动物营养学报    2016, Vol. 28 Issue (11): 3626-3633    PDF    
引用本文
王彬, 刘路杰, 祝佳, 邹君彪, 冷董碧, 王敏奇. 纳米氧化锌对断奶仔猪生长性能、血清免疫和生化指标的影响[J]. 动物营养学报, 2016, 28(11): 3626-3633.  
WANG Bin, LIU Lujie, ZHU Jia, ZOU Junbiao, LENG Dongbi, WANG Minqi. Effects of Zinc Oxide Nanoparticles on Growth Performance, Serum Immune and Biochemical Indices of Weaned Piglets[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2016, 28(11): 3626-3633.  
纳米氧化锌对断奶仔猪生长性能、血清免疫和生化指标的影响
王彬1, 刘路杰1, 祝佳1, 邹君彪2, 冷董碧2, 王敏奇1     
1. 浙江大学动物科学学院, 杭州 310058;
2. 江西兴鼎科技有限公司, 南昌 330115
收稿日期: 2016-05-26
作者简介: 王彬(1991-), 男, 安徽安庆人, 硕士研究生, 从事纳米微量元素添加剂的研究。E-mail:wangbin0524@foxmail.com
通信作者: 王敏奇, 教授, 博士生导师, E-mail:wangmq@zju.edu.cn
摘要: 本试验旨在研究饲粮添加不同剂量的纳米氧化锌对断奶仔猪生长性能、血清免疫和生化指标的影响。试验选用28日龄体重（9.37±0.48）kg“杜×长×大”三元杂交断奶仔猪150头，随机分为5组，每组3个重复，每个重复10头猪。对照组饲喂基础饲粮；试验1、2、3组在基础饲粮中分别添加150、300和450 mg/kg的纳米氧化锌；高锌组在基础饲粮中添加3 000 mg/kg的普通氧化锌。试验期为21 d。结果表明：1）与对照组相比，饲粮添加纳米氧化锌显著提高了仔猪的平均日采食量和平均日增重（P < 0.05），显著降低了料重比和腹泻率（P < 0.05），其中以300和450 mg/kg剂量组的作用效果较佳，且与普通氧化锌效果相当；2）与对照组相比，饲粮中添加纳米氧化锌和普通氧化锌能显著提高血清中免疫球蛋白A、白细胞介素-6和肿瘤坏死因子α含量（P < 0.05），显著降低血清尿素氮含量（P < 0.05）。由此可见，饲粮中添加300或450 mg/kg的纳米氧化锌能提高断奶仔猪的免疫机能，改善生长性能，降低腹泻率，具有替代普通氧化锌的潜在应用价值。
关键词: 纳米氧化锌     断奶仔猪     生长性能     细胞因子     免疫指标     血清生化指标    
Effects of Zinc Oxide Nanoparticles on Growth Performance, Serum Immune and Biochemical Indices of Weaned Piglets
WANG Bin1, LIU Lujie1, ZHU Jia1, ZOU Junbiao2, LENG Dongbi2, WANG Minqi1     
1. College of Animal Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China;
2. Jiangxi Innovating Science & Technology Co., Ltd., Nanchang 330115, China
Corresponding author: WANG Minqi, professor, E-mail:wangmq@zju.edu.cn
Abstract: This study was conducted to investigate the effects of different doses of dietary zinc oxide nanoparticles on growth performance, serum immune and biochemical indices of weaned piglets. A total of 150 28-day-old weaned piglets (Duroc×Landrace×Yorkshire) with an initial average body weight of (9.37±0.48) kg were randomly assigned into 5 groups with 3 replicates per group and 10 piglets per replicate. The piglets in the control group were fed a basal diet, in high zinc oxide group were fed the basal diet supplemented with 3 000 mg/kg common zinc oxide, and in three trial groups (group 1, 2 and 3) were fed the basal diet supplemented with 150, 300 and 450 mg/kg zinc oxide nanoparticles, respectively. The experiment lasted for 21 days. The results showed as follows:1) compared with the control group, dietary supplementation of zinc oxide nanoparticles significantly increased the average daily feed intake and average daily gain (P < 0.05), significantly decreased the ratio of feed to gain and diarrhea rate (P < 0.05) of pigs, and the optimal supplemental levels of zinc oxide nanoparticles were 300 and 450 mg/kg which had the similar effects with common zinc oxide. 2) Compared with the control group, dietary zinc oxide nanoparticles and common zinc oxide significantly increased the contents of serum immunoglobulin A, interleukin-6 and tumor necrosis factor-α (P < 0.05), and significantly reduced serum urea nitrogen content (P < 0.05). These results suggest that dietary supplementation of 300 or 450 mg/kg zinc oxide nanoparticles has beneficial effects on immunity of weaned piglets, which also can increase their growth performance and decrease diarrhea rate. Accordingly, the new zinc oxide nanoparticles have a potential to substitute common zinc oxide.
Key words: zinc oxide nanoparticles     weaned piglets     growth performance     cytokines     immune indices     serum biochemical indices    

锌是一种动物必需的矿物元素，其在体内的含量较少，但对机体生长发育、免疫功能和肠道健康等方面发挥巨大的调节作用[1-2]。仔猪早期隔离断奶是规模化猪场提高母猪利用率的重要手段之一，但由此产生的仔猪早期断奶应激会导致断奶仔猪采食量下降，生长迟滞，腹泻率上升，生产性能大幅下降[3]。许多研究已证实，饲粮中添加高剂量的氧化锌不仅可以降低断奶仔猪的腹泻率，还可以缓解仔猪早期断奶应激，提高生产性能[4-6]。所以高剂量氧化锌已被广泛应用于治疗和预防断奶仔猪腹泻，但是其较低的吸收效率及粪便中高排出量的问题日益凸现，这不仅会造成严重的资源浪费，还会导致环境污染[7]。因此研究高吸收率的新型锌源逐渐成为当前动物营养界的热点。纳米技术的发展，为寻找新型锌源提供了新思路。纳米氧化锌是目前最为成熟的和商业化应用最早的纳米材料之一。纳米氧化锌作为一种新型锌源，具有粒径小、比表面积大和生物利用率高等优良特性[8-9]。目前，纳米氧化锌的制备方法有多种，主要可分为物理方法和化学方法，具体的方法有固相反应法、气相反应法、直接沉淀法、沉淀转化法、溶胶-凝胶法和微乳液法等。不同方法制备的纳米氧化锌在性能和生产成本上具有一定的差异。本课题组前期以乙酸锌和乙醇为原料，在溶剂热条件下乙酸锌和乙醇发生醇解反应，使氧化锌的生成与乙酸根和乙醇的酯化反应相耦合，制备出了兼备水分散性和油分散性、无团聚的纳米氧化锌颗粒。现本试验通过与普通氧化锌对比，考察纳米氧化锌对断奶仔猪生长性能、血清免疫和生化指标的影响，旨在探究纳米氧化锌替代普通氧化锌的潜在可能性，为其在断奶仔猪上的应用提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

普通氧化锌(市购，饲料级)；纳米氧化锌由江西兴鼎科技有限公司提供，平均粒径为71.61 nm，聚合物分散指数(PDI)为0.097，Zeta电位为+31.1 mV，比表面积为21.041 m2/g。

1.2 试验设计

试验选取150头28日龄平均体重(9.37±0.48) kg“杜×长×大”三元断奶仔猪，随机分为5组，每组3个重复，每个重复10头猪(公母各占1/2)。试验期为21 d。5组试验猪分别饲喂基础饲粮(对照组，含锌100 mg/kg)以及在基础饲粮中分别添加150、300、450 mg/kg纳米氧化锌和3 000 mg/kg普通氧化锌的饲粮。基础饲粮参照NRC (2012)断奶仔猪营养需要配制成粉状全价料，基础饲粮组成及营养水平见表 1。

表 1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis)
1.3 饲养管理

试验仔猪采用分栏群饲，自由采食和饮水，进行常规仔猪免疫程序，饲养管理按常规进行。试验前对猪舍常规进行消毒。预试期7 d，正试期21 d。试验期间每天记录饲料消耗量及腹泻状况。试验结束后，禁饲24 h后称重。计算平均日采食量(ADFI)、平均日增重(ADG)和料重比(F/G)及腹泻率。

腹泻率(%)=100×(腹泻仔猪头数×仔猪腹泻天数)/(试验仔猪头数×正试天数)。

1.4 样品采集与保存

饲养试验结束后，从各组中选取体重接近的试验猪各6头(公母各占1/2)，共30头。试验结束当天08：00，对30头试验猪进行前腔静脉采血，3 000 r/min离心15 min，吸取上层血清到Eppendorf管中，置于-70 ℃保存。采血前1天20：00停喂饲粮，使仔猪空腹12 h。

1.5 指标测定及方法 1.5.1 血清免疫指标

血清中免疫球蛋白G (IgG)、免疫球蛋白M (IgM)、免疫球蛋白A (IgA)、补体3(C3)和补体4(C4)含量的测定采用免疫浊度法，试剂盒购于南京建成生物工程研究所，采用OLYMPUS AU400全自动生化分析仪测定。

1.5.2 血清细胞因子

血清白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量的测定采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定，ELISA试剂盒购于上海研卉生物科技有限公司。

1.5.3 血清生化指标

血清中总蛋白(TP)、葡萄糖(GLU)、尿素氮(UN)、总胆固醇(TCHO)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白(HDL)、钙(Ca)、磷(P)含量及谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)、碱性磷酸酶(AKP)活性采用OLYMPUS AU400全自动生化分析仪测定，试剂盒购于南京建成生物工程研究所。

1.6 数据处理与分析

所有试验数据以平均值±标准差表示，采用SPSS 20.0统计软件对数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，采用Duncan氏多重比较进行组间差异显著性检验，P＜0.05为差异显著，P > 0.05为差异不显著。

2 结果与分析 2.1 生长性能与腹泻率

从表 2可以看出，与对照组相比，饲粮中添加300和450 mg/kg的纳米氧化锌可以显著提高断奶仔猪的ADG和ADFI (P < 0.05)，显著降低F/G (P < 0.05)；150 mg/kg的纳米氧化锌可以显著提高断奶仔猪的ADG和ADFI (P < 0.05)，但对F/G没有显著性影响(P > 0.05)；3 000 mg/kg的普通氧化锌可以显著提高断奶仔猪的ADG和ADFI (P < 0.05)，显著降低F/G (P < 0.05)，与300和450 mg/kg的纳米氧化锌作用效果相当。

表 2 纳米氧化锌对断奶仔猪生长性能和腹泻率的影响 Table 2 Effects of zinc oxide nanoparticles on growth performance and diarrhea rate of weaned piglets

断奶仔猪饲粮中添加不同剂量的纳米氧化锌具有不同程度的抗腹泻效果，其中以300和450 mg/kg剂量较佳。与对照组相比，150、300和450 mg/kg纳米氧化锌组仔猪腹泻率分别下降了28.95%(P > 0.05)、57.24%(P < 0.05)和79.14%(P < 0.05)，3 000 mg/kg普通氧化锌组仔猪腹泻率下降了58.09%(P < 0.05)。

2.2 血清免疫指标

从表 3可以看出，饲粮中添加不同剂量的纳米氧化锌对断奶仔猪免疫性能有不同程度的影响。与对照组相比，150、300和450 mg/kg纳米氧化锌组血清IgA含量分别提高了16.67%(P > 0.05)、28.43%(P < 0.05)和32.35%(P < 0.05)，3 000 mg/kg普通氧化锌组血清IgA含量提高了20.59%(P < 0.05)；饲粮中添加不同剂量的纳米氧化锌和3 000 mg/kg普通氧化锌能显著降低血清IgM含量(P < 0.05)，但对血清中C3、C4和IgG的含量没有显著性影响(P > 0.05)。

表 3 纳米氧化锌对断奶仔猪血清免疫指标的影响 Table 3 Effects of zinc oxide nanoparticles on serum immune indices of weaned piglets
2.3 血清细胞因子含量

从表 4可以看出，饲粮中添加不同剂量的纳米氧化锌对断奶仔猪血清IL-6和TNF-α含量有不同程度的影响。与对照组相比，150、300和450 mg/kg纳米氧化锌组血清IL-6含量分别提高了9.72%(P < 0.05)、11.95%(P < 0.05)和18.27%(P < 0.05)，3 000 mg/kg普通氧化锌组血清IL-6含量提高了22.47%(P < 0.05)；饲粮中添加不同剂量的纳米氧化锌和3 000 mg/kg普通氧化锌可以显著提高血清中TNF-α含量(P < 0.05)，150、300、450 mg/kg纳米氧化锌组和3 000 mg/kg普通氧化锌组血清TNF-α含量分别提高了27.47%、29.41%、32.35%和36.43%。

表 4 纳米氧化锌对断奶仔猪血清细胞因子含量的影响 Table 4 Effects of zinc oxide nanoparticles on serum cytokine contents of weaned piglets
2.4 血清生化指标

从表 5可以看出，与对照组相比，饲粮中添加纳米氧化锌显著提高了血清中AKP活性(P < 0.05)，显著降低了血清中GOT活性和UN含量(P < 0.05)。150、300和450 mg/kg纳米氧化锌组血清GPT活性分别较对照组提高了8.03%(P > 0.05)、15.68%(P > 0.05)和18.34%(P < 0.05)，AKP活性分别较对照组提高了55.29%(P < 0.05)、92.55%(P < 0.05)和80.74%(P < 0.05)。150、300和450 mg/kg纳米氧化锌组血清GOT活性分别较对照组降低了36.87%(P < 0.05)、24.59%(P < 0.05)和14.19%(P < 0.05)，UN含量分别较对照组降低了23.53%(P < 0.05)、39.80%(P < 0.05)和24.31%(P < 0.05)。3 000 mg/kg普通氧化锌组血清GPT和AKP活性分别较对照组提高了31.36%(P < 0.05)和62.30%(P < 0.05)，GOT活性和UN含量分别较对照组降低了13.14%(P > 0.05)和23.92%(P < 0.05)。各组间血清中TP、TCHO、TG、HDL、GLU、Ca和P含量未发现有显著性差异(P > 0.05)。

表 5 纳米氧化锌对断奶仔猪血清生化指标的影响 Table 5 Effects of zinc oxide nanoparticles on serum biochemical indices of weaned piglets
3 讨论 3.1 纳米氧化锌对断奶仔猪生长性能和腹泻率的影响

本试验结果表明，饲粮中添加纳米氧化锌可以提高断奶仔猪的ADG和ADFI，降低F/G，其中以300和450 mg/kg纳米氧化锌组作用效果较显著，与3 000 mg/kg普通氧化锌组作用效果相当，具有替代普通氧化锌的潜力。这与大多数的研究结果一致。胡彩虹等[10]研究发现，断奶仔猪饲粮中添加300 mg/kg纳米氧化锌组ADG比对照组显著提高7.26%，其效果与3 000 mg/kg高锌组相当。方洛云等[11]研究发现，在仔猪饲粮中添加300 mg/kg纳米氧化锌能显著提高仔猪的ADG，显著降低F/G，具有替代高锌饲粮(3 000 mg/kg氧化锌)的潜力。冯占雨等[12]试验表明，添加3 000 mg/kg氧化锌和600 mg/kg纳米氧化锌时，仔猪腹泻率显著低于未添加组，分别为5.4%、2.4%和48.9%。低剂量的纳米氧化锌对断奶仔猪的促生长效果与高剂量的普通氧化锌相当，其原因一方面可能是纳米氧化锌粒径小，能增加微粒与肠壁的接触面积，延长接触时间，大大提高了吸收效率[10]；另一方面可能是因为锌是味觉素的组成成分，而味觉素对口腔中黏膜上皮细胞的结构、功能和代谢有重要作用，进而会影响舌乳头中味蕾小孔的形态和功能，增强味蕾对味觉的敏感性，从而可以通过提高食欲来增加采食量[13]。

本试验结果表明，饲粮中添加300和450 mg/kg纳米氧化锌具有良好的抗腹泻效果，与3 000 mg/kg普通氧化锌相当。其可能原因主要有：1)纳米氧化锌比表面积大，分子间键态失配，对断奶仔猪肠道病原微生物具有较强的抑制能力[14]；2)纳米氧化锌与生物膜的黏着性提高，延长了与肠黏膜的作用时间，可以比普通氧化锌更有效地增强肠上皮细胞间紧密连接蛋白的表达，降低肠道通透性，保护肠屏障；3)纳米氧化锌具有较高的生物活性，可以与许多有机物发生氧化还原反应，从而与饲粮中的抗原物质发生反应，降低断奶仔猪的过敏反应，减少腹泻的发生。

3.2 纳米氧化锌对断奶仔猪血清免疫指标的影响

免疫球蛋白是畜禽体内重要的免疫功能蛋白，主要有IgG、IgA和IgM 3种。在正常状况下，血清中IgG、IgA和IgM的含量与畜禽免疫力是成正相关的。IgG是血液免疫球蛋白中含量最高的一种，约占85%，在抗体介导的体液免疫中占主要地位。IgA可以分为血清型IgA和分泌型IgA，其中血清型IgA占总IgA的85%左右，可调控吞噬作用。IgM是主要的初次免疫抗体，其在动物体内含量次于IgA。补体C3和C4具有协助、补充和加强抗体及吞噬细胞免疫活性的作用，在机体防御体系中起到协同抗感染的作用。本试验发现断奶仔猪饲粮中添加纳米氧化锌能显著提高血清IgA含量，增强机体免疫力，但对IgM具有降低作用，具体原因需进一步研究。方洛云等[15]研究发现，仔猪饲粮中添加300 mg/kg纳米氧化锌和3 000 mg/kg普通氧化锌能够提高血清IgA含量，但对血清IgG和IgM含量没有显著性影响。然而喻兵权等[13]研究发现，断奶仔猪饲粮中添加不同剂量的纳米氧化锌能提高断奶仔猪血清IgG含量，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。试验结果出现这种不一致的主要原因可能是：1)试验动物本身的免疫性能存在差异；2)本课题制备的新型纳米氧化锌与其他试验使用的锌源具有差异性。

3.3 纳米氧化锌对断奶仔猪血清细胞因子含量的影响

细胞因子是由免疫细胞或者某些组织细胞分泌的一类具有免疫调节功能的小分子蛋白，其可以特异性地结合细胞受体，促进免疫细胞的增殖和分化，增强机体的抗感染能力，促进或者抑制其他细胞因子的分泌，进而调控机体的免疫功能。但是，这些细胞因子的过度分泌也会对机体产生负面影响，如降低营养物质的利用效率[16]。所以畜禽体内的血清细胞因子含量在一定程度上反映了机体的免疫机能和健康状况。IL-6是由多种细胞产生的一种多功能细胞因子，其在机体免疫调节、应激反应、造血干细胞分化和防御机制中起关键作用[17]。IL-6能刺激活化淋巴B细胞分泌免疫球蛋白，这不仅可以促进胸腺细胞和淋巴T细胞增殖，还能诱导淋巴T细胞分泌白细胞介素-2(IL-2)[18]。TNF-α是由巨噬细胞产生的一种自分泌型激活因子，不仅能刺激巨噬细胞、内皮细胞和上皮细胞等分泌IL-2、白细胞介素-8(IL-8)和粒细胞巨噬细胞刺激因子(GM-CSF)等细胞因子，还能造成肿瘤细胞凋亡，促进血管生成、伤口愈合等。本试验结果表明，饲粮中添加纳米氧化锌能显著提高断奶仔猪血清IL-6和TNF-α含量，增强机体的免疫性能。荔霞等[19]研究表明，锌能显著提高正常小鼠血清中的TNF-α含量，且呈现剂量依赖关系；但随锌剂量的增加，IL-6的水平受到抑制，这说明适当浓度的锌能促进动物机体的免疫功能，而高剂量则有可能降低其免疫力，导致机体功能紊乱。李方方等[20]研究表明，断奶仔猪饲粮中添加1 800 mg/kg包膜氧化锌能显著提高血清中IL-6的含量，增强机体的免疫力。

3.4 纳米氧化锌对断奶仔猪血清生化指标的影响

血清生化指标的变化在一定程度上反映了机体内组织细胞通透性和新陈代谢的变化。GPT和GOT都是细胞内酶，在正常状况下由于细胞膜的屏障作用不易逸出，因此在血清中的活性较低，但当细胞因各种因素(如急性应激)而受损时，细胞膜的通透性升高使其释放进入血液的速度加快，GPT和GOT的活性升高，表明动物机体健康受损。GPT和GOT的活性还可以一定程度上反映肝功能健康状况，是肝细胞受损状况的重要指标。GPT和GOT在动物氨基酸代谢中也占有重要地位，在正常生理范围内，血液中GPT和GOT的活性与猪的ADG呈现正相关的。从本研究结果中可知，饲粮中添加450 mg/kg纳米氧化锌能够提高血清中GPT的活性，其活性与朱宇旌等[21]研究报道的正常生理范围相近，这说明纳米氧化锌对断奶仔猪的肝功能没有损害作用。AKP主要来自肝脏和骨骼中，它能促进骨骼的钙化，提高Ca、P等的沉积。锌是AKP合成所必需的金属离子，因而其活性易受动物体内锌含量的影响，所以AKP的活性可以反映体内锌的利用状况[22]。血清UN是反映动物体内蛋白质代谢和饲粮氨基酸平衡状况的重要指标。血清UN含量降低表明氮在体内的沉积增加，饲粮中蛋白质的利用率提高；其含量升高表明体内蛋白质分解代谢增加，氮在机体内的沉积减少[22-23]。本研究发现饲粮中添加纳米氧化锌可以显著提高血清中AKP活性，显著降低血清UN含量，但对血清中TP、TCHO、TG、HDL、GLU、Ca和P含量没有显著影响。这说明新型纳米氧化锌能够提高饲粮中蛋白质的利用率，促进骨骼的钙化，进而促进断奶仔猪的生长。

4 结论

① 纳米氧化锌能提高仔猪的生长性能，降低腹泻率，其中以300和450 mg/kg剂量组效果较佳，具体替代普通氧化锌的潜力。

② 纳米氧化锌可以提高血清中IgA、IL-6和TNF-α的含量，降低UN含量，提高饲粮中蛋白质的利用率。

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