鉻的營養(yǎng)研究及其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

董冬華 陳冠軍 楊維仁 （山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 山東 泰安 271000）

鉻作為一種微量礦物元素，對(duì)提高豬生長性能，改善胴體品質(zhì)，提高繁殖性能方面有重要作用，本文綜述了鉻制劑的生物活性、作用機(jī)理、吸收代謝及其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，并展望未來鉻營養(yǎng)的研究方向。

很長時(shí)間以來鉻(Cr)被認(rèn)為是有毒有害元素，甚至是致癌物質(zhì)。1954年，Curan發(fā)現(xiàn)大鼠肝臟合成膽固醇和脂肪酸的能力因鉻而增加，并提出鉻可能是動(dòng)物必需礦物元素的假說。1957年，Schwarz等[1]首先從啤酒酵母中分離出葡萄糖耐量因子(Glucose Tolerance Factor，GTF)，并進(jìn)一步證實(shí)GTF的重要活性組成部分是三價(jià)鉻。1959年，Cr被確定為人和動(dòng)物的必需微量元素[2]。50年代末，Bunding在母豬日糧中添加無機(jī)鉻后，鉻制劑開始在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1 鉻的理化特征

鉻原子序數(shù)24，銀白色金屬，有+2～+6等多種化合價(jià)態(tài)，Cr2+是強(qiáng)還原劑，很不穩(wěn)定，可被氧化成Cr3+。Cr6+主要與氧結(jié)合成鉻酸鹽和重鉻酸鹽，是一種很強(qiáng)的氧化劑，在酸性溶液中很容易被還原為Cr3+。Cr3+是最穩(wěn)定的氧化態(tài)，也是生物體內(nèi)最常見的一種形態(tài)[3]。

2 鉻的來源及其在豬體內(nèi)的分布

飼料中的鉻一般以有機(jī)鉻形式存在，典型飼料(禾谷類、堅(jiān)果、豆類、植物油、肉奶類制品、動(dòng)物肝臟)含有豐富的鉻，飼料中含鉻量最豐富的是啤酒酵母。但這些飼料中的鉻含量，因植物種類、地區(qū)土壤條件等環(huán)境因素不同而變化。通常新鮮飼料比干飼料含鉻低，如干的青貯飼料中鉻含量比自然狀態(tài)青貯料高3倍[4]。

表1 豬主要器官組織中鉻含量 (%、mg/kg)

豬體內(nèi)的鉻廣泛分布于各個(gè)組織器官，除肺外，鉻在體內(nèi)的含量隨年齡增加而下降。不同地區(qū)的豬，鉻含量也不同。豬器官和組織中的鉻含量為0.100～0.692 mg/kg(濕重)，各器官和組織絕干物質(zhì)鉻的含量差異不大，其中以骨骼含量最高，肺、脾及心臟的含量最低。

3 鉻的生物學(xué)功能

鉻是GTF的必要活性成分[1]，GTF是維持動(dòng)物血液中葡萄糖正常水平的一種物質(zhì)，普遍認(rèn)為這是一種含有煙酸、谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸和Cr3+的一種鉻的煙酸螯合物。沒有Cr，GTF便沒有活性。鉻對(duì)胰島素的促進(jìn)作用表現(xiàn)為:通過提高擴(kuò)散系數(shù)增加葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞的數(shù)量；或與葡萄糖的運(yùn)輸有關(guān)，作為輔助因子，增加胰島素與目標(biāo)組織的結(jié)合；或在葡萄糖運(yùn)輸中加強(qiáng)巰基的氧化作用(程忠剛，1998)[6]；或增強(qiáng)組織對(duì)胰島素的敏感性，提高胰島素的作用效率[7，8]。

3.1 鉻與糖代謝 GTF能通過激活胰島素和細(xì)胞膜間的二硫鍵，從而提高胰島素與其表面胰島素受體的結(jié)合力，增加動(dòng)物對(duì)葡萄糖的耐受量，提高胰島素的活性功能，促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體組織對(duì)葡萄糖的吸收。在生長激素和類胰島素生長因子的作用下，細(xì)胞利用攝入的葡萄糖，驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)的合成和肌肉組織的生長發(fā)育[9]。此外，鉻還可提高葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A的效率，縮短葡萄糖的半存活期[10]。同時(shí)，鉻與鎂協(xié)同可啟動(dòng)和增強(qiáng)葡萄糖變位酶的活性，促進(jìn)葡萄在體內(nèi)的酵解。

3.2 鉻與蛋白質(zhì)代謝 鉻對(duì)蛋白質(zhì)及核酸代謝的作用主要是促進(jìn)氨基酸進(jìn)入細(xì)胞，從而提高蛋白質(zhì)的合成能力，并參與核酸的穩(wěn)定和完善。因?yàn)殂t可通過加強(qiáng)胰島素的功能，促進(jìn)胰島素與其特異受體結(jié)合，使細(xì)胞對(duì)血液中氨基酸的攝入量增加。鉻能通過影響甘氨酸、絲氨酸和蛋氨酸等氨基酸的代謝影響蛋白質(zhì)的合成。補(bǔ)飼吡啶羧酸鉻可降低豬體內(nèi)血漿尿素氮的吸收，提高吸收氮合成蛋白質(zhì)的效率[11,12]。

3.3 鉻與脂類代謝 鉻對(duì)維持血清膽固醇的體內(nèi)平衡起著重要作用。鉻后可以增加胰島素活性，調(diào)節(jié)脂代謝，從而改善高血脂狀況；鉻可以加強(qiáng)脂蛋白脂酶(LPL)和卵磷脂膽固醇?；D(zhuǎn)移酶(LCAT)，這兩種酶參與高密度脂蛋白(HDL)合成。體內(nèi)缺鉻時(shí)，LPL、LCAT活性下降，HDL合成減少，導(dǎo)致血HDL下降。補(bǔ)鉻可降低血清中甘油三酯(TG)水平，提高血液中HDL含量，維持血液的正常膽固醇水平。鉻可以通過降低血脂來防止脂質(zhì)沉積，同時(shí)還可對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞起保護(hù)作用，減少血漿脂質(zhì)進(jìn)入血管壁，從而降低內(nèi)皮細(xì)胞的通透性[13]。

4 鉻的吸收代謝

Rygh等(1986)[14]大鼠試驗(yàn)表明，鉻以被動(dòng)擴(kuò)散的形式在小腸內(nèi)被吸收，空腸最易擴(kuò)散，其次是回腸和十二直腸等部位；Anderson(1988)發(fā)現(xiàn)無機(jī)Cr3+吸收率極低，只有0.4%～3%，而且它的吸收率與日糧攝入量呈反比。食物GTF中的鉻具有較大的生物學(xué)活性，且容易被吸收；飼料中有機(jī)鉻吸收率為10%～25%(See-ley,1993)，甚至更高些；Cr6+的吸收要比Cr3+高3～5 倍，Cr3+的形式還受其它金屬離子Fe2+、Zn2+和一些陰離子的影響，草酸鹽能明顯提高鉻的吸收，而植酸鹽則減少鉻的吸收[15]。鉻進(jìn)入機(jī)體后經(jīng)腸道吸收，被機(jī)體吸收的鉻大部分與運(yùn)鐵球蛋白結(jié)合到各組織發(fā)揮功效，少部分與血液中小分子化合物蛋氨酸、絲氨酸等形成配合物隨血液運(yùn)輸，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中Fe2+和Cr共用同一配體，相互存在，拮抗競爭。鉻在腎臟中不能被重吸收，進(jìn)入體內(nèi)的鉻大部分從尿中排出，少量的由膽汁、糞便、毛發(fā)和乳汁中排出[16]。

5 鉻對(duì)豬的營養(yǎng)作用的研究進(jìn)展

鉻分為有機(jī)鉻和無機(jī)鉻兩種形式，有機(jī)鉻包括酵母鉻和螯合鉻(如煙酸鉻、醋酸鉻、草酸鉻、吡啶羧酸鉻、氨基酸鉻、蛋白鉻等)。無機(jī)鉻有CrC13·6H2O、Cr2(SO4)3、Cr203、Cr(NO3)3等。有機(jī)鉻的利用率高于無機(jī)鉻。Page(1993)[10]認(rèn)為豬飼料主要來源于植物性原料，其鉻含量通常較低，因此，飼喂普通飼糧的豬可能處于中度鉻缺乏狀態(tài)，為了獲得最大的瘦肉產(chǎn)出，應(yīng)補(bǔ)充具有較好生物學(xué)利用率的有機(jī)鉻。NRC(1998)沒有提供豬飼糧的鉻推薦添加量。中華人民共和國農(nóng)業(yè)部頒布的 《飼料添加劑安全使用規(guī)范》中列舉的微量元素鉻的添加形式有煙酸鉻和吡啶甲酸鉻兩種，且規(guī)定在生長育肥豬日糧中鉻元素添加量不高于0.2mg/kg。這兩種有機(jī)鉻在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀見表2。

5.1 鉻對(duì)生長性能的影響 添加有機(jī)鉻可顯著改善斷奶仔豬和育肥豬的生長性能，提高育肥豬胴體品質(zhì)。鄺聲耀等(2010)[31]在生長豬的日糧中，添加200 μg/kg煙酸鉻是提高瘦肉率的有效方法。張建剛等(2012)[32]總結(jié)認(rèn)為，在育肥豬飼糧中添加150～300 μg/kg的有機(jī)鉻，平均日增重可以提高10%～15%，料重比下降5%～10%，同時(shí)可不同程度的提高屠宰率、瘦肉率和眼肌面積，降低背膘厚，改善肉色等。鉻促進(jìn)豬生長的原因可能有以下幾點(diǎn)：（1）鉻通過調(diào)節(jié)生長激素(GH)的含量來提高生長性能。添加外源鉻能提高血清中GH的mRNA水平，促進(jìn)機(jī)體生長激素分泌，從而促進(jìn)豬的生長和提高蛋白質(zhì)的合成。（2）鉻降低了胰島素含量，而胰島素含量降低可減少脂肪的合成，提高飼料利用率。（3）鉻也可使胰島素樣生長因子-I含量提高，而胰島素樣生長因子可提高豬的生長速度和營養(yǎng)成分的利用率。（4）鉻作為GTF的活性成分與胰島素發(fā)揮協(xié)同生理功能而參與機(jī)體碳水化合物、脂類和蛋白質(zhì)的代謝。

表2 有機(jī)鉻在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用效果

5.2 鉻對(duì)繁殖性能的影響 添加有機(jī)鉻可顯著改善母豬和公豬的繁殖性能。鉻改善母豬繁殖性能的可能機(jī)制：母豬是由下丘腦-垂體-卵巢軸控制繁殖功能的，下丘腦釋放促性腺激素釋放激素(GnRH)，從而促進(jìn)垂體釋放促性腺激素作用于卵巢受體，引起雌激素和孕酮的分泌并影響生殖活動(dòng)。鉻作為GTF活性因子，可以提高機(jī)體細(xì)胞受體對(duì)胰島素的敏感性，胰島素作用于垂體，增加GnRH釋放，增加促黃體素和促卵泡素的釋放，促進(jìn)卵泡發(fā)育，最終提高排卵數(shù)，有利于提高母豬產(chǎn)仔數(shù)。Saner(1981)認(rèn)為母豬在妊娠、分娩、泌乳和斷奶等生理應(yīng)激條件下對(duì)鉻的需要量增加。樵星芳等(2006)[30]研究發(fā)現(xiàn)添加500μg/ kg有機(jī)鉻，可顯著提高公豬的活精子比率和精子活率。錢利純等(2000)[26]發(fā)現(xiàn)，在單一一個(gè)妊娠期內(nèi)添加有機(jī)鉻，對(duì)母豬產(chǎn)仔數(shù)無顯著影響。Lindermann等(1995)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)鉻對(duì)第一胎產(chǎn)仔數(shù)改善幅度只有0.4頭，第二胎和第三胎分別提高了0.8、2頭。這表明對(duì)于母豬繁殖性能的改善，需要較長時(shí)間的飼喂才能體現(xiàn)良好的效果。

6 結(jié)語

鉻在動(dòng)物體內(nèi)對(duì)糖、脂肪、蛋白質(zhì)代謝及核酸合成等方面起重要作用。在豬飼糧中補(bǔ)鉻可顯著提高豬的生產(chǎn)性能、改善豬肉品質(zhì)、增強(qiáng)免疫力、提高抗應(yīng)激作用，并提高公豬和母豬的繁殖力和。隨著研究及應(yīng)用的深入，鉻必將在養(yǎng)豬生產(chǎn)中發(fā)揮出重要的作用。但目前的研究大都處于初期，主要以飼養(yǎng)對(duì)比試驗(yàn)為主，在今后的研究中，應(yīng)重點(diǎn)集中在以下幾方面：（1）確定不同有機(jī)鉻制劑的添加方式、添加時(shí)間及最適添加量。（2）研究飼糧中補(bǔ)飼不同來源和不同水平的鉻對(duì)與肉質(zhì)有關(guān)的主要酶和功能蛋白基因表達(dá)的影響。（3）對(duì)鉻作用機(jī)理的進(jìn)一步深入探究。

[1]Schwarz K, Mertz W.Chromium (III) and the glucose tolerance factor[J].Archives of Biochemistry and Biophysics, 1959, 85(1): 292-295.

[2]楊紅建, 李勝利, 馮玉廉.鉻與豬生產(chǎn)性能研究進(jìn)展[J].中國飼料, 1998, 12: 12-14.

[3]郭艷麗, 羅緒剛, 郝正里.畜禽鉻營養(yǎng)作用的研究進(jìn)展[J].國外畜牧科技, 1996, 23(6): 9-13.

[4]俞偉輝, 彭星輝.微量元素鉻在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用效果研究[J].中國飼料添加劑, 2009 (5): 21-23.

[5]陳強(qiáng), 蔡春標(biāo), 李建生等.添加煙酸鉻對(duì)生長肥育豬的生長性能, 代謝及組織學(xué)的影響[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2000, 29(4): 502-507.

[6]程忠剛.畜禽鉻的營養(yǎng)研究及其應(yīng)用[J].飼料博覽, 1998, 10(6): 13-15.

[7]張偉, 韓友文.鉻對(duì)動(dòng)物內(nèi)分泌代謝與免疫功能的影響[J].中國飼料, 2000, 9: 14-16.

[8]Wilson R P.Handbook of nutrient requirements of finfish[M].Boca Raton, Florida: CRC Press, 1991,35-53.

[9]金生龍.微量元素鉻在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].飼料博覽, 1999, 11(4): 10-11.

[10]Amoikon E K, Fernandez J M, Southern L L, et al.Effect of chromium tripicolinate on growth, glucose tolerance, insulin sensitivity, plasma metabolites, and growth hormone in pigs[J].Journal of animal science, 1995, 73(4): 1123-1130.

[11]Page T G, Southern L L, Ward T L, et al.Effect of chromium picolinate on growth and serum and carcass traits of growing-finishing pigs[J].Journal of Animal Science, 1993, 71(3): 656-662.

[12]Lindemann M D, Wood C M, Harper A F, et al.Dietary chromium picolinate additions improve gain: feed and carcass characteristics in growing-finishing pigs and increase litter size in reproducing sows[J].Journal of Animal Science, 1995, 73(2): 457-465.

[13]王文君, 歐陽克蕙.鉻的生物學(xué)功能及其應(yīng)用效果[J].飼料博覽, 2000 (10): 12-13.

[14]Rygh P, Bowling K, Hovlandsdal L, et al.Activation of the vascular system: a main mediator of periodontal fiber remodeling in orthodontic tooth movement[J].American Journal of Orthodontics, 1986, 89(6): 453-468.

[15]江波濤.微量元素鉻對(duì)豬的營養(yǎng)作用[J].中國飼料, 2004, 16: 18-21.

[16]姚華, 王安如, 喬富強(qiáng)等.微量元素鉻在動(dòng)物上的研究與應(yīng)用[J].動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2003, 24(1): 43-46.

[17]孫子龍, 張孝清, 孫耀貴等.促長散等促生長添加劑對(duì)仔豬生產(chǎn)性能的影響[J].獸藥與飼料添加劑, 2006, 11(2): 5-6.

[18]范明東, 何健, 殷洪濤等.不同來源有機(jī)鉻對(duì)斷奶仔豬生產(chǎn)性能影響的研究[J].飼料工業(yè), 2010, 31(22): 37-39.

[19]邱玉朗, 魏炳棟, 劉海燕等.不同鉻源對(duì)豬生長性能, 理化指標(biāo)及肉質(zhì)的影響[J].牧草與飼料, 2012, 6(2): 50-53.

[20]趙有紅, 盧光花, 岳炳輝.不同劑量煙酸鉻對(duì)斷奶仔豬生長性能影響的比較[J].中國畜牧獸醫(yī), 2007, 34(11): 138-139.

[21]胡培全, 趙躍平.吡啶羧酸鉻對(duì)肥育豬的影響[J].中國飼料, 2001, 12: 11-12.

[22]王勝林, 林映才, 蔣宗勇,等.抗熱應(yīng)激對(duì)高溫條件下生長豬生產(chǎn)性能和代謝的影響[J].中國畜牧雜志, 2004, 40(10):28-30.

[23]謝中飛, 孫鎏國, 楊海燕.有機(jī)鉻制劑對(duì)育肥豬生產(chǎn)性能的影響[J].獸藥與飼料添加劑, 2004, 9(2): 9-10.

[24]陳代文, 張克英, 羅獻(xiàn)梅, 等.有機(jī)鉻添加劑對(duì)豬生產(chǎn)性能和肉質(zhì)的影響[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 20(1): 49-52.

[25]馮玉蘭, 楊燁, 董志巖, 等.高溫期日糧電解質(zhì)與鉻對(duì)肥育豬生長與代謝的影響[J].福建畜牧獸醫(yī), 2004, 26(4): 1-3.

[26]錢利純, 鄒曉庭, 許梓榮.有機(jī)鉻對(duì)妊娠母豬繁殖性能的影響[J].飼料工業(yè), 2000, 21(11): 12-13.

[27]胡建紅, 岳國璋, 杜芳,.營養(yǎng)調(diào)控對(duì)母豬繁殖性能的影響[J].畜牧獸醫(yī)雜志, 2011, 30(6): 43-44.

[28]黃志堅(jiān), 黃依明, 林藩平.兩種有機(jī)鉻對(duì)母豬繁殖的效應(yīng)試驗(yàn) [J].養(yǎng)豬, 2001, 4: 9-10.

[29]Lindemann M D, Wood C M, Harper A F, et al.Dietary chromium picolinate additions improve gain: feed and carcass characteristics in growing-finishing pigs and increase litter size in reproducing sows[J].Journal of Animal Science, 1995, 73(2): 457-465.

[30]樵星芳, 艾必燕, 宋代軍.煙酸鉻對(duì)公豬精液品質(zhì)的影響[J].重慶中草藥研究, 2007 (1): 48-48.

[31]鄺聲耀, 唐凌, 張純等.煙酸鉻在豬營養(yǎng)中的應(yīng)用研究[J].中國畜牧雜志, 2010 (22): 67-69.

[32]張建剛, 李文婷, 侯玉潔等.有機(jī)鉻在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].養(yǎng)豬, 2012, 4: 32.

[33]Saner G.Urinary chromium excretion during pregnancy and its relationship with intravenous glucose loading[J].The American journal of clinical nutrition, 1981, 34(9): 1676-1679.