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(jù)元素在生物體內(nèi)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(zhì)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(zhì)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(xué)的研究揭示，微量元素通過與蛋白質(zhì)和其他有機(jī)基團(tuán)結(jié)合，形成了酶、激素、維生素等生物大分子，發(fā)揮著重要的生理生化功能。
（2）微量元素首先構(gòu)成了體內(nèi)重要的載體與電子傳遞系統(tǒng)。鐵存在于血紅蛋白與肌紅蛋白之中，在它們執(zhí)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(nèi)發(fā)現(xiàn)的1000余種酶中，約有50%到70%需要微量元素參與或激活，它們?cè)诩?xì)胞酶系統(tǒng)中功能相當(dāng)廣泛：從弱離子效應(yīng)到構(gòu)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(hù)細(xì)胞膜完整性等作用。該酶分子中含有4個(gè)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(guān)。錳作為離子性較強(qiáng)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(jié)構(gòu)中亦不可缺少，每個(gè)胰島素分子結(jié)合2個(gè)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(zhuǎn)錄所必需的甲基轉(zhuǎn)移的輔酶。該分子中螯合有一個(gè)鈷原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)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(duì)核酸的物理、化學(xué)性質(zhì)均可產(chǎn)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(dòng)物體內(nèi)物質(zhì)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(guān)。Fe參與血紅蛋白、肌紅蛋白的構(gòu)成，擔(dān)負(fù)體內(nèi)運(yùn)輸氧和二氧化碳的作用，參與細(xì)胞色素氧化酶、過氧化物酶及觸酶的合成，并可維持或增強(qiáng)乙酰輔酶A、細(xì)胞色素還原酶的活性，以保證體內(nèi)的三羧酸循環(huán)（與能量代謝有關(guān)）能夠正常進(jìn)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(yán)重的影響，從面導(dǎo)致體內(nèi)氧的運(yùn)輸貯存、二氧化碳的運(yùn)輸及釋放、過氧化物的氧化還原過程等發(fā)生紊亂。
           Fe還影響動(dòng)物體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成和免疫機(jī)能。
2、銅的作用
（1）銅是動(dòng)物機(jī)體必需微量元素，參與動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物和維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝，能提高飼料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率。
（2）銅參與動(dòng)物體內(nèi)血紅蛋白的合成，預(yù)防畜禽貧血——造血功能。
（3）銅是體內(nèi)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(jī)體免疫功能調(diào)節(jié)，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(guān)（激活酶的活性）。
（2）鋅具有穩(wěn)定胰島素分子活性，保護(hù)它不被胰島素酶所破壞，延長(zhǎng)胰島素作用時(shí)間的功能，因而有強(qiáng)化胰島素酶降低血糖的作用。鋅對(duì)動(dòng)物體內(nèi)碳水化合物、脂肪和能量代謝有重要影響。
（3）影響動(dòng)物生殖：鋅通過影響性腺活動(dòng)和性激素的分泌對(duì)動(dòng)物的性器官正常發(fā)育、性機(jī)能的正常發(fā)揮等表現(xiàn)出重要的生理意義。
（4）鋅影響動(dòng)物味覺和食欲：作用機(jī)制可能是唾液內(nèi)一種含有兩個(gè)鋅離子的唾液蛋白——味覺素作為介質(zhì)影響味覺和食欲  。動(dòng)物缺鋅后味覺和食欲均減退，補(bǔ)充鋅后可以得到改善。  
4、錳的作用
（1）錳參與機(jī)體的造血與凝血過程。
（2）維持骨骼的正常生長(zhǎng)和保證骨結(jié)構(gòu)的正常。 錳與粘多糖中硫酸軟骨素的合成有關(guān)，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(dǎo)致軟骨生長(zhǎng)受損，骨骼發(fā)生畸形。
（3）錳作為離子性較強(qiáng)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(bǔ)充錳，能減少脂肪沉著和降低其脂肪層厚度。
（4）錳還對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)發(fā)生作用，能提高機(jī)體免疫力。  

5、碘的作用
           碘是動(dòng)物的必需微量元素之一，是甲狀腺素的組成成分，動(dòng)物缺碘時(shí)，會(huì)引起甲狀腺素腫大、生長(zhǎng)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(qiáng)大的抗氧化功能，可清除自由基，保護(hù)不同部位免遭氧化應(yīng)激損傷，有利于細(xì)胞分化、發(fā)送信號(hào)和炎癥前細(xì)胞因子產(chǎn)生，保護(hù)細(xì)胞膜完整性，提高機(jī)體免疫力。
（2）硒作為帶負(fù)電荷的非金屬離子，在動(dòng)物體內(nèi)與帶正電荷的有害金屬離子（鉛、汞、鎘、砷、鉻）相結(jié)合，形成金屬—硒—蛋白質(zhì)復(fù)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(dòng)物體內(nèi)一些參與代謝、繁殖的重要蛋白的組成成分，并對(duì)這些蛋白的結(jié)構(gòu)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(dòng)物的繁殖性能。

7、鈷的作用
鈷是動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)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(jī)體造血和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(duì)反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)有重要作用，反芻動(dòng)物缺鈷會(huì)引起食欲減退、生長(zhǎng)緩慢、貧血、皮毛粗糙、繁殖受阻。
鈷與鋅、銅、錳有協(xié)同作用，特別是鈷和鋅是姊妹對(duì)，相互都有促進(jìn)作用。
8、鉻的作用
（1）鉻(3價(jià)Cr )是人和動(dòng)物機(jī)體必需的微量元素 之一。3價(jià) 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(jìn)胰島素的作用，應(yīng)該說，鉻的功能是通過胰島素來實(shí)現(xiàn)的。鉻主要是作為胰島素的增強(qiáng)劑，通過胰島素來影響糖、蛋白質(zhì)、脂肪和核酸的代謝，能降低體內(nèi)脂肪含量，提高瘦肉率。
（2）缺鉻容易患糖尿病和動(dòng)脈粥樣硬化癥。
（3）人體內(nèi)鉻幾乎都是3價(jià)的，它很穩(wěn)定,人體內(nèi)約含鉻6-7mg,它廣泛地存在于人體骨骼、肌肉、頭發(fā)、皮膚、皮下組織、主要器官(肺除外) 和體液之中。人體對(duì)無機(jī)鉻的吸收利用率極低，不到1%；人體對(duì)有機(jī)鉻的利用率可達(dá)10～25% 。所以動(dòng)物飼料一般添加有機(jī)鉻。
（4）大量的鉻污染環(huán)境，則危害人體健康 。鉻中毒主要是指六價(jià)鉻。飲用被含鉻工業(yè)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(tài)反應(yīng)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(xiàn)為主，呈紅斑、浸潤(rùn)、滲出、脫屑、病程長(zhǎng)，久而不愈；由呼吸進(jìn)入，對(duì)呼吸道有刺激和腐蝕作用，引起鼻炎、咽炎、支氣管炎，嚴(yán)重時(shí)使鼻中隔糜爛，甚至穿孔。鉻還是致癌因子。
四、有機(jī)鉻的添加
1、有機(jī)鉻飼料添加劑已經(jīng)在飼料行業(yè)廣泛使用，用得最多的有吡啶甲酸鉻和蛋氨酸鉻兩種有機(jī)鉻。
2、有機(jī)鉻的作用
（1）提高母豬繁殖性能 ，提高母豬產(chǎn)活仔數(shù) 。
（2）改善胴體品質(zhì)， 降低背膘厚度， 提高瘦肉率 。
（3）提高抗應(yīng)激能力， 增強(qiáng)機(jī)體免疫力 。
（4）提高生長(zhǎng)速度， 改善飼料報(bào)酬。
3、添加量：每噸配合飼料添加0.2-0.3克(以鉻計(jì)) 。
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(zhǎng)        皮膚        毛發(fā)
銅Cu        √        √        √        √        √                √
鐵Fe        √        √        √         √        √        √        √
鋅Zn        √        √        √        √        √        √        √
錳Mn        √                √        √        √               
碘I        √                        √        √               
硒Se        √                √        √        √        √       
鈷Co        √        √        √        √        √        √        √
鉻Cr        √                        √        √                √









六、微量元素營(yíng)養(yǎng)的本質(zhì)

（1）微量元素作為體內(nèi)代謝酶的輔酶或輔助因子，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝起到重要作用。
（2）礦物元素之間有互作關(guān)系（協(xié)同作用），應(yīng)注意它們之間的平衡。
（3）礦物元素之間存在競(jìng)爭(zhēng)吸收位點(diǎn)（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(dòng)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(dòng)所必需，而且所有重金屬超過一定濃度都對(duì)動(dòng)物有毒。重金屬在人體中累積達(dá)到一定程度，會(huì)造成慢性中毒。
八、重金屬的污染及其危害


（1）從環(huán)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(duì)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(jié)合生成毒性更大的有機(jī)物或無機(jī)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(jìn)入人體。重金屬在人和動(dòng)物體內(nèi)能和蛋白質(zhì)及酶等發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，使它們失去活性，也可能在人和動(dòng)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(diǎn)

（1）不發(fā)生分解，經(jīng)消化道吸收后，進(jìn)入血液與血卟啉結(jié)合，隨血液分布至各器官組織，對(duì)全身各系統(tǒng)和內(nèi)臟器官產(chǎn)生毒害，動(dòng)物機(jī)體的生物轉(zhuǎn)化不能減弱這些毒性，有的反而轉(zhuǎn)化為毒性更大的化合物，如汞轉(zhuǎn)化為甲基汞。
（2）半衰期長(zhǎng)，一旦進(jìn)入機(jī)體，危害時(shí)間特長(zhǎng)。
（3）抑制酶的活性，引起全身傷害。
（4）大多數(shù)有毒重金屬在動(dòng)物體內(nèi)會(huì)蓄積，達(dá)到一定量后，呈現(xiàn)毒性反應(yīng)。
毒性與其化學(xué)形態(tài)、結(jié)構(gòu)有關(guān)。

十、主要有毒重金屬的危害
1、鉛 Pb
            主要對(duì)神經(jīng)、造血系統(tǒng)和腎臟的危害，損害骨胳造血系統(tǒng)，引起貧血，腦缺氧、腦水腫、出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和感覺異常。

2、鎘Cd

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

3、汞 Hg
            主要危害神經(jīng)系統(tǒng)，使腦部受損，造成汞中毒腦癥，引起四肢麻木，運(yùn)動(dòng)失調(diào)、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(xiàn)口腔病變、惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉等癥狀，也可對(duì)皮膚粘膜及泌尿、生殖等系統(tǒng)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(jīng)、消化和心血管系統(tǒng)障礙，有積累性毒性作用，破壞人和動(dòng)物體細(xì)胞的代謝系統(tǒng)。會(huì)引起皮毛粗亂無光澤，脫毛脫蹄，拉稀，母畜流產(chǎn)或不孕。

5、鉻 Cr

           六價(jià)鉻及其化合物對(duì)于人體的傷害，通常表現(xiàn)在三個(gè)方面。一是損害皮膚，導(dǎo)致皮炎、濕疹、咽炎等；二是損害呼吸道系統(tǒng)，引發(fā)肺炎、氣管炎等疾病，三是損害消化系統(tǒng)，誤食甚至長(zhǎng)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(jià)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(jī)微量元素原料中重金屬的含量

          從源頭把關(guān)，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(jī)微量元素，減少微量元素的添加量。
（1）用有機(jī)微量元素全面替代：由于有機(jī)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(jī)微量元素替代：根據(jù)實(shí)際情況，相應(yīng)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(jī)微量元素，提高生產(chǎn)效率。

3、降低微量元素的添加量
（1）利用動(dòng)物理想微量元素模型科學(xué)添加微量元素；
不同飼喂動(dòng)物，有不同理想微量元素模型；
注意微量元素之間的平衡；
對(duì)于動(dòng)物理想微量元素模型的研究，國(guó)內(nèi)、國(guó)外都做得很少，現(xiàn)在只是作為一個(gè)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(fā)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(jìn)口魚粉65        8.4        337        102.0        11.0        2.70
國(guó)產(chǎn)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(jì)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(xiàng)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(chǎn)生的銅和鋅的排放量。

            微量元素Cu、Zn在動(dòng)物機(jī)體體內(nèi)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(duì)微量元素Cu、Zn的科學(xué)使用是末來生豬養(yǎng)殖的方向，也是飼料企業(yè)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(huì)降低亞鐵、鋅的利用率，從而誘發(fā)鐵、鋅缺乏癥的發(fā)生。同時(shí)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(duì)銅、亞鐵的吸收具有拮抗作用，高劑量的鋅會(huì)造成仔豬對(duì)銅、亞鐵的吸收利用率降低，導(dǎo)致銅、亞鐵缺乏，最終使仔豬出現(xiàn)貧血、被毛粗亂卷曲等現(xiàn)象。同時(shí)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(huán)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(nóng)業(yè)部1224號(hào)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(jì)，mg/kg
   仔豬（≤30kg）：200
   生長(zhǎng)豬（ 30-60kg）：150
   生長(zhǎng)豬（≥60kg）：35
   種豬：35
   家禽（雞、鴨）：35
   魚類：25
農(nóng)業(yè)部1224號(hào)公告


2、規(guī)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(jì)）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(duì)環(huán)境的排放。

            飼料原料中抗?fàn)I養(yǎng)因子對(duì)微量元素的消化吸收有一定的抑制作用，添加相應(yīng)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(dāng)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(jié)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(dòng)物腸道中變得難以吸收。
所有金屬元素中，鋅最易與植酸結(jié)合，尤其在高鈣的情況下，鈣、鋅和植酸磷形成三元復(fù)合物，同時(shí)影響三種元素的吸收。
植酸酶能促進(jìn)植酸降解，不僅能增加植物性飼料原料中磷的釋放量，同時(shí)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(duì)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(duì)棉菜粕中銅、亞鐵、錳的利用率有較大的促進(jìn)作用。
添加復(fù)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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