微量矿物质对于乳牛生产性能的影响

作者：美国金宝公司
Michael T.Socha博士,A.Bruce Johnson博士

 
前言：

由于人们想要以平衡饲粮来支持动物更高水准的生产，因此饲料配方就显得益形复杂了。饲粮中一般强调的是蛋白质、碳水化合物和脂肪之平衡。然而却较少注意焦点集中于矿物质的规格，尤其是微量矿物质的部分。微量矿物质在许多酵素系统中都扮演着重要的角色，因此其对于动物的性能表现有重要的影响。
 
本文之目的是要回顾微量矿物质在乳用犊牛、更新母牛和泌乳母牛所扮演的角色。除此之外，所要强调的是不同矿物质来源的差异性以及有机微量矿物质在乳牛生产上所扮演的角色。
 
微量矿物质的功能：
碘：
 
碘是合成甲状腺素所必须的，甲状腺素可调节代谢的速率。在规范ethylenedimine dihydriodide(EDDI)的喂饲量之前，许多生产业者以高于营养需求的含碘复合物来喂饲牛只以防止腐蹄病的发生。
 
种母畜碘缺乏的次临床症状包括发情期受到抑制、繁殖失败、流产、死产、增加胎盘滞留的发生率并延长怀孕的期间。边缘性碘缺乏的母牛会产下衰弱或无毛的犊牛。轻微性碘缺乏的泌乳母牛所生产的牛乳较少且有较差的毛皮，其罹患乳房炎的几率也会增加。此外，次临床性碘缺乏的动物其免疫反应会受到抑制，腐蹄病和呼吸道疾病的发生机率因此也会增加。临床性碘缺乏症的一种显著特征是甲状腺的肿大，通常称为甲状腺肿。
 
泌乳牛的饲粮之中的碘的推荐量为0.6ppm，干乳牛、更新母牛和犊牛饲粮中碘的推荐量为0.25ppm。早先所喂饲的0.11毫克EDDI/每公斤体重/每天能够有效地预防牛只的腐蹄病。然而，EDDI在美国的最高合法限量为10毫克/每头/每天。黄豆、菜籽和canola会增加动物对于碘的需求量，因为其内所含有的“致甲状腺肿之物质”会降低碘元素的生物有效性。饲料中高量的硝酸盐也会抑制动物对于碘元素的摄取。因此生产业者若是采用含有高量硝酸盐的牧草或是饮水，就必须要测定碘的添加量是否足够。
 
铁
血红素和肌红素可运送氧气以供给细胞使用。铁元素是合成血红素和肌红素所需的成分。铁元素在能量代谢上也扮演着某种角色，因为它在ATP形成时会促进其电子转移链之中的电子转移。
 
成牛的铁缺乏症是相当少见的，但是犊牛则常常发生铁的缺乏症，尤其是喂饲未添加铁质的代奶粉或是过期的全脂奶粉则更容易发生铁缺乏症。缺乏铁的症状包括贫血、食欲降低、呼吸困难、不安并会降低对于感染的抵抗力。
 
在反刍动物饲料中一般并不需要补充铁元素，这是因为许多饲料原料中都含有高量的铁，此外乳牛也会采食到多种被土壤所污染的饲料原料。镉、钴、铜、锰、磷和锌会降低牛只对于铁质的吸收利用。过多的铁质会促进细菌的生长而提高感染的危险性。泌乳牛、干乳牛和更新乳牛饲粮中的铁质推荐量为50ppm，至于犊牛代奶粉内的铁质推荐量则是100ppm。
 
硒
1957年之前，硒的营养学重要性是在于其毒性方面。现在硒被认定是保护身体以对抗氧化紧迫的必须物质。含硒的酵素—麸氨基硫过氧化酵素(glutathione peroxidase)可防止会导致细胞受损的自由基之形成。边缘性硒缺乏会导致动物的流产，犊牛变得衰弱而无法站立或是吸奶。牛只胎盘滞留和子宫炎的发生率会增加、受孕力下降、出现微弱发情或是不显形发情。其免疫系统也会减弱而提高乳房炎和肺炎的发生率。严重硒缺乏的动物则会发生白肌病，因为心脏衰竭而突然地死亡。
 
慢性硒中毒的症状包括跛行、脚痛、蹄畸形以及尾部脱毛。中毒会导致怀孕动物的流产、死产并产下衰弱无力的犊牛，因为硒元素会蓄积于胎儿体内而导致牛只的受害。
 
镉、铜、汞、铅、锌和硫会引起硒的缺乏。饲料中钙的含量超过0.8%则会降低硒的吸收。在美国硒的最高添加量为0.3ppm。
 
铬
铬对胰岛素有加乘的作用，可增加体细胞对于葡萄糖和氨基酸的吸收。铬缺乏的症状包括生长率降低、饲料效率变差以及免疫功能的受损。乳牛的铬缺乏症可能会提高酮病的发生率并降低牛乳的产量。目前仍未核准母牛添加铬。
 
锌
锌是多种酵素系统的必须组成成分。这些酵素系统的相关代谢作用包括碳水化合物和能量的代谢、蛋白质的合成、核酸的的代谢、上皮组织的完整性、细胞的修复和分裂以及维生素A的运送利用。此外，锌在免疫系统和某些繁殖内泌素方面也扮演着重要的角色。
 
次临床性锌缺乏的症状包括受孕率、饲料采食量、生长率和免疫反应的降低。边缘性锌缺乏的公牛之精液产量则会降低。边缘性锌缺乏的动物也会有蹄变差的情形，对于趾间皮肤炎和腐蹄病也有较高的感受性。严重缺锌的动物会发生骨骼异常以及皮肤粗厚的角化不全症。铜、镉、钙和铁会降低锌的吸收而干扰其代谢。植酸盐会形成不溶性的锌螯合物而降低锌的有效性。乳牛饲粮中锌的推荐量为40ppm。紧迫、创伤和细菌性疾病会降低肝脏脏血清中的锌含量。因此，许多营养学家和兽医师都建议至少要采用两倍的推荐剂量。
 
铜
铜元素主要的生理角色是在于其作为酵素活化剂以及酵素组成成分的功能上。它是免疫系统的主要成分，在铁的代谢和红血球细胞的成熟上也扮演着基本的角色。
 
边缘性铜缺乏之牛只的生长率降低且饲料效率变差。其受孕力（包括公牛和母牛）会降低，其胎盘滞留的发生率则会提高。中度缺铜的牛只则有贫血、被毛粗糙脱色（红变黄，黑变棕）的情形，眼睛周围并有脱色的斑点出现。中度铜缺乏的牛只也常见蹄裂、腐蹄和蹄底脓肿的情形。严重缺铜的牛只可能会因为心衰竭而突然死亡。
 
乳牛饲粮中铜的推荐量为10ppm。然而，在牛饲粮中添加10ppm以上的铜仍会观察到铜缺乏的情形。硫和钼会显著地降低铜的生物有效性，因为它们会在瘤胃内形成不溶性的复合物，使得铜元素无法被动物所利用。锌和铁也会降低动物对于铜的利用率。生产业者采用副产品时（如玉米筋粉制品等），必须要了解可能有的拮抗作用并且将铜量做适当的调整。
 
锰
锰是维持正常脑部功能所必须的，在酵素系统、胶质形成、骨骼生长、尿素形成、脂肪酸和胆固醇的合成以及蛋白质消化方面也扮演着某种角色。
 
边缘性锰缺乏与不显性发情、受孕力降低、流产以及卵巢囊肿都有相关性。临床性锰缺乏的动物在脚关节处会出现骨骼异常、腿部弯曲和肌腱缩短的情形。
 
锰是毒性最低的矿物质之一。乳牛饲粮中锰的推荐量为40ppm。饲粮中过量的钙和钾会增加锰的粪便排出量而提高其需求量。铁、镁、磷和钴也会降低锰的利用率。
 
钴
钴的主要生理角色是为维生素B12的组成份。饲粮中维生素B12的来源因为被瘤胃微生物不活化而无法被反刍动物有效地利用。倘若在饲粮中喂饲足量的钴元素，那么在瘤胃内就可合成足量的维生素B12。维生素B12是丙酸（一种瘤胃挥发性脂肪酸）代谢所必须的。
 
钴缺乏的典型症状包括贫血、被毛粗糙、食欲被抑制、提高对热紧迫的敏感性并降低受孕率。锰、锌、碘和孟宁素可能会降低钴的利用率。泌乳牛饲粮中钴的推荐量为0.1ppm。现今的完全混合饲粮中系采用多样性的饲料原料，因此人们对于钴元素的兴趣也逐渐地增加了。许多营养学家采用含有1-2ppm钴的饲粮来进行喂饲，以增加纤维素的消化和营养素的利用。
 
评估微量矿物质的状态：
微量矿物质缺乏对于动物之性能表现有戏剧化的影响。为了要更了解微量矿物质的状况，就必须采样身体的组织（如血液、肝脏等）。然而某些组织中微量矿物质的含量可能无法反映出动物体内微量矿物质的状况，因此会导致错误的结论。
 
血液是评估碘、铁和硒元素之状况的适当组织，然而却不是评估铜、锌和钴元素之状况的适当组织。肝脏是锰、铜和硒元素之状况的良好指标，然而却不是钴元素之状况的良好指标。虽然肝脏中的锌含量会受到细菌感染之影响，然而与血清或血浆中的锌浓度相较之下，肝脏中锌的浓度仍是锌元素之状况的较佳指标。
 
乳牛喂饲微量矿物质复合物的效果：
如上所述，反刍动物所喂饲的微量矿物质之生物利用率不仅取决于微量矿物质的来源，也取决于饲粮中其他微量矿物质和巨量矿物质的含量。钙、铁和硫元素等会降低微量矿物质的生物有效性。某些矿物质在瘤胃和肠道中会有吸收上的竞争性或是会形成不溶性的复合物，使得微量矿物质无法被动物所利用。
 
喂饲较高量的无机微量矿物质以提升动物的微量矿物质水平，会造成饲料成本的增加并提高这些微量矿物质在环境中的排出量。此外，动物粪便中的微量矿物质含量已成为关注的焦点，在未来也可能会被列管。人们因此更想要添加微量矿物质复合物以提高微量矿物质水平和动物的性能表现。
 
微量矿物质复合物对于繁殖的效果：
一般而言，许多因素可影响繁殖的表现。对于繁殖有立即而明显之影响的特定因素，包括营养水平、增重速率、紧迫程度和产乳量。改善微量矿物质（如锌、铜、锰和钴）的状况则可促进繁殖的表现，因为这些微量矿物质在繁殖上扮演着主要的角色（表一）。
 
许多动物必须要增进其繁殖的表现。锌、铜、锰和钴的复合物等量取代无机的铜、锰和钴以及复合锌的大多数试验中，并无法显著地降低初次配种所需的日数、空胎日数或是每次受孕所需的配种次数。然而，在（表二）的五个试验摘要中，喂饲微量矿物质复合物可降低每次受孕所需的配种次数达12.5%，将初次配种的天数提前达10.3%。
 
与产犊前未喂饲氨维乐锌的母牛相较之下，产犊前喂饲氨维乐锌的母牛可较早测得发情并可较快配种。母牛在产犊前和产犊后投与氨维乐锌、氨维乐铜和庚糖酸钴，其子宫感染的情形要比喂饲等量无机矿物质的母牛来得低。
 
这两个试验的结果显示提高乳牛的锌添加量或是提高乳牛组合式锌、铜和钴的添加水平，则可能因为子宫健康状况之好转而改善繁殖的表现。
 
在某些特定的情况下额外添加锌、铜、锰和钴的复合物则可促进动物的反应。Campbell和Miller观察发现以锌、铜、锰和钴的复合物（4健素）来喂饲未发生胎盘滞留的母牛，对于其繁殖反应并没有显著的影响。然而，在母牛胎盘滞留的情况下，喂饲组合式微量矿物质复合物的母牛要比未投与组的母牛提早37天开始发情，初次黄体的活动提前11.8天，初次黄体提早5.4天出现。本试验的结果显示，喂饲组合式微量矿物质复合物的母牛对于紧迫状况（如胎盘滞留）有较佳的反映能力，因为其正常的卵巢活动可较快地恢复。
 
Eicker等调查15，320头母牛，结果显示某些因素，如胎盘滞留和子宫炎，对于产乳量、初次发情的天数以及空胎日数都有重大的影响。降低胎盘滞留和相关问题（如子宫炎）的发生率，则可改善繁殖的表现。
 
微量矿物质复合物对于乳房炎的效果：
额外添加锌，如氨维乐锌，以提高泌乳牛的锌水平，则可降低乳体细胞数（SCC）（表五）。提高泌乳牛的锌水平，由于某些可能的作用机转而得以降低乳体细胞数。
 
锌缺乏可降低细胞性和体液性的免疫反应。锌缺乏所导致的免疫功能变差，包括细胞媒介性免疫反应和自然杀手细胞之活性的降低，脾脏和胸腺的萎缩以及T细胞依赖性和非T细胞依赖性之抗体媒介反应的降低。由于锌元素在细胞分裂和蛋白质合成上所扮演的角色，锌元素对于健康状况的维持和上皮组织（如皮肤和乳房组织）的完整性而言也是相当重要的。
 
锌元素降低乳体细胞数的第三个可能性作用机转，则是在角质素（角蛋白）形成方面所扮演的角色。胱氨酸合成角质素时需要锌元素。乳房的角质素内壁可捕捉细菌而防止细菌向上侵入乳腺中。荷兰乳牛乳管内的角质素内壁在挤奶的过程中约有40%会被排出，因此角质素必须要持续不断地再生。Capuco等估计在挤奶的过程中大约需要有1.3毫克角质素的再生。
 
密西西比大学的试验结果使得人们更相信下列理论，亦即提高锌水平之所以能够降低乳体细胞数，其原因是在于角质素形成的提高和免疫功能的改善。研究学者发现，与喂饲等量锌（源自于氧化锌）的母牛相较之下，在喂饲氨维乐锌之母牛的乳管内初期可采集到较多的角质素（表三）。然而，由于角质素需要一段时间才能再生，因此在随后的定时采样中所采集的角质素含量并没有差异存在。
 
以大肠杆菌攻击试验的牛只，结果喂饲氨维乐锌的母牛要比喂饲氧化锌的母牛能够更快地由大肠杆菌性乳房炎的疾病发作中恢复过来，因此喂饲蛋氨酸锌的母牛可有较高的产乳量（表三）。在细菌感染之前，喂饲氨维乐锌的母牛和喂饲氧化锌的母牛有类似的产乳量，但是喂饲氨维乐锌的母牛所生产的牛乳则含有较低的乳体细胞数（表三）。
 
除了喂饲氨维乐锌之外，再另行添加铜、锰和钴的复合物其进一步降低乳体细胞数的效果如何？至今仍没有决定性的研究结果。
 
然而在理论上提高泌乳牛铜和锰的水平应该能够降低乳体细胞数，因为铜和锰在免疫反应方面也扮演着某种角色。铜缺乏可损害小鼠的体液性免疫和细胞媒介性免疫。锰所扮演的重要角色是将过氧化物自由基由体内排除掉。过氧化物自由基会使得细胞膜破裂而造成细胞的损伤。
 
微量矿物质复合物对于牛蹄健康状况的效果：
长久以来，人们认为氨维乐锌与牛蹄完整性的改善有关。一般相信氨维乐锌可提高锌的水平而加速伤口的愈合，提高上皮的修复速率并维持细胞的完整性，此外锌元素也是角质素合成及成熟所必须的，因此锌元素可改善牛蹄的完整性。
 
研究显示提高动物的锌供应量可改善牛蹄的健康。有伊利诺大学所执导长达一年的研究显示，与未喂饲氨维乐锌的母牛相较之下，额外喂饲氨维乐锌的母牛较少发生腐蹄病、蹄裂、趾间皮肤炎和蹄叶炎（表四）。此外溃疡和白线病也有改善的倾向（表四）。
 
提高动物体内铜和钴元素的水平，也能够改善牛蹄的完整性。反刍动物的钴缺乏可导致维生素B12产量的降低，而使得蛋白质和能量的代谢受损。慢性铜缺乏可导致跛行。铜元素是健康牛蹄形成角质素所必须的。铜缺乏会干扰角质素的合成并抑制角质组织的发育。只添加复合铜或是复合钴对于牛蹄健康的相关研究并未被进行过。
 
微量矿物质复合物对于产乳量的效果：
泌乳牛额外喂饲锌（源自氨维乐锌）以提高锌量则可提高产乳量（表五）。由于改善了牛蹄和乳腺的健康状况，而使得产乳量增加。
 
与喂饲等量铜、锰、钴的无机物以及锌复合物或是无机锌（表六）相较之下，喂饲锌、铜、锰和钴的复合物可进一步地提高产乳量。喂饲铜、锰和钴的复合物之所以能够增加产乳量是不易解释的，然而却有数种可能的作用机转。
 
在明尼苏达州大学所执导的离体试验之中，以庚糖酸钴来取代硫酸钴可提高纤维素的消化以及细菌所合成的维生素B12。在一个后续的试验中，添加庚糖酸钴使得钴的浓度由0ppm提高到10ppm，就能够增加纤维素的消化和维生素B12的合成。肉用去势公犊牛喂饲含有庚糖酸钴的肥育期饲料，可改善其平均日增重和饲料效率。改善瘤胃微生物对于钴的利用率，就可提高纤维素的消化率及维生素B12的产生，因此在某些情况下（如降低采食量、喂饲高浓度精料或是喂饲高含量草料的饲料）就可改善动物的性能表现。改善铜和锰的水平之所以能够提高产乳量，其原因可能在于牛蹄和乳腺的健康状况获得改善。与喂饲等量的锌、铜、锰之复合物以及无机锌相较之下，喂饲铜、锰和钴的复合物对于乳体细胞数并没有实质的降低作用。乳牛单独喂饲铜复合物或是锰复合物的相关研究则是付之阙如。
 
 
生长动物喂饲微量矿物质复合物的效果：
有关于更新乳女牛和犊牛喂饲微量矿物质复合物之效果方面并没有实质可用的相关资料。然而在生长肉牛喂饲氨维乐锌以及喂饲铜、锰和钴的复合物之效果方面却有相当多的资料。22个试验的摘要显示，每天额外添加360微毫克的锌元素或是以氨维乐锌来取代360毫克的无机锌，可改善平均饲料效率达4.05%，并可提高平均日增重达3.26%。生长牛，尤其是处于紧迫状况下的牛只，在喂饲锌复合物（氨维乐锌）、铜复合物（氨维乐铜）、锰复合物（氨维乐锰）和钴复合物（庚糖酸钴）之后有较佳的性能表现（表七）。平均日增重可增加达8.73%，且饲料效率可改善达8.88%（表七）。
 
实际之应用：
营养学家在平衡禽畜饲粮内微量矿物质之含量时，所建议采行的步骤如下：
 
确定动物所需的特定性微量矿物质。实际的矿物质需求量取决于生长的阶段、生产率、代谢以及饲粮中矿物质的浓度。
 
测定出每一种微量矿物质的实际需求量，并将饲料中所含有的拮抗剂列入考虑。
 
微量矿物质的生物有效性随着其化学形式和饲料的种类而异。评估可用的研究资料并确定市面上有哪一种最一致且可预期的产品，可符合动物的需求以及生产业者对于性能表现之期望。
 
摘要及结论：
乳牛喂饲锌、铜、锰、钴的复合物以提高其锌、铜、锰、钴的水平，则能够增加产乳量、降低乳体细胞数、提高繁殖表现并可改善饲料效率。要获得均衡的高产乳之乳牛饲粮，我们不仅要平衡饲粮成分以提供足量的氨基酸、能量、碳水化合物和脂肪，同时我们也必须平衡饲粮成分以提供动物适量可兹利用的微量矿物质。
 

锌
降低受孕率
雄性生殖组织和腺体的萎缩
增加胎盘的滞留率
抑制精子的成熟
轻度到严重的蹄部问题
较不适当的骨骼生长和增重
不良的饲料利用率及饲料效率
低品质牛乳及大量的乳体细胞数
缓慢的伤口愈合和粗糙的被毛
 
铜
受孕力被抑制
早期胚胎的死亡
提高胎盘滞留率
次发情
胎盘坏死
子代中枢神经系统的异常
生长受阻
被毛变差或变红
骨骼的变化
贫血
 
锰
发情抑制或是不显性发情
降低受孕力
延迟排卵
增加流产之发生率
延迟产道开口的时间
胎儿异常，出生体重变轻
抑制雄性的性欲并降低精子数
骨骼发育变差
衰弱且状况不良的腿和关节
 
钴
降低生育力
提高犊牛的死亡率
常乳和初乳的产量及品质变差
食欲被抑制
纤维素的消化不良
失重
生长不良
 
硒
胎儿发育受阻，犊牛的早期死亡
胚胎变性，胎儿再吸收
胎盘滞留，子宫复旧的情况变差
降低生精的作用
减少蹄部问题之变化
降低维生素E的代谢以及免疫的状况
受孕力不佳
不良的生长及被毛
 
 表二  组合式微量矿物质复合物对于繁殖特性之作用

 

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