Friday, Jan 28, 2022
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纳米氧化锌生物学功能及其在养猪中的应用

纳米氧化锌粒径小,比表面积大,除具备传统微量元素添加剂的功效外,还具有用量少、生物利用率高、提高动物免疫力等优点,很有可能替代传统锌源添加剂。本文对纳米氧化锌生物学功能及其在养猪生产的应用进行综述。

锌作为动物机体必需微量元素之一,参与动物体内多种营养物质的代谢,对动物的生长发育、免疫功能等方面具有重要作用。高锌日粮在发挥促生长作用的同时,也造成了锌的浪费及环境污染等问题。因此研制高效锌源化合物成为动物营养学界备受关注的问题。纳米技术的迅猛发展,纳米添加剂的诞生,为寻找新型锌源提供了新思路。纳米氧化锌以其优良的特性,已在化妆品、服装、食品保鲜、医学、电子和橡胶等行业得到了广泛应用。同时,作为新型锌源添加剂也在畜牧业发挥重要的作用。现将对纳米氧化锌生物学功能及其在养猪生产的应用作一综述

1、纳米氧化锌
1.1 纳米氧化锌的特性

纳米氧化锌是一种新型多功能无机材料,其粒径在1-100 nm之间,因晶粒的细微化,使其结构发生改变,从而纳米氧化锌具有了表面效应、量子尺寸效应、宏观隧道效应和库仑阻塞效应,使其具有不寻常的特性。

1.2 纳米氧化锌的吸收机制

纳米氧化锌的吸收速率优于硫酸锌和氧化锌等传统锌源。马恒东等采用翻转肠囊法研究仔猪小肠对纳米氧化锌的吸收,研究发现,在0.5 h、1 h、2 h时,50 mg/kg纳米氧化锌的吸收速率均显著高于同浓度饲料级硫酸锌和饲料级氧化锌(P<0.05),且超过1倍以上,后两者间差异不显著[1]。胡彩虹等报道,与对照组相比,断奶仔猪饲粮中添加300 mg/kg锌(纳米氧化锌)组仔猪28和35日龄绒毛高度分别提高了12.64%和10.80%(P<0.05);28日龄隐窝深度降低了15.42%(P<0.05);28和35日龄绒毛高度/隐窝深度分别提高了33.61%和17.11% (P<0.05)[2]。纳米氧化锌的吸收途径有别于传统的锌源,其在体内的吸收受粒径的影响。纳米粒的吸收途径与粒径大小密切相关,Donaldson证实,难容性纳米颗粒在进入消化道后的摄取和转运机制具有尺寸依存性[3]。粒径<50 nm的物质能通过肠上皮细胞间隙,通过细胞旁路通道转运;粒径<500 nm的物质可通过肠上皮细胞的内吞作用被吸收;而粒径<5 μm的物质是经回肠内集合淋巴结(Peyer’s patches,PP)的微皱褶细胞吞噬[4-6]。王之盛研究表明,物理尺寸低于50 nm纳米氧化锌具有显著的营养生理正效应,并证明纳米氧化锌的吸收率和利用效率显著高于硫酸锌和饲料级氧化锌,其生物活性和兼容性更高,间接证明纳米氧化锌的吸收利用途径与传统锌源不同。 2、纳米氧化锌的生物学功能 2.1 纳米氧化锌对猪生产性能的影响 纳米氧化锌能显著提高仔猪生产性能,其效果优于硫酸锌和饲料级氧化锌,但纳米氧化锌的促生长机制有待于进一步研究。雷必勇等报道,仔猪基础日粮中添加400 mg/kg纳米氧化锌较基础日粮组仔猪日增重提高7.5%(P>0.05) [8]。杨治平等研究报道,在仔猪日料中添加250 mg/kg、375 mg/kg、500 mg/kg纳米氧化锌,可能提高仔猪日增重,与对照组(100 mg/kg 锌)相比分别提高10.0%,18.2%和11.6%,能降低仔猪料肉比(P>0.05),分别比对照组降低10.2%,11.2%,8.8%[9];方桂友等研究表明,断奶仔猪饲喂含500 mg/kg纳米氧化锌的日粮,能显著提高断奶仔猪的日增重(与3000 mg/kg普通饲料级氧化锌组相比,提高9.91%),改善肉料比,有较好的经济效益[10]。王之盛等研究表明,2500 mg/kg纳米氧化锌显著提高仔猪平均日增重、平均日采食量(P>0.05),提高饲料利用率(P>0.05)[11]。蔡景义等报道,纳米氧化锌可显著提高断奶仔猪日增重和采食量;100 mg/kg纳米氧化锌的促生长效果优于100 mg/kg硫酸锌,1500 mg/kg纳米氧化锌的促生长效果优于2000 mg/kg饲料级氧化锌[12]。胡彩虹等研究发现,与对照组相比,添加300 mg/kg纳米氧化锌组断奶仔猪平均日增重提高了7.26%(P<0.05),其效果与添加3000 mg/kg锌(氧化锌)相当。 2.2 纳米氧化锌对猪腹泻率的影响 杨治平等研究报道,在仔猪日料中添加250 mg/kg、375 mg/kg、500 mg/kg纳米氧化锌显著降低仔猪腹泻率(P<0.05) 。胡彩虹等研究证明,断奶仔猪饲粮中添加300 mg/kg锌(纳米氧化锌)能够降低腹泻率,改善肠黏膜形态,降低肠黏膜通透性[2]。喻兵权等报道,400 mg/kg纳米氧化锌降低腹泻率效果最好,较对照组(0 mg/kg)腹泻率降低49.1%,达到极显著性差异(P<0.01),较高锌组(3000 mg/kg ZnO)腹泻率降低21.6%,达到极显著性差异(P<0.01)[13]。纳米氧化锌能降低仔猪腹泻率的机理尚不清楚,可能与其杀菌作用有关。喻兵权等报道,纳米氧化锌对金葡菌、大肠杆菌有抑制作用,当纳米氧化锌和普通氧化锌质量分数均为5%条件下,对大肠杆菌的抑菌率分别达到97.9%和52.9%;对金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到98.8%和68.3%,纳米氧化锌的抑菌性能强于普通氧化锌[14]。纳米氧化锌不仅对细菌有抑制作用,对真菌也有效。何临海等研究表明,50 g/L的纳米氧化锌抑制白念球菌的效果最强,以后随浓度的增加,抑菌效果轻度降低。 2.3 纳米氧化铜对猪免疫功能的影响 方洛云等研究表明,仔猪日粮中添加300 mg/kg纳米氧化锌与100 mg/kg氧化锌相比,纳米氧化锌可使仔猪血清中IgM提高5.67%(P<0.01)[16]。喻兵权等在仔猪日粮中添加200、400、600 mg/kg纳米氧化锌均能提高仔猪血清IgG,且改善了仔猪皮毛光泽,并推断纳米氧化锌抗腹泻和促生长作用与其能提高仔猪IgG水平有关。田丽娜等采用肉鸡作为实验动物,添加40-80 mg/kg的纳米氧化锌,显著提高了肉鸡的免疫能力(P<0.05),提高了外周血T淋巴细胞转化率,也证明了纳米氧化锌具有增强动物免疫功能的作用。 3、总结 纳米氧化锌作为新型的微量元素添加剂,具有传统锌源无法比拟的优越性,但是其成本较高,动物的安全评估不是很全面,因此,寻求更加经济高效的合成方法,完善对动物的安全评估更有利于纳米氧化锌在畜牧生产中的应用。 作者:柳永振,朱凤华,宁雪娇,朱连勤 通讯作者:教授 博士生导师

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