矿物质元素，如铜、铁、锰、锌等是动物生长发育过程中必不可少的生命元素，参与机体多项生理生化反应活动^[1]。矿物质元素的添加量根据养殖环境的地域、生产条件、管理、生猪生长阶段以及自身生理状况、季节等多种因素确定^[2-3]。研究发现，饲粮中通过添加高剂量矿物质元素，如铜和锌，可以显著提高猪的平均日增重(ADG)和平均日采食量(ADFI)，降低料重比(F/G)，进而提高猪场经济效益^[4]。然而，猪对铜、锌等重金属元素利用率较低，生长猪饲料中70%~95%的铜元素随粪便排出体外，育肥猪对铜元素的利用率仅为5%~10%, 锌元素为30%~60%，大部分重金属元素随粪便排出，使土壤和水中重金属含量升高，造成严重环境污染^[5-6]。畜禽养殖对环境的污染是制约其发展的重要因素，高效可持续发展的畜牧业须要从养殖生产的源头降低饲粮中矿物质元素的使用量。

应激是畜禽生产过程中常常遇到的、且不可避免的问题，它对畜禽生长性能造成严重的影响。动物自身的遗传因素和外界环境(如温度、噪音、传染病、污染物等)都会引起应激^[7]。生长育肥猪最适生长温度为18~21 ℃，而我国北方地区夏季平均最高气温可达到30 ℃以上，夏季高温会导致畜禽产生热应激，温度过高使动物的生长性能降低、内分泌系统紊乱。尽管有些应激无法避免，但我们可以采取有效措施或采用某些抗应激剂来缓解应激，将危害降到最小。半胱胺(cysteamine，CS)是一类生物活性物质，对维持机体正常的生理活动具有重要的作用^[8-9]。在应激状态下，半胱胺可以整合机体生理状况，通过调节自身内分泌激素的分泌(如糖皮质激素、肾上腺皮质激素等)，平衡机体内分泌水平，消除应激对机体造成的损伤^[10]。半胱胺无种属特异性，使用安全无残留，在畜牧业生产中可以作为一种优良的促生长和抗应激剂，具有较好的发展前景。包膜半胱胺(coated cysteamine，CC)克服了半胱胺易被氧化的缺点，采用微胶囊包衣技术，在实际生产和应用中更易保存。在吸收中过胃肠溶，具有高生物学利用率。

本试验旨在我国北方夏季高温条件下，在饲粮中减少20%铜、铁、锰、锌4种矿物质元素并补充适量CC，探究其对育肥猪生长性能、胴体品质、组织矿物质元素沉积和粪便矿物质元素排放的影响。

1 材料与方法 1.1 试验饲粮和试验设计

基础饲粮配制参照NRC(2012)推荐的80~120 kg育肥猪营养需要。本试验以玉米-豆粕为基础，结合猪场实际和试验需求设计配方并配制基础饲粮。

选取360头平均体重[(103.9±0.7)kg]相近的三元(杜×长×大)杂交健康育肥猪，公母各占1/2，采用2×2双因素试验设计，随机分为4组，每组6个重复，每个重复15头猪。因素1为饲粮矿物质元素的含量，设计为基础饲粮铜、铁、锌、锰元素含量的100%和80% 2个水平；因素2为饲粮CC(半胱胺含量27%，由杭州康德权饲料有限公司提供)含量，设计为0、1 600 mg/kg(半胱胺含量300 mg/kg)2个水平。试验饲粮组成及营养水平见表 1。预试期3 d，正试期30 d。

1.2 饲养管理

试验于山东某育肥猪场开展，采用圈养式。每天清洗代谢笼及地面，猪舍每周喷雾消毒1次。每天观察猪的健康状况并记录。试验全程采用颗粒料饲喂，自由采食和饮水。为贴近实际养殖环境，畜舍温度无人为控制，试验期具体温湿度见图 1。

1.3 样品的采集与处理

试验期第30天18:00断料，于次日08:00从每组中随机选取6头进行前腔静脉采血并分离血清，将育肥猪运送至当地屠宰场进行屠宰和组织样品采集用于后续分析。胴体性状用左半个胴体来分割和检测。

1.4 指标测定及其方法 1.4.1 生长性能

试验猪分别于正试期开始、结束当天08:00空腹称重。每次投料前先称料重，每隔7 d对剩料进行收集并称重，统计各组猪的采食量。饲养试验结束后，计算各组ADG、ADFI和F/G。

1.4.2 胴体品质

饲养试验结束后，分别从每组中挑选6头体重相近的试验猪，准确记录其宰前活重(空腹12 h后重)，进行屠宰。育肥猪屠宰后打开腹腔，分离肝脏和肾脏，称重并记录数据。

脏器指数(g/kg)=脏器绝对重量/体重。

根据我国《瘦肉型种猪性能测定技术规程》(GB 8467—1987)分别测定猪胴体重(屠宰放血后，剥去毛皮、头、内脏及前肢膝关节和后肢趾关节以下部分)、眼肌面积(倒数第3~4肋骨间背最长肌横截面长×宽×0.7)、背膘厚(肩部最厚处、胸腰椎结合处和腰荐椎结合处3点的背膘厚平均值)，并对左半胴体进行骨肉和皮脂剥离，测定瘦肉率等性状。

屠宰率(%)=(胴体重/宰前活重)×100。

1.4.3 组织矿物质元素含量

取肝脏、肾脏及骨各20 g鲜样，经20 h冷冻干燥、粉碎处理后，105 ℃烘干6 h，待用。

按GB/T 13885—2003方法，取样品(分别准确称取0.5 g肝脏、肾脏及猪骨的烘干样品于锥形瓶中，量取0.5 mL血清样品于锥形瓶中)加入10 mL浓硝酸-高氯酸(体积比为4:1)混合液，盖上玻璃漏斗回流，室温消化过夜，再在电热板上进行热消化处理：80 ℃ 0.5 h；120 ℃ 0.5 h；220 ℃至有白烟产生，温度升高至260 ℃直至蒸干无液滴流动，用1%硝酸溶液溶解沉淀，加热至澄清，并用1%硝酸定容至100 mL，混合均匀，过滤后溶液用安捷伦电感耦合等离子体质谱仪(ICP-OES)上机测定铜、铁、锰、锌、镁、钾等元素含量。

1.4.4 粪中矿物质元素含量

正试期开始后每周(第7天、第14天、第21天和第28天)固定时间(10：00)对各组进行粪便采集，每个重复收集2~3头猪排泄的新鲜粪便进行混合并称重，105 ℃烘干6 h，粉碎后进行矿物质元素含量测定，方法同1.4.3。

1.5 数据统计与分析

试验数据通过Excel 2016软件进行初步处理，再采用SPSS 23.0统计软件进行双因素方差分析(two-way ANOVA)，以P < 0.05为差异显著，P < 0.01为差异极显著，0.05≤P < 0.10表示有显著性趋势。

2 结果 2.1 CC在饲粮减少矿物质元素条件下对育肥猪生长性能和胴体品质的影响

由表 2、表 3可知，饲粮减少矿物质元素或补充CC对育肥猪的生长性能和胴体品质均无显著影响(P>0.05)。饲粮减少矿物质元素与补充CC对育肥猪的肝脏指数有显著的互作效应(P < 0.05)。

2.2 CC在饲粮减少矿物质元素条件下对育肥猪组织矿物质元素沉积的影响

由表 4可知，饲粮减少矿物质元素显著升高血清中钠元素的含量(P < 0.05)。减少矿物质元素的饲粮中补充CC有降低血清中镁、铬元素含量的趋势(0.05≤P < 0.10)。饲粮减少矿物质元素或补充CC对血清中其他元素的含量均无显著影响(P>0.05)。

由表 5可知，饲粮减少矿物质元素显著降低肝脏中铬元素的含量(P < 0.05)，钙、钠、磷元素含量有降低趋势(0.05≤P < 0.10)。在减少矿物质元素的饲粮中补充CC显著降低肝脏中钾元素含量(P < 0.05)，显著提高了肝脏中镉元素含量(P < 0.05)，铬、锰、锌元素有降低的趋势(0.05≤P < 0.10)。

由表 6可知，饲粮减少矿物质元素显著降低肾脏中钠、钙元素的含量(P < 0.05)。减少矿物质元素的饲粮中补充CC极显著降低了肝脏中钠、钙元素含量(P < 0.01)。饲粮减少矿物质元素或补充CC对肝脏中铅和铜元素的含量有显著或极显著的交互作用(P < 0.05或P < 0.01)，饲粮减少矿物质元素显著降低肾脏中铅元素的含量(P < 0.05)，对铜元素含量无显著影响(P>0.05)；减少矿物质元素的饲粮中补充CC极显著降低肾脏中铅元素的含量(P < 0.01)，显著降低铜元素的含量(P < 0.05)。

由表 7可知，饲粮减少矿物质元素对猪骨骼中镉元素的含量有降低趋势(0.05≤P < 0.10)。减少矿物质元素的饲粮中补充CC对猪骨骼中钠元素含量有降低趋势(0.05≤P < 0.10)。饲粮减少矿物质元素与补充CC对骨骼中钾元素的含量具有显著的交互作用(P < 0.05)。

2.3 CC在饲粮减少矿物质元素条件下对育肥猪粪便矿质元素排放量的影响

由表 8可知，饲粮减少矿物质元素使粪便中铜元素的排放量极显著降低(P < 0.01)，锌元素排放量显著降低(P < 0.05)。减少矿物质元素的饲粮中补充CC使粪便中铜元素的排放量极显著降低(P < 0.01)。饲粮减少矿物质元素与补充CC对粪便中镁、铬、铅元素的排放量有显著或极显著的互作效应(P < 0.05或P < 0.01)。

3 讨论

因品种、体重、生长阶段和饲养环境等的差异，猪生长发育所需的矿物质元素的添加量也不同。调查表明，饲料中95%以上的铜、锌元素不能被畜禽消化吸收，随粪便排出体外，直接给生态环境造成严重污染。此外，随着饲料中铜、锌元素添加量的升高，粪便中铜、锌元素的排放量也呈递增趋势^[11]。结合目前国内养猪现状，猪粪中铜元素的平均含量高达830 mg/kg，锌元素的平均含量为1 064 mg/kg^[12]。不同地区均存在粪便重金属超标问题，表明在实际生产过程中饲粮中矿物质元素过量添加。研究发现，在NRC(2012)对矿物质元素需要量标准的基础上降低50%对猪的生长性能没有影响^[13]。为促进我国规模化养殖业的可持续发展，本试验旨在研究夏季高温条件下，在降低20%矿物质元素含量的饲粮中补充功能性饲料添加剂CC，探究其对育肥猪生长性能、机体各组织矿物质元素沉积和粪便矿物质元素排放的影响，为畜禽废弃物污染治理和肉食品安全生产提供理论参考依据。

3.1 CC在饲粮减少矿物质元素条件下对育肥猪生长性能和胴体品质的影响

饲料成本占整个生猪产业成本的65%，在维持畜禽正常生长发育的同时，降低饲料成本将大大提高生猪养殖效益。在育肥后期，猪的采食量最高，F/G相对较高。研究发现，屠宰前40 d不饲喂矿物质元素，对育肥猪的生长性能和胴体品质均无影响^[14]。饲粮中减少或者停止饲喂微量矿物质元素对育肥猪的眼肌面积和背膘厚无显著影响^[15]。这与本试验结果相符，饲粮中减少20%铜、铁、锰、锌4种矿物质元素的含量对育肥后期猪的生长性能和胴体品质无显著影响。有研究发现，猪长期饲喂无微量矿物质元素饲粮显著提高了ADFI和背膘厚^[16]，有降低ADG的趋势^[17]。在应激状态下，减少或者出栏前4周停止添加育肥猪饲粮中微量矿物质元素的，显著降低了ADG，提高了F/G^[18]。本试验发现，在夏季高温期，减少20%铜、铁、锰、锌4种矿物质元素对ADG和F/G并未造成显著影响，可能与实际猪场的管理条件有关。

半胱胺能有效降低体内生长抑素(somatostatin，SS)免疫活性，进而促进生长激素等多种促生长类激素的分泌，改善营养物质消化和吸收，促进畜禽生长^[19]。McLeod等^[20]研究发现SS被抑制的强弱由半胱胺添加剂量和时间决定，若连续添加大剂量半胱胺会诱发胃肠溃疡。饲粮中添加高剂量的半胱胺对育肥猪生长性能无影响^[21]。本试验结果表明饲粮补充CC对育肥猪的生长性能无影响。除此之外，饲喂半胱胺对脏器发育无显著影响。有研究发现，饲粮中减少矿物质元素的添加量还可以显著提高育肥猪肝脏和肾脏重量^[22]。本试验结果表明，饲粮减少矿物质元素与补充CC对肝脏指数存在显著的互作效应，这与文献报道的结果并不一致，推测与不同品种猪脏器的差异有关。

3.2 CC在饲粮减少矿物质元素条件下对育肥猪组织矿物质元素沉积的影响

矿物质元素是维持畜禽正常生长发育和新陈代谢必不可少的营养物质。不同组织因其功能不同而其元素含量也各不相同，肝脏是主要的矿物质元素沉积器官，钠、钾元素主要存在于体液和软组织中^[23]。食物和肠道中矿物质元素比例关系的变化影响体内矿物质元素的稳定^[24]。长期超剂量或低剂量饲喂铜、铁、锰、锌等矿物质元素，势必会影响畜禽正常生理机能及改变畜禽肉产品的残留^{[16, 25-26]}。饲粮中不添加矿物质元素对生长肥育猪肝脏中铜元素的沉积无显著影响，骨中铜元素的含量升高^[22]。本试验中减少饲粮矿物质元素含量并未发现育肥猪骨中铜元素含量降低。机体内具有复杂的转运和调节系统来维持内环境各金属元素的稳定^[27]。铜元素在肝脏中的沉积量随饲料添加量的升高呈线性上升^[28]。饲粮中减少20%铜、铁、锰、锌元素含量，造成肝脏中钠、钙、磷元素的含量都有降低趋势，铬元素的含量显著降低，然而通过补充CC对肝脏钾、锰和锌元素的沉积都有降低效果，但造成镉残留升高。

矿物质元素在机体组织内保持动态平衡，1种元素含量的改变就会引起其他元素含量的改变。矿物质元素在不同组织器官中周转代谢速度也不相同。在代谢过程中，矿物质元素之间存在复杂的拮抗关系。本试验结果表明，饲粮减少20%铜、铁、锰、锌元素含量或补充CC显著或极显著降低育肥猪肾脏中钠、钙和铅元素的沉积；减少矿物质元素饲粮显著提高血清中钾离子含量，对其他元素的含量均无显著影响。有研究发现，热应激状态下减少饲粮中矿物质元素的含量，生长猪血清中锌元素的含量降低，铜元素含量无显著变化^[29]。

半胱胺作为一种生理活性物质，具有重要的内分泌调节功能^[30]。本试验结果显示，减少矿物质元素的饲粮中补充CC显著降低肾脏中铜元素的沉积，推测半胱胺可以增加铜元素在转运吸收过程中所需的含硫氨基酸含量，促进细胞对铜元素的摄取^[24]。热应激状态下，血液中钠与钾元素比例失衡，酸碱平衡发生紊乱，机体组织的抗氧化能力降低，导致细胞膜受损。半胱胺的强还原性使机体总抗氧化能力提高，保护细胞膜的完整性^[10]。研究发现，半胱胺能够调节机体内肾上腺皮质激素和盐皮质激素分泌，盐皮质激素可以促进肾小管和集合管对钠离子的重吸收，排出钾离子和氢离子。本研究证明，减少矿物质元素的饲粮中补充CC可以弥补由于减少矿物质元素导致的各组织内钠和钾元素含量降低的部分，维持血液内电解质的平衡。

矿物质元素及其配体在机体的抗氧化系统和免疫机制调解过程中具有重要的作用。本试验发现，减少矿物质元素的饲粮中补充CC促进育肥猪肝脏、肾脏中铁元素的沉积。铁元素是构成机体血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素及多种抗氧化酶的重要组成成分^[31]。半胱胺可以显著提高血浆血红蛋白含量^[32]。因此，在育肥猪饲粮中减少20%矿物质元素含量或补充CC对降低组织矿物质元素沉积和维持机体在高温环境下的水盐代谢平衡有改善作用，具体效果需根据不同饲养条件有待进一步探究。

3.3 CC在饲粮减少矿物质元素条件下对育肥猪粪便矿物质元素排放的影响

解决集约化养猪的畜禽排泄物污染问题已迫在眉睫。排泄物中由于铜、锌等重金属元素在体内利用率极低，造成排泄物中重金属元素超标，污染环境。为减少猪场排泄物对环境的污染，必须从源头上降低重金属排放。动物从饲粮中摄入矿物质元素量的高低直接影响粪便中金属元素的含量^[33]。研究发现，从仔猪断奶到出栏阶段，长期饲喂减少矿物质元素的饲粮，粪便中铜、锌、锰元素的含量显著降低^[29]。这与本试验结果一致，饲粮减少20%铜、铁、锰、锌4种矿物质元素含量显著或极显著降低粪便中铜、锌、铅元素的含量，锰元素的含量有降低趋势。因此，通过减少饲粮中矿物质元素的添加量实现减少粪便中矿物质元素的排放量是可行的。

半胱胺作为一种生长促进剂，调节机体内甲状腺素、肾上腺素等调节物质代谢的激素，改善夏季高温条件下营养物质代谢，实现体内营养物质的重新分配，加强物质代谢^[34]。半胱胺还可以提高消化酶的活性，提高物质的消化利用率。本研究发现，饲粮补充CC显著降低粪便中铅和铜元素的排放量，间接反映了机体对该物质利用率的提高。

4 结论

① 在夏季高温条件下，在饲粮的铜、铁、锰、锌4种矿物质元素含量减少20%条件下补充包膜半胱胺，能在不影响育肥猪后期生长性能和胴体品质的同时，降低肝脏中钾元素含量、肾脏中钠、钙、铅、铜元素含量，并有降低肝脏中锰、锌、铬、钙元素和血清中铬、镁元素含量沉积的趋势。

② 在夏季高温条件下，在饲粮的铜、铁、锰、锌4种矿物质元素含量减少20%条件下补充包膜半胱胺，可以维持机体各组织中钠元素的代谢平衡，维持机体电解质平衡。

③ 在夏季高温条件下，在饲粮的铜、铁、锰、锌4种矿物质元素含量减少20%条件下补充包膜半胱胺，可以减少育肥猪粪便中铅、铜和铬元素的排放量，控制畜禽养殖重金属的污染。