2. 西南民大学生命科学与技术学院, 成都 610041;
3. 北京元创智汇生物技术有限公司, 北京 100020
2. Southwest Minzu University, College of Life Science and Technology, Chengdu 610041, China;
3. Beijing Yuanchuang Zhihui Biotechnology Co., Ltd., Beijing 100020, China
铁是动物必需的微量元素之一,它可参与血红蛋白、肌红蛋白的合成,保证氧气的正常运输,同时作为体内多种酶的组成成分或辅助因子而参与能量和蛋白质代谢、电子传递以及DNA、神经递质等物质的合成[1]。动物缺铁或铁利用不良时,会造成机体生理功能紊乱,甚至会导致缺铁性贫血,严重影响动物的健康及生产性能。因此,基础饲粮中通常需要添加外源铁(硫酸亚铁、氧化亚铁等)来满足动物对铁的营养需要[2-3]。然而,现代畜牧生产中由于添加微量元素铁的成本相对较低,且缺乏饲料原料中的铁含量数据,往往忽略其精准添加,即生产实践中通常不考虑基础饲粮中的铁含量,而按饲养标准中的铁需要量全额甚至超额添加,造成了畜禽铁超量供应和过度排放[4-7]。因此,加强我国不同地区间各种饲料原料中铁含量分布情况的调查研究,可为饲粮中合理添补铁提供依据,对减少铁的添加量及其排放对环境的污染具有重要意义。但是,我国一直未对畜禽饲料资源中微量元素铁含量分布进行系统、专门的调研,这在很大程度上限制了畜禽饲料资源中铁的有效利用[8]。目前,我国畜禽饲料原料中铁含量分布情况尚不清楚,饲粮中铁的添加量缺乏科学依据,有待开展相关的调查研究。因此,本研究对全国各地区主要畜禽饲料原料中铁含量进行了测定,研究不同地区各种饲料原料的铁含量分布情况,以及全国各地猪、鸡常用的基础饲粮中铁含量,从而为畜禽生产中合理添补铁提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 样品采集 1.1.1 采样根据我国不同区域主要畜禽饲料资源的分布情况,结合各省、直辖市和自治区的2013年各原料总产量及其在各县(市)或企业总产量占全省合计总产量的比例,以确定各省、直辖市和自治区及其各县(市)或代表性企业的样品数;同时还根据谷物籽实、牧草或秸秆饲料在各县(市)的镇(乡)分布情况,确定各县(市)的代表性镇(乡)及其样品数。采样时应用GPS定位并拍照,并进行编码和标示条形码后,带回实验室以备分析。
1.1.2 样品种类调查我国不同区域主要畜禽饲料资源,包括谷物籽实饲料(玉米、小麦、谷物、大麦)、谷物籽实加工副产品[玉米蛋白粉、玉米干酒糟及其可溶物(DDGS)、玉米胚芽粕、次粉、小麦麸、小麦DDGS、碎米、米糠]、植物性蛋白质饲料(膨化大豆、豆粕、菜籽粕、棉籽粕、花生粕、亚麻粕、葵花粕)、动物性蛋白质饲料(鱼粉、肉粉、水解羽毛粉、肠膜蛋白粉、血浆蛋白粉、血球蛋白粉)、牧草饲料(羊草、黑麦草、苜蓿、青贮玉米)、秸秆饲料(玉米秸、小麦秸、稻秸、甘薯藤)、矿物质饲料(石粉、磷酸氢钙、骨粉、贝壳粉),共7类饲料原料。
1.2 样品处理及分析方法 1.2.1 样品处理为保证分析结果的可靠性,所采样品均集中于中国农业科学院北京畜牧兽医研究所统一处理,样品经过挑选、清洁、风干、混合均匀后,用四分法取样并使用不锈钢小型高速粉碎机(IL-04BL)粉碎后,分装自封袋,注明样品名称、编号、条形码等后于冷库保存。
1.2.2 分析方法参照本实验室张伶燕[9]测定微量元素铁的方法测定饲料原料中的铁含量。其步骤是:准确称取0.500 0 g(精确到0.000 1 g)的饲料样品于消化管中,加入5 mL硝酸和2 mL双氧水浸泡2 h后,用MARS6高通量密闭微波消解仪(CME,美国)消化,使用IRIS Intrepid Ⅱ等离子体发射光谱仪(TE,美国)测定饲料原料中铁含量,并采用国家标准物质猪肝粉(GBW10051)作为实验室质量控制物质,检查分析的可靠性。本研究中猪肝粉的平均铁含量实测值均在标准值(519±34) mg/kg内,回收率约为99%,变异系数为2.93%。
1.3 数据处理用SAS 9.4中的一般线性模型(GLM)对各类饲料原料铁含量进行单因素方差分析,方差分析显著者,使用最小显著差异(LSD)法检验各组间的差异,以P < 0.05作为各项数据差异显著性水平。结果采用平均值±标准差表示。
2 结果 2.1 各种饲料原料中铁含量分布由表 1~表 6可知,这37种饲料原料的平均铁含量为21.3~2 472 mg/kg,而各类饲料原料铁含量平均值分布规律为:矿物质饲料(1 178 mg/kg)>动物性蛋白质饲料(1 030 mg/kg)>牧草饲料(433 mg/kg)>秸秆饲料(404 mg/kg)>谷物籽实加工副产品(260 mg/kg)>植物性蛋白质饲料(181 mg/kg)>谷物籽实饲料(71.2 mg/kg)。
同一类饲料原料中,除了牧草和矿物质饲料原料的铁含量差异不显著(P>0.05)外,其余4类饲料原料铁含量均差异显著(P < 0.05),说明各种饲料原料对铁的储存和利用均有各自特性。此外,还可以看出谷物籽实饲料和谷物籽实加工副产品的铁含量差异较大,且谷物籽实加工副产品的铁含量平均值明显高于谷物籽实饲料的铁含量平均值,其中小麦麸的铁含量是小麦铁含量的3.0倍,米糠的铁含量是稻谷铁含量的2.5倍。
2.2 不同地区饲料原料中铁含量分布我国幅员辽阔,地质地貌多变,土壤中矿物元素含量差异很大,为了明确不同地区自然条件下对饲料原料中铁含量的影响程度,根据玉米、小麦和豆粕的主产地及主要畜禽养殖区域分布情况,玉米设立了18个重点调查区域,小麦设立了11个重点调查区域,豆粕设立了12个重点调查区域,以比较不同省(自治区)的平均铁含量。
由表 7可知,不同省(自治区)的玉米、小麦、豆粕中铁含量具有显著差异(P < 0.05)。以省(自治区)为单位的玉米铁含量最高为27.4 mg/kg,最低为17.9 mg/kg,相差9.5 mg/kg;小麦铁含量最高为64.4 mg/kg,最低为39.1 mg/kg,相差25.3 mg/kg;豆粕铁含量最高为164 mg/kg,最低为114 mg/kg,相差50 mg/kg。3种饲料原料铁含量在不同省(自治区)波动较大。
根据《动物饲料配方设计》[10]中的饲料配方,并参考各地现行的饲料配方,初步归结4种饲料配方类型,即以玉米和豆粕为主的玉米-豆粕型配方,以玉米和油籽粕为主的玉米-油籽粕型配方,以谷物和豆粕为主的谷物-豆粕型配方,以及以谷物和油籽粕为主的谷物-油籽粕型配方。按照各类饲料原料中铁含量的实测值进行基础饲粮中铁含量的计算,结果列于表 8。由表可见,各种饲料配方类型的饲粮中含铁量都很接近,根据我国猪、鸡饲养标准(2004)或NRC(1994)畜禽铁营养需要量[11-15],猪和鸡生长前期铁的营养需要量为100 mg/kg,生长后期铁的营养需要量为40~80 mg/kg,则4种饲料配方类型的基础饲粮中铁含量可提供猪、鸡生长前期约4/5的铁营养需要量,可提供猪、鸡生长后期的铁营养需要量。
本调查研究所采饲料原料种类多,覆盖了全国31个省、直辖市和自治区主要畜禽的37种共3 719个饲料原料,发现这些饲料原料的铁含量范围变化较大。将37种饲料原料按照其来源及营养成分分为7种饲料原料类型,统计分析其铁含量,发现这7种类型的饲料原料铁含量从高到低依次是:矿物质饲料、动物性蛋白质饲料、牧草饲料、秸秆饲料、谷物籽实加工副产品、植物性蛋白质饲料和谷物籽实饲料。其中牧草饲料与秸秆饲料铁含量相差不大,造成这一结果的原因可能与不同类型饲料原料的来源和营养成分有关。同一类别饲料原料中,除了牧草饲料和矿物质饲料原料的铁含量差异不显著外,其余4类饲料原料铁含量均有显著差异,导致这一结果的原因可能是各种饲料原料对铁的储存和利用均有各自特性。
谷物籽实饲料与谷物籽实加工副产品的铁含量差异较大,且谷物籽实加工副产品的铁含量明显高于谷物籽实饲料,谷物籽实加工副产品的铁含量相比谷物籽实饲料成倍增加。该调查结果与我们实验室前期微量元素锌的调查结果[16]类似。这可能是由于微量元素多富集在谷物籽实的表皮层或其加工过程中铁的污染造成的。
为了调查不同地区饲料原料铁含量的差异情况,玉米设立了18个重点调查区域,小麦设立了11个重点调查区域,豆粕设立了12个重点调查区域。以省(自治区)为单位的平均铁含量的比较发现,同一种原料在不同省(自治区)铁含量差异显著,且玉米铁含量以山东省最高,广西壮族自治区最低;小麦铁含量以四川省最高,河北和河南省最低;豆粕铁含量以湖北省最高,河北省最低。这些差异可能与种植地区土壤类型、气候条件、原料品种或施肥情况等有关[17-21]。
根据《动物饲料配方设计》[10]中的饲料配方,并结合全国各地猪、鸡常用的142个饲料配方计算出猪、鸡基础饲粮中的铁含量为70.6~86.1 mg/kg。该书中的猪、鸡配方是参考全国各地典型的实用配方来设计的,与我国猪、鸡的实际生产很接近,具有很好的代表性。根据饲料配方计算出猪、鸡基础饲粮中的铁含量,如按我国猪、鸡饲养标准(2004)或NRC(1994)猪、鸡铁营养需要量,猪和鸡生长前期铁的营养需要量为100 mg/kg,生长后期铁的营养需要量为40~80 mg/kg,则4种类型的基础饲粮中铁含量可提供猪、鸡生长前期约4/5的铁营养需要量,可提供猪、鸡生长后期的铁营养需要量。猪、鸡生长前期对铁的营养需要量相对较大,而饲粮中的总铁含量不能满足其生长需求,因此,需要额外添加铁来满足其生长需求;在猪、鸡生长后期对铁的需要量较少,基础饲粮中总铁含量超过了我国猪、鸡饲养标准(2004)和NRC(1994)中铁的推荐需要量,但是,考虑到不同饲料原料中铁的利用率问题[6],在实际生产中仍需添加部分铁来满足动物生长需要。此外,铁的需要量还与猪、鸡的品种及评价指标相关,不同品种或评价指标得出的猪、鸡铁需要量也不同,如本实验室最近的研究表明,以含铁酶的活力或其基因表达为评价指标,获得爱拔益加(AA)肉仔鸡前期和后期铁的需要量分别为136和110 mg/kg[22-23]。目前,我国实际生产中,一般都不考虑基础饲粮中的铁含量,而参照我国猪、鸡饲养标准或(2004)NRC(1994)畜禽铁的推荐需要量作为饲粮铁的添加量,结果导致饲粮的铁含量常常在200 mg/kg以上[3],而饲粮铁过量不仅影响动物健康,还造成资源的浪费、增加环境压力,甚至危害畜禽和人类健康。随着养殖业的快速发展,元素污染问题日趋严重,如何在保证畜禽健康和生产性能的前提下,降低畜禽微量元素排泄量是微量元素营养研究需要关注的重要问题。因此,在实际生产中,应充分考虑不同地区基础饲粮中的总铁含量及其利用率,精准配制饲粮,以满足畜禽高效生产的需要,同时减少铁的添加及其排放对环境的污染。
4 结论① 对采自全国31个省、直辖市和自治区的37种共3 719个主要畜禽饲料原料中铁含量分布的调查研究发现,不同种类和不同地区饲料原料中铁含量差异较大。
② 全国各地猪、鸡常用的基础饲料配方中铁含量可提供猪、鸡整个生长期大部分的铁营养需要量。因此,在实际生产中,应充分考虑不同地区基础饲粮中的总铁含量及其利用率,精准配制饲粮,以满足畜禽高效生产的需要,同时减少铁的添加和排放对环境的污染。
[1] |
张伶燕.有机铁源的化学特性、对肉仔鸡的相对生物学利用率及其小肠铁吸收研究[D].博士学位论文.北京: 中国农业科学院, 2016.
|
[2] |
SUN J, LIU D S, SHI R B. Supplemental dietary iron glycine modifies growth, immune function, and antioxidant enzyme activities in broiler chickens[J]. Livestock Science, 2015, 176: 129-134. DOI:10.1016/j.livsci.2015.03.004 |
[3] |
马新燕.肉仔鸡对有机蛋白铁相对生物学利用率及其饲粮铁适宜水平的研究[D].硕士学位论文.北京: 中国农业科学院, 2012.
|
[4] |
BAO Y M, CHOCT M. Trace mineral nutrition for broiler chickens and prospects of application of organically complexed trace minerals:a review[J]. Animal Production Science, 2009, 49(4): 269-282. DOI:10.1071/EA08204 |
[5] |
FERKET P R, VAN HEUGTEN E, VAN KEMPEN T A T G, et al. Nutritional strategies to reduce environmental emissions from nonruminants[J]. Journal of Animal Science, 2002, 80(Suppl.2): E168-E182. |
[6] |
LIU G Q, LI S F, SU X, et al. Estimation of standardized mineral availabilities in feedstuffs for broilers[J]. Journal of Animal Science, 2019, 97(2): 794-802. DOI:10.1093/jas/sky434 |
[7] |
LU L, LIAO X D, LUO X G. Nutritional strategies for reducing nitrogen, phosphorus and trace mineral excretions of livestock and poultry[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2017, 16(12): 2815-2833. DOI:10.1016/S2095-3119(17)61701-5 |
[8] |
杨淑芬, 方热军. 湖南省主要饲料资源利用现状及发展对策研究[J]. 湖南饲料, 2017(2): 23-27. DOI:10.3969/j.issn.1673-7539.2017.02.011 |
[9] |
ZHANG L Y, LI X F, LIAO X D, et al. Effect of iron source on iron absorption and gene expression of iron transporters in the ligated duodenal loops of broilers[J]. Journal of Animal Science, 2017, 95(4): 1587-1597. |
[10] |
章世元. 动物饲料配方设计[M]. 南京: 江苏科学技术出版社, 2008.
|
[11] |
NRC.Nutrient requirements of swine[S].11th ed.Washington, D.C.: National Academy Press, 2012.
|
[12] |
NRC.Nutrient requirements of poultry[S].9th ed.Washington, D.C.: National Academy Press, 1994.
|
[13] |
中华人民共和国农业部.NY/T 33-2004鸡饲养标准[S].北京: 中国农业出版社, 2004.
|
[14] |
中华人民共和国农业部.NY/T 65-2004猪饲养标准[S].北京: 中国农业出版社, 2004.
|
[15] |
马玉杰, 黄大鹏, 姚美玲, 等. 黑龙江省猪常用饲料原料营养成分差异分析[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2016(22): 193-195. |
[16] |
苏琪, 段玉琴, 刘金旭, 等. 我国畜禽饲料中微量元素锌含量的调查研究[J]. 中国农业科学, 1994, 27(2): 83-88. |
[17] |
孙娅静.常见饲料原料微量元素盈亏分析及产蛋鸡微量元素适宜添加水平的研究[D].硕士学位论文.杨凌: 西北农林科技大学, 2008.
|
[18] |
姜丽娜, 蒿宝珍, 张黛静, 等. 小麦籽粒Zn、Fe、Mn、Cu含量的基因型和环境差异及与产量关系的研究[J]. 中国生态农业学报, 2010, 18(5): 982-987. |
[19] |
郝志, 田纪春, 姜小苓. 小麦主要亲缘种籽粒的Fe、Zn、Cu、Mn含量及其聚类分析[J]. 作物学报, 2007, 33(11): 1834-1839. DOI:10.3321/j.issn:0496-3490.2007.11.015 |
[20] |
俄胜哲, 袁继超, 丁志勇, 等. 氮磷钾肥对稻米铁、锌、铜、锰、镁、钙含量和产量的影响[J]. 中国水稻科学, 2005, 19(5): 434-440. DOI:10.3321/j.issn:1001-7216.2005.05.009 |
[21] |
许腾. 山东省奶牛饲料原料铜、铁、锌营养检测及日粮盈缺分析[J]. 中国畜牧杂志, 2007, 43(12): 55-58. DOI:10.3969/j.issn.0258-7033.2007.12.017 |
[22] |
MA X Y, LIAO X D, LU L, et al. Determination of dietary iron requirements by full expression of iron-containing enzymes in various tissues of broilers[J]. The Journal of Nutrition, 2016, 146(11): 2267-2273. DOI:10.3945/jn.116.237750 |
[23] |
LIAO X D, MA C Y, LU L, et al. Determination of dietary iron requirements by full expression of iron-containing cytochrome c oxidase in the heart of broilers from 22 to 42 d of age[J]. British Journal of Nutrition, 2017, 118(7): 493-499. DOI:10.1017/S0007114517002458 |