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稀土元素应用于植物的早期研究,是1917年我国学者钱崇澎与美国学者W.J.Ostenhout对水绵的试验。
我国稀土农用技术的研究始于1972年,虽起步较晚,但发展较快。至今已在农用技术、土壤学、植物生理学、卫生毒理学、分析检测方法和稀土农用产品工艺等方面取得了较大的进展,在国际上处于领先地位。
稀土在畜牧业中的应用研究,国外仅限于用稀土氧化物做标识物,测定营养物质的消化率;在国内起步晚于稀土农用。自1985年开始,湖南省畜牧兽医研究所、哈尔滨市饲料科学研究所、黑龙江省农业科学院、中国科学院现代化研究所等单位,先后研究了稀土对肉鸡、蛋鸡的应用技术、增重效果及生理效应。
从一九八八年开始,包头稀土研究院先后将稀土元素应用于肉用仔鸡、蛋鸡、鲤鱼、草鱼、鲍鱼、鳗鱼、对虾、水貂、淡水珍珠等多种养殖品种,取得了极为显著的效果,其研究成果达到国内先进水平,通过了国务院稀土领导小组组织的专家鉴定。研究结果表明:饲喂稀土对细毛羊增重及羊毛产量提高的效果明显,并具有改善羊毛品质,增强毛纤维强度、均匀度,减少毛纤维的饥饿痕,增加羊肉中氨基酸含量等作用;用稀土饲喂蛋鸡可使产蛋率提高,并可提高种蛋受精率、孵化率、育雏成活率,增强抗病力,减少死亡率,提前开产等;在鲤鱼饲料中添加稀土,可提高产量,提高鲤鱼的摄食量及对饲料中干物质、粗蛋白质、粗脂肪的消化率与铁的利用率,降低饲料成本;在鲍鱼饵料中添加稀土,有效地防止稚鲍的“暴死”,生长速度加快;池塘中泼洒稀土,可使珍珠母贝生长加快,提高成活率,珍珠光泽鲜艳。
一、稀土对动物体内酶活性的影响
动物体内(包括家畜)的各种生化反应,绝大多数都需要酶的催化。因此,酶是动物体内不可缺少的生物催化剂。酶的存在是使动物体内各种生命活动能够正常进行的必要条件。稀土可影响多种酶的活性,如镧、铈、镨、钕以及钇的氯盐均可抑制乳酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶和醛缩酶的活性,进而干扰糖、脂类和蛋白质的代谢。值得注意的是,稀土对某些酶的作用是复杂的,如镧的氯盐对小牛尾状核乙酰胆碱脂酶有三种浓度的依赖性效应,浓度很低时(1~10μM),对该酶有变构激活作用;浓度较高(50~20μM)时,表现为非竞争性抑制作用;200~500μM浓度时,又形成竞争—非竞争混合抑制效应。据稀土饲喂鲤鱼试验的结果表明,稀土对鲤鱼体内的各种酶有不同程度的影响,低剂量可促进蛋白酶的活力;高剂量可提高淀粉酶、葡萄糖氧化酶、黄嘌呤氧化酶的活力,而降低脂肪酶的活力。
二、稀土对动物体内矿物质的影响
根据大量的研究发现,稀土对动物体内矿物质元素的分布、代谢及效应有明显的影响。特别是稀土的离子半径(如镧:1.22A°,钇:1.07A°等)与钙(1.06A°)相似,因而稀土在动物体内常作为钙的颉抗剂和取代剂,干扰钙的正常生理功能。有关单位测定了蛋鸡喂稀土后鸡体内几种矿物质元素的变化情况(表1)。由表中可以看出,给蛋鸡饲喂400~500ppm的稀土,能够使蛋鸡血液、肝脏、骨骼中钙的含量增加,而使羽毛、肺脏、肾脏、肌肉、心脏中的钙含量减少;可使羽毛、肾脏、血液中磷的含量增加,肝脏中磷的含量减少;……等。包头稀土研究院包玉敏等进行的“稀土元素对鱼类磷元素吸收的影响”研究结果表明,在鱼类饵料中添加稀土元素可显著促进鱼体对磷元素的吸收,提高鱼类对磷元素的利用率。
三、稀土对畜禽生长的影响
畜禽的生长是指其有机体在周围环境中经过同化作用进行物质的积累过程,使相同种类的细胞经过相同遗传物质的复制,达到细胞的数量增多和体积增大。而发育则是生长的发展和转化过程,是以细胞分化为基础的质变过程。许多研究表明,给畜禽饲喂适量的稀土均有促进率禽生长的作用。如饲喂稀土的牛和马,可分别比对照日增重提高18%和21%;用稀土饲喂短期育肥的肉用羊日增重可达81.8~110克;饲喂毛用羊不仅可使其体重提高6%~12%,还可使毛的长度、密度增加,进而提高产毛量。在一般情况下,绵羊被毛的一些毛囊不长毛纤维,饲喂稀土后稀土元素可刺激枯萎毛囊组织的细胞,促使枯萎的毛囊生长出毛纤维;稀土饲喂肉兔、雏鸡均可加速其体重的增长,还可促进育成蛋鸡卵巢的生长发育,提前开产;稀土还对多种细菌的生长、繁植有抑制作用,应用稀土作为畜禽饲料添加剂对畜禽可起到防治疾病、提高成活率的作用等。稀土的这些促使畜禽生长的有益影响,无疑对提高畜禽的生产性能均具十分重要的意义。值得注意的是,畜禽对稀土很敏感,故对畜禽饲喂稀土的剂量必须适宜,剂量过大会抑制其生长,降低其生产性能;剂量过小,效果不佳,起不到饲喂稀土的作用。因此,因地制宜、因畜制宜地掌握有效剂量,是稀土在畜牧养殖业中应用获得理想效果的关键。
四、稀土可防止或延缓动脉硬化
据研究,镧可减少猴子和狗粥样动脉硬化的发生,而且不影响血液中脂蛋白和胆固醇的浓度,这可能与改变动物管壁细胞钙流量以及钙在细胞外沉积有关。因此,这可能为防治心血管疾病开辟一个新的研究方向。
表1 稀土对鸡体内几种矿物质元素的影响 单位:ppm
|
组 别 |
项 目 |
稀土总量 |
钙 |
磷 |
镁 |
锰 |
锌 |
对
照
组 |
不
加
稀
土 |
毛 |
4.71 |
1121.43 |
119.27 |
235.71 |
1.49 |
23.57 |
| 肺 |
1.97 |
235.90 |
2282.05 |
159.29 |
0.94 |
12.82 |
| 肾 |
1.83 |
207.60 |
2514.12 |
198.46 |
2.82 |
18.64 |
| 血 |
0.91 |
65.97 |
853.59 |
43.06 |
0.058 |
3.82 |
| 肉 |
0.76 |
64.42 |
2201.39 |
240.28 |
0.35 |
19.28 |
| 肝 |
0.59 |
34.82 |
3437.5 |
213.39 |
2.80 |
23.30 |
| 心 |
0.26 |
72.99 |
1587.59 |
161.50 |
0.33 |
17.15 |
| 骨 |
0.14 |
72980.65 |
20397.02 |
893.30 |
1.34 |
44.91 |
试
验
组 |
400 |
毛 |
7.71 |
303.57 |
269.29 |
160.71 |
1.06 |
29.00 |
| 肺 |
1.26 |
126.26 |
2462.12 |
148.99 |
0.38 |
11.62 |
| 肾 |
0.72 |
100.00 |
22743.59 |
194.87 |
2.18 |
20.13 |
| 血 |
2.78 |
72.34 |
952.38 |
53.44 |
0.08 |
4.98 |
| 肉 |
0.83 |
48.96 |
2831.31 |
320.47 |
0.21 |
8.99 |
| 肝 |
0.75 |
34.93 |
3308.82 |
198.22 |
2.10 |
24.51 |
| 心 |
0.19 |
34.95 |
1801.08 |
177.42 |
0.39 |
16.67 |
| 骨 |
0.16 |
79084.78 |
22554.35 |
991.85 |
1.96 |
41.85 |
|
500 |
毛 |
3.75 |
400.00 |
293.57 |
71.43 |
0.71 |
12.71 |
| 肺 |
1.36 |
137.70 |
2232.62 |
147.06 |
0.57 |
13.37 |
| 肾 |
0.77 |
70.77 |
2582.01 |
179.56 |
1.88 |
17.46 |
| 血 |
0.08 |
73.47 |
1004.58 |
47.71 |
0.063 |
5.38 |
| 肉 |
0.93 |
49.19 |
2163.07 |
266.17 |
0.39 |
17.52 |
| 肝 |
0.44 |
51.82 |
3272.73 |
223.18 |
2.85 |
20.73 |
| 心 |
0.22 |
41.14 |
1534.81 |
152.69 |
0.34 |
15.76 |
| 骨 |
0.21 |
74496.97 |
20055.10 |
909.09 |
1.49 |
37.19 |
五、畜禽饲喂稀土的卫生学评价
通过畜用稀土的毒性试验,吸收、分布、蓄积试验以及卫生学评价等方面的研究表明,畜用稀土实属无毒,且为轻微蓄积,在畜禽日粮中添加微量畜用稀土,对畜禽产品(肉、肝、蛋等)无明显蓄积,其含量均在允许量(日允许摄入量1.2mg/kg·bw,表示每公斤体重1.2毫克,以氧化物计为0.4mg/kg·bw)指标以下,无明显毒性。因此,畜用稀土可在畜牧、养殖业中应用。
另外,内蒙古放射卫生防护所对内蒙古部分畜禽、水产品应用稀土添加剂前后放射性变化情况进行了测定,结果如表2所示。由表中所列数据可知,这些畜禽、水产品应用稀土添加剂前后放射性活度没发生明显变化;同国内及内蒙古地区同类食品相比也无明显差异均属本底水平。这说明在目前情况下在畜牧、养殖业中应用稀土对畜禽、水产品中放射性活度无明显的影响,未超出本底水平。但随着应用年限的增加、应用面积的扩大,畜禽、水产品中放射性活度会不会发生明显变化则有待进一步研究。
表2 内蒙古部分畜禽、水产品应用稀土前后放射性变化比较
|
放射性种类 |
总α |
总β |
U |
Th |
266Ra |
| 应用稀土前 |
应用稀土后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
| 猪肉 |
|
|
44.9 |
16.8 |
6.5 |
2.1 |
0.3 |
0.1 |
6.7 |
3.6 |
| 牛奶 |
|
|
27.3 |
38.1 |
6.07 |
5.69 |
0.19 |
0.2 |
2.4 |
7.4 |
| 鸡蛋 |
1.74 |
2.78 |
26.8 |
26.59 |
4.72 |
4.77 |
2.31 |
2.64 |
1.64 |
2.07 |
| 肉鸡 |
5.05 |
5.58 |
33.87 |
45.12 |
7.44 |
6.42 |
0.81 |
0.98 |
5.07 |
5.57 |
| 鲤鱼 |
0.12 |
0.13 |
5.61 |
5.21 |
8.6 |
9.0 |
0.73 |
0.76 |
5.0 |
5.4 |
注:总β为XBq·kg-1其他均为X10-2Bq·kg-1
六、稀土元素对动物体的作用机理
一般认为稀土对动物作用效应有如下解释:
⑴稀土的离子半径和结构与钙很相似,有可能在动物体内取代钙,进而影响一些酶和生物大分子的生理功能。
⑵稀土能使动物体抵抗力增强的原因很可能是稀土能够清除动物体内有害自由基。其综合模式是:
Ce3++O2-+2H+→Ce4++2H2O2
Ce4++O2-→Ce3++O2
⑶国外曾有人报告认为轻稀土中的钕能够刺激胰蛋白酶的活性,而铈的硝酸盐和盐酸盐则能够刺激消化液的分泌,因而可能认为饲料中添加一定剂量的稀土能够增强动物的消化能力。
⑷国内一些专家认为轻稀土能够提高胰蛋白酶、脂肪酶的活性,但也有研究认为稀土对酶作用机制十分复杂,通常所抑制酶的种类,要比提高的酶的种类要多,需要做进一步研究。
⑸我们利用同位素35p示踪试验证明稀土元素显著促进了鱼类对P元素的吸收,由于P元素参与体内多种代谢过程,也是鱼类生长的必需元素,故能促进鱼类生长。
⑹兴奋效应,stebbing等认为低剂量毒物都具有促进动物体生长的作用,而且在一定范围内,这种作用表现有剂量——效应关系,这是机体的一种保护作用,
亦有人称之为“荷尔蒙效应”。
参考文献:
[1] 杨继东,王艇等,稀土生物效应研究。稀土,2000,(3):62-68
[2] 杨志强。伊萨商品蛋鸡稀土含量测定。稀土1995,(3):46-48
[3] 陈旭,周玉袢等,轻稀土离子对钙调蛋白激活的磷酸二酯酶活力作用的影响,生物物理学报,1996,(3):389-393
[4] 包玉敏,稀土在养殖业中应用研究概况,稀土信息,1996,(3,4):10-11
[5] 包玉敏,刘化民等,稀土元素对鱼类磷元素吸收的影响,稀土,1991,(4):55-57[6] 郭伯生,稀土在生物领域中应用研究进展,稀土,1999,(1):65-67
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