMet)饲喂犊牛,对IBRV的抵抗力要比氧化锌锰复合物(ZnMnO)高20.4%,且可降低直肠温度(RT)和增加体重(BW)。
    
    5 微量元素锰的应用前景
    
    相对于其他微量元素,锰的毒性较小,给环境带来的负面影响也较少。锰主要参与机体脂肪、蛋白质等多种代谢,可以促进动物生长,增强动物的繁殖性能。它对动物的副作用也较小,其应用前景极为乐观。然而,目前锰在饲料中的应用并不多,主要是被用在肉鸡中,有关锰在动物体内的作用机理还有待于进一步探讨。因此,应进一步在分子水平上深入研究阐明锰在动物体内的营养代谢机理,更准确、更科学地评价动物的锰营养状况及满足其锰营养需要,促进动物健康和畜禽生产发展。

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