微量元素及其重金屬減排措施

艾麗曼

一、元素的一些概念
（1）根據元素在生物體內的含量不同，可分為常量元素和微量元素兩大類。
（2）常量元素：是指占生物體總質量的萬分之一（0.01%）以上的元素，
如碳、氫、氧、氮、鈣、磷、鎂、鈉、鉀、氯等。
（3）微量元素：是指占生物體總質量的萬分之一（0.01%）以下的元素，
如銅、鐵、鋅、錳、碘、硒、鈷、鉻、鉬、硅、氟、釩等 。
（4）微量元素又分為必需微量元素和非必需微量元素。   

二、必需微量元素的功能與作用

（1）分子生物學的研究揭示，微量元素通過與蛋白質和其他有機基團結合，形成了酶、激素、維生素等生物大分子，發揮著重要的生理生化功能。
（2）微量元素首先構成了體內重要的載體與電子傳遞系統。鐵存在于血紅蛋白與肌紅蛋白之中，在它們執行載氧與貯氧的過程中，鐵扮演了十分重要的角色。
（3）酶是生命的催化劑，迄今體內發現的1000余種酶中，約有50%到70%需要微量元素參與或激活，它們在細胞酶系統中功能相當廣泛：從弱離子效應到構成高度特殊的化合物——金屬酶與非金屬酶。谷胱甘肽過氧化物酶是典型的非金屬酶，它具有抑制自由基生成，清除過氧化物、保護細胞膜完整性等作用。該酶分子中含有4個硒原子。鋅不僅是碳酸酚酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等（4）幾十種酶的必需成分，而且同近百種酶的活性有關。錳作為離子性較強的微量元素則是有效的激活劑，可催化金屬活化酶。


微量元素還參與了激素與維生素的合成。眾所周知，碘為甲狀腺激素的生物合成所必需的；而鋅在維持胰島素的主體結構中亦不可缺少，每個胰島素分子結合2個鋅原子。
(5)維生素B12是胸腺嘧啶核糖核苷酸合成以及最終DNA生物合成與轉錄所必需的甲基轉移的輔酶。該分子中螯合有一個鈷原子的環狀結構部分，含有它的化合物——類咕琳輔酶是已知最有效的生物催化劑之一，在許多酶中起著不尋常的分子重排作用。
(6)核酸是遺傳信息的攜帶者。微量元素對核酸的物理、化學性質均可產生影響。多種RNA聚合酶中含有鋅，而核苷酸還原酶的作用則依賴于鐵。
三、幾種必需微量元素的作用
1、亞鐵的作用
            Fe是動物體內物質氧化供能過程所需多種化含物的組成成分，并與一些酶的活性有關。Fe參與血紅蛋白、肌紅蛋白的構成，擔負體內運輸氧和二氧化碳的作用，參與細胞色素氧化酶、過氧化物酶及觸酶的合成，并可維持或增強乙酰輔酶A、細胞色素還原酶的活性，以保證體內的三羧酸循環（與能量代謝有關）能夠正常進行。缺Fe或Fe的利用不良，上述這些成分的形成和活性即受到嚴重的影響，從面導致體內氧的運輸貯存、二氧化碳的運輸及釋放、過氧化物的氧化還原過程等發生紊亂。
           Fe還影響動物體內的蛋白質合成和免疫機能。
2、銅的作用
（1）銅是動物機體必需微量元素，參與動物體內蛋白質、脂肪、碳水化合物和維生素等營養物質的代謝，能提高飼料中營養物質的利用率。
（2）銅參與動物體內血紅蛋白的合成，預防畜禽貧血——造血功能。
（3）銅是體內許多酶的組成成分 ，參與某些酶的合成，并激活一些酶的活性。
（4） 銅參與機體免疫功能調節，缺銅可引起免疫功能下降 。
3、鋅的作用
（1）鋅不僅是碳酸酚酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等幾十種酶的必需組成成分（參與某些酶的合成），而且同近百種酶的活性有關（激活酶的活性）。
（2）鋅具有穩定胰島素分子活性，保護它不被胰島素酶所破壞，延長胰島素作用時間的功能，因而有強化胰島素酶降低血糖的作用。鋅對動物體內碳水化合物、脂肪和能量代謝有重要影響。
（3）影響動物生殖：鋅通過影響性腺活動和性激素的分泌對動物的性器官正常發育、性機能的正常發揮等表現出重要的生理意義。
（4）鋅影響動物味覺和食欲：作用機制可能是唾液內一種含有兩個鋅離子的唾液蛋白——味覺素作為介質影響味覺和食欲  。動物缺鋅后味覺和食欲均減退，補充鋅后可以得到改善。  
4、錳的作用
（1）錳參與機體的造血與凝血過程。
（2）維持骨骼的正常生長和保證骨結構的正常。 錳與粘多糖中硫酸軟骨素的合成有關，而硫酸軟骨素是軟骨及骨組織的重要成分。缺錳之后硫酸軟骨素的合成受阻，從而導致軟骨生長受損，骨骼發生畸形。
（3）錳作為離子性較強的微量元素則是有效的酶激活劑，可催化金屬活化酶。在缺錳的飼稂中補充錳，能減少脂肪沉著和降低其脂肪層厚度。
（4）錳還對中樞神經系統和免疫系統發生作用，能提高機體免疫力。  

5、碘的作用
           碘是動物的必需微量元素之一，是甲狀腺素的組成成分，動物缺碘時，會引起甲狀腺素腫大、生長繁殖受阻。
6、硒的作用
（1）硒是谷胱甘肽過氧化物酶的組成成分。谷胱甘肽過氧化酶具有強大的抗氧化功能，可清除自由基，保護不同部位免遭氧化應激損傷，有利于細胞分化、發送信號和炎癥前細胞因子產生，保護細胞膜完整性，提高機體免疫力。
（2）硒作為帶負電荷的非金屬離子，在動物體內與帶正電荷的有害金屬離子（鉛、汞、鎘、砷、鉻）相結合，形成金屬—硒—蛋白質復合物，把有害有毒的金屬離子排出體外，從而消解了金屬離子的毒性，起到排毒解毒的作用。
（3）硒是動物體內一些參與代謝、繁殖的重要蛋白的組成成分，并對這些蛋白的結構功能起重要作用，如精子被膜蛋白、硒蛋白W、硒蛋白P等，所以硒能改善動物的繁殖性能。

7、鈷的作用
鈷是動物生長發育所必需的一種微量元素，是維生素B12的重要組成成分，其主要功能是通過維生素B12來參與機體造血和營養物質的消化、代謝過程。
由于瘤胃微生物能夠利用鈷合成維生素B12，鈷對反芻動物營養有重要作用，反芻動物缺鈷會引起食欲減退、生長緩慢、貧血、皮毛粗糙、繁殖受阻。
鈷與鋅、銅、錳有協同作用，特別是鈷和鋅是姊妹對，相互都有促進作用。
8、鉻的作用
（1）鉻(3價Cr )是人和動物機體必需的微量元素 之一。3價 Cr 是葡萄糖耐量因子(GTF)的活性組成成分。葡萄糖耐受因子可促進胰島素的作用，應該說，鉻的功能是通過胰島素來實現的。鉻主要是作為胰島素的增強劑，通過胰島素來影響糖、蛋白質、脂肪和核酸的代謝，能降低體內脂肪含量，提高瘦肉率。
（2）缺鉻容易患糖尿病和動脈粥樣硬化癥。
（3）人體內鉻幾乎都是3價的，它很穩定,人體內約含鉻6-7mg,它廣泛地存在于人體骨骼、肌肉、頭發、皮膚、皮下組織、主要器官(肺除外) 和體液之中。人體對無機鉻的吸收利用率極低，不到1%；人體對有機鉻的利用率可達10～25% 。所以動物飼料一般添加有機鉻。
（4）大量的鉻污染環境，則危害人體健康 。鉻中毒主要是指六價鉻。飲用被含鉻工業廢水污染的水，可致腹部不適及腹瀉等中毒癥狀；鉻為皮膚變態反應原，引起過敏性皮炎或濕疹，濕疹的特征多呈小塊，錢幣狀，以亞急表現為主，呈紅斑、浸潤、滲出、脫屑、病程長，久而不愈；由呼吸進入，對呼吸道有刺激和腐蝕作用，引起鼻炎、咽炎、支氣管炎，嚴重時使鼻中隔糜爛，甚至穿孔。鉻還是致癌因子。
四、有機鉻的添加
1、有機鉻飼料添加劑已經在飼料行業廣泛使用，用得最多的有吡啶甲酸鉻和蛋氨酸鉻兩種有機鉻。
2、有機鉻的作用
（1）提高母豬繁殖性能 ，提高母豬產活仔數 。
（2）改善胴體品質， 降低背膘厚度， 提高瘦肉率 。
（3）提高抗應激能力， 增強機體免疫力 。
（4）提高生長速度， 改善飼料報酬。
3、添加量：每噸配合飼料添加0.2-0.3克(以鉻計) 。
五、幾種必需微量元素主要功能

元素        酶活        造血        免疫        繁殖        生長        皮膚        毛發
銅Cu        √        √        √        √        √                √
鐵Fe        √        √        √         √        √        √        √
鋅Zn        √        √        √        √        √        √        √
錳Mn        √                √        √        √               
碘I        √                        √        √               
硒Se        √                √        √        √        √       
鈷Co        √        √        √        √        √        √        √
鉻Cr        √                        √        √                √









六、微量元素營養的本質

（1）微量元素作為體內代謝酶的輔酶或輔助因子，對營養物質代謝起到重要作用。
（2）礦物元素之間有互作關系（協同作用），應注意它們之間的平衡。
（3）礦物元素之間存在競爭吸收位點（拮抗作用）。
（4）生物利用率的高低決定了礦物元素的差別。

七、什么是重金屬？

（1）重金屬一般指密度大于4.5g/cm3的金屬 。
（2）約有45種，如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等。盡管錳、銅、鐵、鋅、鈷等重金屬是生命活動所需要的微量元素，但是大部分重金屬如汞、鉛、鎘、金、銀等并非生命活動所必需，而且所有重金屬超過一定濃度都對動物有毒。重金屬在人體中累積達到一定程度，會造成慢性中毒。
八、重金屬的污染及其危害


（1）從環境污染方面所說的重金屬是指:汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬。
（2）對人體毒害最大的有5種:鉛、汞、鉻、 砷、鎘。這些重金屬在水中不能被分解，人飲用后毒性放大，與水中的其他毒素結合生成毒性更大的有機物或無機物。  
（3）重金屬不能被生物降解，相反卻能在食物鏈的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后進入人體。重金屬在人和動物體內能和蛋白質及酶等發生強烈的相互作用，使它們失去活性，也可能在人和動物體的某些器官中累積，造成慢性中毒。 

九、重金屬污染的共同特點

（1）不發生分解，經消化道吸收后，進入血液與血卟啉結合，隨血液分布至各器官組織，對全身各系統和內臟器官產生毒害，動物機體的生物轉化不能減弱這些毒性，有的反而轉化為毒性更大的化合物，如汞轉化為甲基汞。
（2）半衰期長，一旦進入機體，危害時間特長。
（3）抑制酶的活性，引起全身傷害。
（4）大多數有毒重金屬在動物體內會蓄積，達到一定量后，呈現毒性反應。
毒性與其化學形態、結構有關。

十、主要有毒重金屬的危害
1、鉛 Pb
            主要對神經、造血系統和腎臟的危害，損害骨胳造血系統，引起貧血，腦缺氧、腦水腫、出現運動和感覺異常。

2、鎘Cd

            可在人和動物體內積累引起急、慢性中毒，急性中毒可使人和動物嘔血、腹痛、最后導致死亡，慢性中毒能使腎功能損傷，破壞骨胳，致使骨痛、骨質軟化、骨質疏松，癱瘓。鎘還會引起貧血，干擾鋅、銅、鐵的吸收。

3、汞 Hg
            主要危害神經系統，使腦部受損，造成汞中毒腦癥，引起四肢麻木，運動失調、視野變窄、聽力困難等癥狀，重者心力衰竭而死亡。中毒較重者可以出現口腔病變、惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉等癥狀，也可對皮膚粘膜及泌尿、生殖等系統造成損害。在微生物作用下，甲基化后（甲基汞）毒性更大。

4、砷 As

            慢性中毒可引起皮膚病變和神經、消化和心血管系統障礙，有積累性毒性作用，破壞人和動物體細胞的代謝系統。會引起皮毛粗亂無光澤，脫毛脫蹄，拉稀，母畜流產或不孕。

5、鉻 Cr

           六價鉻及其化合物對于人體的傷害，通常表現在三個方面。一是損害皮膚，導致皮炎、濕疹、咽炎等；二是損害呼吸道系統，引發肺炎、氣管炎等疾病，三是損害消化系統，誤食甚至長期接觸鉻酸鹽，極易造成胃炎、胃潰瘍和腸道潰瘍。鉻還具有致突變性和潛在致癌性，六價鉻具有明顯的致癌作用。

十一、減少重金屬排放的措施
1、控制微量元素原料特別是無機微量元素原料中重金屬的含量

          從源頭把關，降低微量元素原料中鉛、鎘、砷、汞等有毒重金屬的含量。

2、使用有機微量元素，減少微量元素的添加量。
（1）用有機微量元素全面替代：由于有機微量元素（氨基酸螯合物）的利用率高，可以減少三分之一到二分之一的用量。
（2）用部分有機微量元素替代：根據實際情況，相應減少微量元素添加量。
（3）在種豬（種公豬、懷孕母豬和哺乳母豬）、乳仔豬、種蛋雞、幼齡肉禽等階段，全部或部分使用有機微量元素，提高生產效率。

3、降低微量元素的添加量
（1）利用動物理想微量元素模型科學添加微量元素；
不同飼喂動物，有不同理想微量元素模型；
注意微量元素之間的平衡；
對于動物理想微量元素模型的研究，國內、國外都做得很少，現在只是作為一個概念提出。
（2）考慮飼料原料中微量元素本底含量與利用率，減少外加微量元素的添加量。


原料名稱        銅mg/kg        亞鐵mg/kg        鋅mg/kg        錳mg/kg        硒mg/kg
玉米        3.4        36        21.1        5.8        0.04
小麥        7.9        88        29.7        45.9        0.05
次粉        11.6        140        73.0        94.2        0.07
麥麩        13.8        170        96.5        104.3        0.07
DDGS        5.4        98        52.3        15.2        0.33
豆粕46        24.0        185        46.4        38.2        0.10
豆粕43        24.0        185        46.4        28.0        0.06
膨化大豆        18.1        111        40.7        21.5        0.06
發酵豆粕        24.0        185        46.4        38.2        0.10
玉米蛋白粉55        1.9        230        19.2        5.9        0.02
花生粕48        25.1        368        55.7        38.9        0.06
進口魚粉65        8.4        337        102.0        11.0        2.70
國產魚粉62        8.0        80.0        80.0        10.0        1.50
乳清粉        43.1        160        3.0        4.6        0.06



按常用豬料配方計算乳豬料、小豬料、中豬料、大豬料中微量元素本底含量見下表：
         飼料
項目        乳豬料1        乳豬料2        小豬料        中豬料        大豬料
Cu
mg/kg        10.45        8.76        8.32        8.01        7.40
Fe
mg/kg        83.39        81.13        74.04        72.40        69.12
Zn
mg/kg        27.87        30.04        29.59        29.84        30.34
Mn
mg/kg        11.10        14.06        15.38        15.92        17.00
Se
mg/kg        0.13        0.10        0.04        0.04        0.04

（3）合理添加銅、鋅，減少添加高銅、高鋅產生的銅和鋅的排放量。

            微量元素Cu、Zn在動物機體體內利用率很低，主要通過糞便排出體外而污染土壤和飲水 ，最終危害人類的身心健康。因此，對微量元素Cu、Zn的科學使用是末來生豬養殖的方向，也是飼料企業努力的方向。
由于銅和亞鐵、鋅之間存在拮抗作用，日糧高銅會降低亞鐵、鋅的利用率，從而誘發鐵、鋅缺乏癥的發生。同時大量未被消化的銅通過糞便排出體外而污染土壤和飲水。


高劑量氧化鋅對銅、亞鐵的吸收具有拮抗作用，高劑量的鋅會造成仔豬對銅、亞鐵的吸收利用率降低，導致銅、亞鐵缺乏，最終使仔豬出現貧血、被毛粗亂卷曲等現象。同時高劑量的氧化鋅的生物利用率較低，大部分隨糞便排出而污染環境，高鋅日糧已成為水和土壤污染的重要因素。被污染的土地不再具有可耕性，被污染的地下水影響人類的健康。

農業部1224號公告（2009年6月18日）

1、銅在配合飼料中最高限量：
           以銅元素含量計，mg/kg
   仔豬（≤30kg）：200
   生長豬（ 30-60kg）：150
   生長豬（≥60kg）：35
   種豬：35
   家禽（雞、鴨）：35
   魚類：25
農業部1224號公告


2、規定只能在斷奶后前兩周的仔豬日糧中使用高劑量氧化鋅，且氧化鋅（以鋅元素計）的添加量不超過 2250ppm （克/噸），禁止在其它階段使用高劑量氧化鋅。

4）添加酶制劑，提高飼料中微量元素的吸收利用率，減少微量元素的添加量，減少未被吸收的微量元素對環境的排放。

            飼料原料中抗營養因子對微量元素的消化吸收有一定的抑制作用，添加相應的酶制劑，可以改善和提高飼料原料中微量元素的釋放效率。

添加植酸酶，適當減少微量元素（鋅、銅、亞鐵、錳）的添加量

植酸不僅能與植物中的40%～70%的磷結合，而且還與其它金屬離子如鈣、銅、鎂、鋅、錳、亞鐵等螯合形成難溶化合物，在動物腸道中變得難以吸收。
所有金屬元素中，鋅最易與植酸結合，尤其在高鈣的情況下，鈣、鋅和植酸磷形成三元復合物，同時影響三種元素的吸收。
植酸酶能促進植酸降解，不僅能增加植物性飼料原料中磷的釋放量，同時還能提高日糧中鋅（包括銅、亞鐵、錳、鎂等）的吸收利用率。

添加木聚糖酶，對能量飼料原料（玉米、小麥、大麥、米糠等）中鋅、亞鐵的釋放有較好的效果。
添加β-葡聚糖酶可提高谷物類飼料原料中銅、亞鐵、鋅的釋放，且對棉菜粕中銅、亞鐵、錳的利用率有較大的促進作用。
添加復合酶可改善各種飼料原料中微量元素的釋放效率。

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