反芻動物硫胺素營養(yǎng)研究進(jìn)展

趙蕓君，蔣曉梅，姚 芳， 張俊瑜，鐵 鑫

（新疆畜牧科學(xué)院飼料研究所，烏魯木齊 830000）

反芻動物硫胺素營養(yǎng)研究進(jìn)展

趙蕓君，蔣曉梅，姚 芳， 張俊瑜，鐵 鑫

（新疆畜牧科學(xué)院飼料研究所，烏魯木齊 830000）

二十世紀(jì)初，動物營養(yǎng)學(xué)家提出反芻動物瘤胃合成的硫胺素能滿足自身需要，但近年有學(xué)者對此提出質(zhì)疑。為國內(nèi)反芻動物生產(chǎn)提供參考及進(jìn)一步開展牛羊硫胺素研究，本文對反芻動物牛羊硫胺素近年相關(guān)研究進(jìn)行回顧和綜述，且提出反芻動物日糧配制應(yīng)注意硫胺素營養(yǎng)，并對相關(guān)研究進(jìn)行了展望。

反芻動物；硫胺素；營養(yǎng)研究

二十世紀(jì)初，動物營養(yǎng)學(xué)家提出反芻動物瘤胃合成的硫胺素能滿足自身需要。但近年有學(xué)者對此質(zhì)疑，提出在一些情況下反芻動物日糧中需添加硫胺素[1,2,3]，因而硫胺素在反芻動物營養(yǎng)方面的研究再次引起關(guān)注。

硫胺素為反芻動物維持碳水化合物代謝和神經(jīng)功能所必需的維生素。鑒此，本文對近年來關(guān)于反芻動物硫胺素的營養(yǎng)研究進(jìn)行回顧和綜述，以期為國內(nèi)反芻動物生產(chǎn)中應(yīng)用硫胺素及相關(guān)研究提供借鑒和參考。

1 硫胺素的性質(zhì)及飼料中含量

硫胺素為水溶性維生素B1，工業(yè)合成的鹽酸硫胺素為無色結(jié)晶，易溶于水，在弱酸溶液中穩(wěn)定，但在中性或堿性溶液中易氧化失活。硫胺素在飼料中分布廣泛，但是含量低，含量較豐富的飼料有谷物及其副產(chǎn)品、豆粕、多汁青飼料及啤酒酵母等(王和民，1999)[4]。

2 硫胺素的代謝及存在形式

硫胺素主要在十二指腸吸收，吸收過程需載體介導(dǎo)，高濃度時發(fā)生被動擴(kuò)散。硫胺素在組織細(xì)胞內(nèi)磷酸化成磷酸酯，經(jīng)硫胺素激酶、ATP及Mg2+存在時轉(zhuǎn)化成硫胺素焦磷酸(TPP)。存在于動物組織中的硫胺素大約95%～98%是磷酸化形式（硫銨一、二、三磷酸鹽），其主要形式是輔酶硫銨二磷酸鹽，其占80%～85%，也即硫銨焦磷酸鹽（TPP）。反芻動物瘤胃能吸收游離的硫胺素，但不吸收結(jié)合態(tài)的或微生物中的硫胺素[5]。

3 反芻動物硫胺素營養(yǎng)研究的測定方法

二十世紀(jì)，反芻動物營養(yǎng)相關(guān)的研究主要采用的測定方法為微生物法或分光光度法。近年來，隨著色譜技術(shù)的發(fā)展，在反芻動物硫胺素營養(yǎng)研究中，逐漸以高效液相色譜法成為主要檢測方法。Santschi等報道了高效液相色譜測定瘤胃液、腸道食糜中硫胺素的方法。取飼料樣品0.1 g加入到15 mL聚丙烯錐形試管里，然后與5 mL濃硫酸(0.1 mol∕L)混合，在121℃蒸壓15 min。取出冷卻后向試管中添加0.5 mL的醋酸鈉(4.5 mol∕L)，同時加入0.25 mL的淀粉糖化酶(EC3.2.1，50 mg∕mL)。將反應(yīng)的試管在45℃水浴中保溫18 h，然后在4℃ 1784 g離心10 min。離心后立即取1 mL的上清液與225 μL氧化溶液(175 μL的50%的氫氧化鈉溶液+50 μL 5%的鐵氰化鉀溶液)混合，保溫5 min，向試管中添加0.25 g氯化鈉混合，然后添加2.0 mL2-丁醇，震動1 min，過濾膜，最后上高效液相色譜。色譜柱采用Nucleosil-NH2(250 mm×4.6 mm，5 μm Varian)。流動相為250 mL KH2PO4和750 mL的乙腈，流速1.5 mL∕min，熒光檢測器發(fā)射波長和激發(fā)波長分別為425 nm和370 nm[6]。

4 硫胺素的生物學(xué)功能及缺乏癥

4.1 硫胺素的生物學(xué)功能

TPP與體內(nèi)多種酶有關(guān)。a-酮酸的氧化脫羧需a-酮酸脫氫酶的催化，而該酶復(fù)合體由TPP依賴性丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰基酶及黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)依賴性二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；附M成。a-酮酸脫氫酶復(fù)合體的催化過程為動物體內(nèi)碳水化合物與脂類代謝所必需。在戊糖磷酸代謝途徑中需TPP依賴酶（轉(zhuǎn)酮酶）的配合，其對機(jī)體的氧化供能、核酸代謝中戊糖及脂肪酸合成中NADPH（還原型輔酶Ⅱ）的提供具有重要意義。TPP與神經(jīng)系統(tǒng)的能量代謝、神經(jīng)遞質(zhì)及神經(jīng)細(xì)胞膜中脂肪酸和膽固醇合成有關(guān)。硫胺素參與三羧酸循環(huán)，所以缺乏硫胺素會引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂。在糖酵解和硫胺素焦磷酸酶作用下，大腦通過葡萄糖利用獲得能量是脫羧作用的輔助因子，中樞神經(jīng)系統(tǒng)比其它器官更早表現(xiàn)癥狀[7]。

4.2 硫胺素的缺乏癥

硫胺素缺乏常會引起中樞和外周神經(jīng)的病理變化及紊亂。腦灰質(zhì)軟化癥(PEM)是最常見的硫胺素缺乏紊亂癥，癥狀包括嚴(yán)重而短暫的腹瀉、精神不振、轉(zhuǎn)圈、角弓反張及肌肉震顫。病畜發(fā)生PEM時，血液中乳酸和丙酮酸顯著增加，轉(zhuǎn)酮酶活性下降，并常據(jù)此作出診斷。如立即注射硫胺素(2.2 μg∕kg BW)，情況會好轉(zhuǎn)[8]。Erhaim等通過選用成年母羊，分為對照組，平衡日糧添加0.8%的硫，平衡日糧添加0.8%的硫和0.025%硫胺素。結(jié)果表明，同時補(bǔ)充硫胺素(0.025%)與過量的硫(0.8%)僅能預(yù)防PEM臨床癥狀的出現(xiàn)，并不能阻止腦神經(jīng)病變損傷的發(fā)生，且這種病變發(fā)生在大腦，小腦為正常，添加硫胺素并沒有阻止外神經(jīng)的病變[9]。

5 瘤胃合成硫胺素的影響因素

趙蕓君綜述了瘤胃合成硫胺素受多因素影響，如采食量、日糧中氮素水平、易消化碳水化合物水平、日糧種類和成分、硫元素、藥物（莫能菌素）、瘤胃環(huán)境等[10]，另外其還與以下因素相關(guān)：

5.1 秸稈飼料種類

據(jù)報道，當(dāng)日糧主成分為干草、秸稈或玉米青貯時，硫胺素缺乏[1]。

5.2 采食前后

當(dāng)夏季牧場綿羊在放牧采食后，瘤胃中硫胺素的水平逐漸上升[11]。

5.3 牧草的加工長度

Tafaj等通過給裝有瘤胃瘺的荷斯坦奶牛飼喂不同長度(25、11、5.5 mm)青貯牧草基礎(chǔ)的混合日糧。結(jié)果表明，隨牧草長度的降低，固體(P＜0.05)和液體瘤胃食糜中硫胺素含量增加；隨可消化有機(jī)物質(zhì)攝入量的增加，硫胺素的濃度增加(R2=0.56，P＜0.001)，瘤胃pH值(平均5.81)與瘤胃中硫胺素含量成負(fù)相關(guān)(R2= 0.21～0.26，P＜0.001)[12]。

5.4 硫胺素酶及硫胺素拮抗劑

瘤胃細(xì)菌的硫胺素酶是胞外酶，也即它們結(jié)合在細(xì)胞表面，其活性依賴于從細(xì)胞表面的釋放。一些硫胺素酶對熱不穩(wěn)定，但當(dāng)未加熱處理時，它是有效的拮抗劑。蕨類植物、茶、檳榔中存在有對熱穩(wěn)定的硫胺素拮抗劑，如羥基多酚類，包括咖啡酸、綠原酸、鞣酸。另外，一些類黃酮（如槲皮素、蘆丁與硫銨素），大量的硫酸鹽、過量的安普羅銨、包含在羊齒植物或內(nèi)生菌感染的酥油草中的因子等相拮抗[13.14]。已發(fā)現(xiàn)硫胺素可治療減輕夏季酥油草對食草肉牛的毒性癥狀（降低效能、升高體溫、使毛發(fā)粗糙）[14]。飼喂含硫酸鹽較高的飼糧或一些可使瘤胃pH值迅速下降的因素，如大量飼喂精料，均可發(fā)生硫胺素缺乏癥[15]。

5.5 霉菌污染

Janson等采用長期瘤胃模擬體外發(fā)酵技術(shù)，以Cladosporium herbarum和Fusarium graminearum處理牧草為發(fā)酵底物，研究發(fā)霉牧草對瘤胃硫胺素代謝的影響。結(jié)果表明，發(fā)霉的牧草提高了細(xì)菌部分中總硫胺素的濃度[16]。

5.6 瘤胃微生物菌群

瘤胃微生物菌群是反芻動物瘤胃中硫胺素的來源之一，如其受損，可能發(fā)生硫胺素合成量減少。這與日糧結(jié)構(gòu)的改變影響瘤胃的發(fā)酵使硫胺素的合成降低，或與微生物群體的總硫胺素酶活性增加而增強(qiáng)了硫胺素的分解緊密相關(guān)。與反芻動物硫胺素降解的瘤胃微生物包括類桿菌屬的硫銨降解菌、產(chǎn)芽孢梭狀芽孢桿菌、埃氏巨球型菌和牛鏈球菌。另外，這些物種和其它的梭菌屬某些菌、芽孢桿菌屬某些菌和革蘭氏陰性球菌有硫銨酶作為胞外酶結(jié)合到細(xì)胞表面。在pH極度下降的情況下，這些酶被釋放到瘤胃液中，成為破壞硫胺素的重要酶來源。有學(xué)者提出，硫胺素降解菌似乎是最重要的致病因素，因?yàn)樗坪蹩偸浅霈F(xiàn)在所有腦灰質(zhì)軟化病例的瘤胃內(nèi)容物和糞便中[14]。

6 日糧添加硫胺素對反芻動物的影響

6.1 日糧添加硫胺素對反芻動物生產(chǎn)性能、瘤胃發(fā)酵、緩解酸中毒的影響

Neville等采用含60%干玉米酒糟（DDGS，DM)和S(＞0.7%)日糧添加硫胺素對羔羊生產(chǎn)性能、硫化氫氣體濃度和PEM發(fā)病率的影響。試驗(yàn)1日糧S濃度為0.73%(DM)；硫胺素添加水平為:0、50、100、150 mg∕（d·只）。結(jié)果表明：ADG呈二次曲線降低(P=0.04)，0、50及100 mg組的體增重高于150 mg日糧組；DMI呈二次曲線變化(P＜0.01)，但G:F呈線性不同變化趨勢，50、100 mg硫胺素添加水平有更高的DMI和降低了G:F。試驗(yàn)2分為0、150 mg∕（d·只）（S濃度達(dá)0.87%，DM)。結(jié)果表明：兩組間生產(chǎn)性能無顯著差異(P≥0.17)；飼喂10 d內(nèi)，瘤胃中硫化氫的濃度無顯著差異(P＞0.05)；10 d后飼喂硫胺素組羔羊瘤胃中硫化氫濃度低于對照組；在第31 d飼喂硫胺素組羔羊瘤胃中硫化氫的濃度達(dá)到最大濃度(1.07 g∕m3，P＜0.009)；但瘤胃pH平均值為5.60，組間無顯著差異(P=0.13)，同時未觀察到PEM的臨床癥狀[17]。Tafaj等通過四個安裝瘤胃瘺的泌乳中期荷斯坦奶牛，分別采用不同粗精比(30:70、40:60、50:50、60:40、75：25) (%DM)日糧的五期試驗(yàn)。結(jié)果表明，瘤胃中硫胺素濃度與瘤胃pH值負(fù)相關(guān)，但與瘤胃短鏈脂肪酸、丙酸的濃度正相關(guān)[18]。Karapinar等試驗(yàn)表明，添加硫胺素有利于減輕采食易發(fā)酵碳水化合物造成瘤胃酸中毒造成的硫胺素缺乏癥；日糧補(bǔ)充硫胺素似乎可保護(hù)亞臨床瘤胃酸中毒條件下的瘤胃原生動物，且提出或許在高產(chǎn)反芻動物添加硫胺素是預(yù)防和創(chuàng)新的喂養(yǎng)方式[19]。王龍等研究表明，荷斯坦奶牛日糧中添加硫胺素180 mg∕kg可緩解慢性瘤胃酸中毒[20]。董淑紅等(2010)證明，亞急性瘤胃酸中毒(SARA)發(fā)生后添加硫胺素，pH值升高(P＜0.01)[21]。董淑紅等采用裝有瘤胃瘺的山羊，研究硫胺素對SARA狀態(tài)下山羊瘤胃發(fā)酵特性的影響。結(jié)果表明：飼糧中添加硫胺素可提高瘤胃液pH，顯著或極顯著(P＜0.05或P＜0.01)降低乳酸(4～8 h)、乙酸的濃度和乙∕丙酸(0～12 h)，以及組胺濃度和硫胺素酶的活性(0、6、9 h)；顯著或極顯著(P＜0.05或P＜0.01)提高了丙酸(0～12 h)、丁酸的濃度(0、6、9 h)和瘤胃液硫胺素的濃度；但對6 h的內(nèi)毒素濃度無影響(P＞0.05)。結(jié)果提示，飼糧中添加240 mg∕kg硫胺素能改善SARA狀態(tài)下瘤胃內(nèi)環(huán)境，緩解山羊SARA[3]。

6.2 日糧添加硫胺素對反芻動物相關(guān)代謝及疾病防治的影響

Hohling等采用長期瘤胃模擬技術(shù)，當(dāng)在被Alternaria alternata，Epicoccum nigrum，Mucor racemosus或Ulocladium chartarum污染發(fā)霉的牧草日糧中添加硫胺素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硫胺素的相關(guān)代謝途徑被阻止[22]。Najarnezhad等研究表明，肌注硫胺素可能會有治療羊鉛中毒的作用，但長時間治療使用可能會損耗體內(nèi)的鋅[23]。Irmak等提出，硫胺素是治療牛肺炎和其它消化疾病的成分之一，可用于預(yù)防其它疾病的發(fā)生[24]。

7 小結(jié)

綜上所述，瘤胃硫胺素的合成受多因素影響，且在一些條件下如：反芻動物處在疾病期、日糧配制不合理、或在高精料日糧以及瘤胃中硫胺素的合成受限等情況下需日糧額外添加硫胺素。因此，為提高反芻動物營養(yǎng)物質(zhì)代謝效率，作者認(rèn)為今后應(yīng)注重反芻動物硫胺素的日糧配制營養(yǎng)及相關(guān)研究。

[1]Candau M,Massengo J.Evidence of a thiamin deficiency in sheep fed maize silage[J].Ann Rech Vet, 1982,（13）:329～340.

[2]Breves G,Brandt M,Hoeller H,et al.Flow of thiamin to the duodenum in dairy cows fed different rations[J].J.Agric.SCI.(Camb.),1981,（96）:587～591.

[3]董淑紅，王洪榮，潘曉花，等.硫胺素對亞急性瘤胃酸中毒狀態(tài)下山羊瘤胃發(fā)酵特性的影響[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2013，25(5)：1004～1009.

[4]王和民.維生素研究進(jìn)展[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1999.

[5]McDowell L R(ed).Thiamin.In:Vitamins in animal nutrition:comparative aspects to humen nutrition, Academic Press,Inc.,San Diego,1989,155～182.

[6]Santschi D E，Chiquette J，Berthiaume R et a1．Effects of the forage to concentrate ratio on B-vi?tamin concentrations in different mminal fractions of dairy cows[J]．Can J Anim Sci，2005,（85）：389-399．

[7]Brent B E,Bartley E E.Thiamin and niacin in the rumen[J].J Animal Sci,1984,（59）:813～822.

[8]National Research Council.1996.Nutrient Requirements of Beef Cattle,Seventh Revised Ed.Washing?ton,D.C.:National Academy Press.

[9]Erhaim A M,Oda S S,El-Neweshy,M S,et al.Experimental sulfur toxicosis in sheep.I-The prophy?lactic potential of thiamine[J].Alexandria Journal of Veterinary Sciences.2010,31(1):115～123.

[10].趙蕓君，孟慶翔.B族維生素在瘤胃中的合成及其影響因素[J]動物營養(yǎng)學(xué)報，2007，（Z1）,492-497.

[11]Miller B L,Meiske J C,Goodrich R D.Effects of grain source and concentrate level on B-vitamin production and absorption in steers[J].Journal of Animal Science,1986,62(2):473～483.

[12]Tafaj M,Zebeli Q,Schollenberger,M,et al.Effect of the grass silage particle size offered as TMR on the ruminal thiamine concentration in high-yielding dairy cows[J].Journal of Animal and Feed Sci?ences,2004,13(s1),219～222.24.

[13]Alves de Oliveira L,Jean-Blain C,Durix A,et al.Use of a semi-continuous culture system to study the effect of pH on microbial metabolism of thiamin(Vitamin B1)[J].Archiv fur Tierernahrung, 1996,49(3):193～202.

[14]張丹參，杜冠華.維生素營養(yǎng)與健康基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2009,315.

[15]Zinn R A,Owen F N,Stuart R L,et a1.B-Vitamin supplementation of diets for feedlot calves[J].J Anim Sci,1987,（65）:267～277.

[16]Janson,C.Influence of Cladosporium herbarum and Fusarium graminearum artificially contaminated hay on fermentation and thiamine metabolism in the rumen of cattle(in vitro)[J].Tierarztliche Praxis.Ausgabe G,Grosstiere/Nutztiere,2001,329.

[17]Neville B W,Schauer C S,Karges K,et al.Effect of thiamine concentration on animal health,feedlot performance,carcass characteristics,and ruminal hydrogen sulfide concentrations in lambs fed diets based on 60%distillers dried grains plus solubles[J].Journal of Animal Science,2010,88(7):2444～2455.

[18]Tafaj M,Schollenberger M,Feofilowa J,et al.Relationship between thiamine concentration and fer?mentation patterns in the rumen fluid of dairy cows fed with graded concentrate levels[J].Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition.2006,90(7):335～343.

[19]Karapinar T,Dabak M,Kizil O,et al.Severe thiamine deficiency in sheep with acute ruminal lactic acidosis[J].Journal of Veterinary Internal Medicine.2008,22(3):662～665.

[20]王龍，郝志敏，余徐潤，等.硫胺素對誘導(dǎo)型奶牛慢性瘤胃酸中毒的影響[J].上海畜牧獸醫(yī)通訊，2012，(2):2～7.

[21]董淑紅，王洪榮，王劍飛，等．高精日糧條件下硫胺素對山羊瘤胃代謝的影響[J].上海畜牧獸醫(yī)通訊，2010，(6):6～7.

[22]Hohling A,Holtershinken M,Hoffmann P,et al.Influence of mouldy fodder on rumen protozoa in cattle(in vitro).Part 1:effect of mouldy grass and hay with and without thiamine addition[J].Tierar?ztliche Praxis.Ausgabe G,Grosstiere/Nutztiere,2001,29(5):284～290.

[23]Najarnezhad V,Aslani M R,Balali-Mood M.The therapeutic potential of thiamine for treatment of experimentally induced subacute lead poisoning in sheep[J].Comparative Clinical Pathology,2010,19 (1):69～73.

[24]Irmak K,Sen I,Ok M,et al.Effect of simple indigestion and pneumonia on plasma thiamine concen?tration in cattle[J].Indian Veterinary Journal.2000,77(7):579～582.

Advances in Thiamin Nutrition for Ruminant

ZHAO Yun-jun，JIANG Xiao-mei，YAO Fang，ZHANG Jun-yu，TIE Xin
(Feed Research Institute,Animal Science Academy of Xinjiang,Urumqi 830000，China)

Thiamin in the nutrition metabolism plays important physiological functions for ruminant. This paper reviewed the research advance in thiamin nutrition for ruminant in order to provide refer?ence to ration compound and further study.Research aspects in the future were also discussed in this paper.

ruminant；thiamin；nutrition

S821.5

A

1003-6377（2014）06-0001-05

新疆維吾爾自治區(qū)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(KY2013009)；新疆維吾爾自治區(qū)科技支撐項(xiàng)目(201331111)；國家科技支撐計劃課題（2012BAD13B03）

趙蕓君（1973-），女，山東招遠(yuǎn)人，博士，研究員，主要從事動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)方面的研究。

2014-09-15，

2014-09-25