第七章 矿物元素与动物营养
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第七章 矿物元素与动物营养本章要点
矿物元素的主要生理功能、典型缺乏症。
第一节 概述
第二节 常量元素
第三节 微量元素
第一节 概 述
一、动物的必需矿物元素(一)动物必需元素的概念
在动物体内具有确切生理功能和代谢作 用,缺乏会导致缺乏症和相应的生化变 化,补给相应的元素缺乏症即可消失。
(二)动物必需元素种类 (22种 )
Ca 、 P 、 K 、 Na 、 CI 、 Mg 、 S ;Fe 、 Zn 、 Cu 、 Mn 、 I 、 Se 、Co 、 Mo 、 Cr 、 F 、 Ni 、 Si 等
(三)常量元素和微量元素
1. 常量元素 :
体内含量≥ 0.01%, Ca 、 P 、 K 、 Na 、CI 、 Mg 、 S;
其中 Ca 、 P 、 Na 、 CI 动物常感缺乏,一般反刍动物还需补 S ,牛春季大量采食幼嫩青草需补Mg 。
2. 微量元素 :
体内含量 <0.01%,
Fe 、 Zn 、 Cu 、 Mn 、 I 、 Se 、 Co 、Mo 、
Cr 、 F 、 Ni 、 Si 、 Sn 、 V 、 As 等。前 6 种单胃动物常感缺乏,反刍动物常需补 Co 。锶 (Sr) 、 Li、 Ba、 Br、 B等为动物所必需,有争议。
表 7-1 动物体内某些必需矿物元素含量常量元素 体内浓度 (%) 微量元素 体内浓度 (mg/kg) 钙 1.50 铁 20 -80 磷 1.00 锌 10 -50 钾 0.20 铜 1 - 5.0 钠 0.16 锰 0.2 - 0.5 氯 0.11 碘 0.3 - 0.6 硫 0.15 钴 0.02- 0.1 镁 0.04 钼 1.0 - 4.0 硒 1.7 铬 0.08
不同动物体内矿物元素含量 常量元素( % ) 微量元素( mg/kg ) Ca P Na K CI S Mg Fe Zn Cu Mn I Se Co 猪 1.11 0.71 0.16 0.25 0.15 0.04 90 25 25 0.20
鸡 1.50 0.80 0.12 0.11 0.06 0.15 0.03 40 35 1.3 0.4 0.25
牛 1.20 0.70 0.14 0.10 0.17 0.15 0.05 50 20 5.0 0.3 0.43 <0.
04
绵羊 2.00 1.10 0.13 0.17 0.11 0.10 0.06 78 26 5.3 0.4 0.20 0.
01
人 1.80 1.00 0.15 0.35 0.15 0.25 0.05 74 28 1.7 0.3 0.40 0.30
二、矿物元素的一般功能( 一 )构成动物体组织的重要组成成分 如 Ca 、 P、 Mg是骨骼牙齿主要成分;( 二 )调节、催化体内生化反应和激活剂 如 H 、 E和某些 Vit的成分;( 三 )维持体液的渗透压和酸碱平衡 如 NaHCO3/H2CO3( 四 )维持神经、肌肉的兴奋性 Na+、 K+使兴奋性提高, Ca++、 Mg++降低兴奋性;( 五 )畜禽产品的组成成分
矿物元素在体内的动态平衡
肌肉、骨骼
血液消化道
尿、
体表
软组织器官
产品(奶蛋等)
三、矿物元素利用率(一)净利用率 矿物元素在体内收支平衡为基础,测定两
组矿物质沉积量: ( B2-B1) /( I2-I1) ×100%
(二)相对利用率 以动物效应为标识,用待测元素的效应与
所选含同样元素的标准物效应比较。
(三)净吸收率
( I-C1+C0) /I × 100% ,
区分内外源,采用同位素进行。
第二节 常量元素
一、钙与磷
二、镁
三、钾、钠和氯
四、硫
一、钙与磷
(一)钙、磷在动物体内的分布 含量最高, Ca+P为活重的 1-2%,体内矿物元素
总量的 3/4。 Ca的 99% 、 P的 75%-85%存于骨骼牙齿。软骨组
织中也丰富,其余 Ca主要存于细胞外液。 P除骨骼、牙齿外,分布各组织器官的细胞和血液。
骨骼牙齿中 Ca、 P存在形式 :
1. 非晶型化合物 Ca3(PO4)2、 CaCO3、
Mg3(PO4)2
2. 结晶羟基磷灰石 Ca10(PO4 )6 (OH)2
不同动物 Ca的代谢( g )
动物 年龄 体重 摄入 吸收 内源粪 Ca 内源尿 Ca 总粪 Ca 存积 Ca 分解 Ca
( kg ) 猪 15 周 35 11 4.7 1.45 0.11 7.8 13.3 10.2
绵羊 6 月 30 2.65 1.3 0.85 0.05 2.2 2.4 2.03
牛 5 周 50 5.8 5.3 0.5 0.01 1.12 15.0 10.3
牛 14 周 380 26.6 9.6 6.46 微量 23.46
( 二 )钙 Ca 、 P主要生理功能1. 骨骼、牙齿的主要成分:骨组织中灰分 25% ;骨骼灰分中钙 36% ,
磷 18% 。骨骼是动物体钙、磷贮备库,并调节血液中钙、磷水平。
2. Ca 的其他功能 :
①激活多种酶:凝血;
②维持正常的神经与肌肉兴奋性,血钙下降 , 神经、肌肉 兴奋性增强,严重时发生抽搐;
③体液调节,改变生物膜通透性;
④促进胰岛素、儿茶酚胺、肾上腺皮质固醇、甚至唾液分泌;
⑤ 产蛋、泌乳。
3.P 的其他作用: ①参与体内能量代谢 ;
②促进营养物质的吸收 ;
③保证生物膜的完整 ;
④构成 DNA 、 RNA 和一些酶的成分。
( 三 )影响 Ca、 P吸收利用的因素1.消化道酸性环境利于 Ca、 P吸收:
无机 Ca 、 P主要在小肠前端以离子吸收,有机 P主要在小肠后端吸收。若消化道 pH过高,溶解的 Ca 、 P也会结合成不溶性磷酸三钙。胃酸分泌不足, Ca 、 P吸收减少。
2. 饲料中 Ca、 P比例:
Ca 、 P供给充足,比例不当会严重影响吸收利用;
生长动物钙、磷比 1-1.5∶1 为宜,产蛋鸡 4-6∶1 。
3.VitD 促进对钙、磷的吸收与利用,并起着调节钙、磷比例平衡的作用。
4. 钙、磷来源不同,其利用率不同: (1) 植物中磷 1/3-2/3 是植酸磷(六磷酸环已酯),利用率 :猪 20-60% ,鸡 30% 甚至更低。
有效磷含量=总磷含量-植酸磷含量 或 有效磷含量=总磷含量×30% 可利用 P%= 无机 P+ 植物来源 P×30% 植酸磷与 Ca、 Mg 、 Cu 、 Mn 、 Fe 、 Zn 等离子生成稳定络合物,影响消化吸收。
瘤胃微生物可分泌植酸酶,可利用植酸磷。马、兔植酸磷利用率高于猪、禽。
(2) 植物中草酸、 FA等与 Ca 结合成草酸钙、钙皂等不溶物,降低钙利用率。
(3) 动物性饲料 Ca、 P利用率较高。
猪、禽对无机磷利用率较高, 70%以上。 在配制日粮时,动物性饲料中的 P和无机 P视为
有效磷,其总磷的含量即为有效磷的量。
例:一种大麦含总磷 0.33%,植酸磷 0.16%。一
种肉骨粉含总磷 4.7%。此大麦和肉骨粉的
有效磷含量各为多少 ?
大麦有效磷含量: 0.33%-0.16%=0.17%
肉骨粉有效磷含量: 4.7%
5.过多的 Fe、 Pb 、 Mn 、 Al 等与磷酸根形成不溶性盐,影响磷吸收;过多的 Fe、 Zn 等降低 Ca 的吸收、利用。
6. 人蛋白质摄入量明显影响尿钙排出,摄入增加,尿钙排出随之增加。
7.日粮 Ca、 P↑, Ca 吸收利用率↓。8.不同生理阶段利用率不同。 如妊娠和泌乳期、产蛋期等 Ca 、 P利用率高;
年龄↑, Ca 、 P利用率↓。
( 四 )钙、磷缺乏和过多
1. 钙、磷缺乏症 轻者,异嗜癖 ; 严重者,骨骼病变。(1) 佝偻病: 幼龄动物骨骼发育不良,钙化不全,骨骼软
弱无力,由于体重的压力,骨骺变粗,关节肿大,骨骼弯曲变形,表现为肋骨与肋软骨结合部位有念珠状突起,四肢畸形,呈“ O”或“ X”形,弓背;鸡龙骨“ S”形。
佝偻病
(2) 骨质疏松症:成年动物。骨中矿物元素含量正常,只是绝对总量减少。一是骨基质蛋白质合成障碍,减少矿物沉积,骨绝对总量减少;一是长期低钙摄入,代谢功能减弱,骨总灰分减少强度降低。
(3)骨软化症:
成年动物。 Ca 、 P、 VD3缺乏或不平衡,高产动物(奶蛋等)过多动用骨中矿物引起。
(4) 母畜产后瘫痪:
高产奶牛因缺 Ca引起内分泌异常。分娩后
产奶对 Ca需要突然增加,甲状旁腺素、降
钙素分泌不能适应这种突然变化引起瘫痪。
(5) 鸡产薄壳蛋、软壳蛋,破损率增加
2. 钙、磷过多
(1)Ca 过多,会阻碍 P、 Zn、 Mn、 Fe、 I等吸收;
(2)Ca与 FA结合成钙皂排出,降低脂肪的吸收率;
(3)P过多 , Ca、 Mg等吸收利用率下降。
(五 ) 钙、磷的来源和供给 谷物及其副产品 ( 如糠麸 )及油饼类富含 P,缺
钙 ,但其中 1/3~ 2/3为植酸磷。 幼嫩茎叶含 Ca 较高,豆科牧草 Ca较其他牧草
丰富,随成熟, Ca↓ ,其中 P也较丰富。藁秆、块根茎含P低。
动物常感不足,以矿物质饲料补充。
二、镁(一)体内的分布 占骨灰分 0.5~ 0.7%。占体重 0.04~ 0.05%。存于所有组织。其中 70%骨中,其余在细胞的内和外液,其浓度细胞内大于外。蛋壳中含少量。
( 二 )生理功能和缺乏症1. 生理功能: (1) 骨骼牙齿结构物质:磷酸盐、碳酸盐
(2) 许多酶的必需辅助因子,起着活化酶的作用 ( 如焦磷酸酶、磷酸转移酶、胆碱脂酶、 ATP酶、 肽酶等 ) ,参与多种代谢 ( 如糖、蛋白质、脂肪、能 量代谢、高能键断裂等 ) 。
(3) 维持神经、肌肉兴奋性 :抑制神经肌肉兴奋性
( 4) DNA 、 RNA 、蛋白质合成
2. 缺乏症:
不足,血 Mg↓ ,神经、肌肉兴奋性↑。
严重者发生痉挛、抽搐等症状。牛缺镁
痉挛症为缺镁典型症状。
( 三 )镁的来源与供给
饲料含有丰富的 Mg
牛在春季大量采食幼嫩青草可以引起缺镁痉挛症 ( 草痉挛 ) 。应注意补镁。
过多:降低采食量,引起腹泻等。
三、钾、钠和氯维持细胞内、外液渗透压和酸碱平衡,控制
水代谢起重要作用,各自又有特殊的作用。
( 一 )钾
1. 分布
钾约占活体重 0.2%,主要 K+ 形式存于胞内。
2. 生理功能与缺乏:
(1) 维持细胞内渗透压,保持细胞容积,维持酸碱平衡:维持胞内渗透压和酸碱平衡主要阳离子。
(2) 通过细胞对 Glc 的吸收影响 CHO 代谢;(3) 维持神经、肌肉的兴奋性和心血管的正常功能。K↑ ,神经、肌肉兴奋性↑。
此外, K+对细胞分裂过程具有特殊作用。 缺钾,神经、肌肉的兴奋性降低,全身肌肉软弱,步态不稳,心电图异常。
2. 来源与供给 : 饲料含丰富的钾,日粮一般不会缺乏。 下痢动物,因钾的损失,引起体内渗透压和酸碱平衡的失调。
( 二 )钠和氯
1. 分布与生理功能:(1)Na 约占体重 0.15%-0.25%,大部分在细胞外液。 ① 维持体液渗透压和酸碱平衡、调节体液容量: 参与水代谢、体温调节; ② 维持正常神经肌肉兴奋性和神经冲动的传递: 不足则神经、肌肉的兴奋性降低; ③ 钠由唾液入瘤胃,防止瘤胃过酸: 以碳酸氢钠的形式。
( 2)氯 主要分布细胞外液。血中以 NaCl存在,在胃 液中以 HCl存在。 主要生理功能: ①维持细胞外液渗透压; ② 胃酸的形成,保证胃蛋白酶所必需的 pH,有 助于营养物质的溶解与消化。杀菌作用。
2. 来源与供给: 饲料钠氯量常不能满足需要。食盐是主
要来源,还有调味增进采食量的作用。 缺乏症:长期摄取不足,动物活力下降、食欲减退、精神不振;生长缓慢、发育停止;成年动物体重下降;奶牛被毛逆立、体重和泌乳量下降。
3.食盐量过多 : 中毒
四、硫( 一 )分布与生理功能 1. 分布: 体内含硫 0.15%,分布全身细胞。大部分以有
机物存于毛、蹄、角、爪、羽毛的角蛋白。几乎所有体蛋白都含硫 AA(Met 、 Cys等 ),许多 H也有含硫 AA。
硫胺素、生物素、含硫粘多糖、硫酸软骨素、硫酸粘液素及谷胱甘肽等重要活性物质都含硫。
2. 生理功能: 合成各种含 S蛋白质、激素; 硫胺素参与碳水化合物的代谢;粘多糖参与胶原和结缔组织代谢等。
( 二 )来源与供给: 饲料中硫往往不能满足需要 :1.单胃动物补含硫 AA满足需要。含硫 AA
和含硫 Vit满足需要时,不会表现缺硫。2. 反刍动物不易缺乏。 反刍动物使用 NPN,易出现硫不足,可
补无机硫,满足消化道微生物合成含硫有机物需要。
缺硫影响微生物对 CF消化和瘤胃 VFA比例,日粮 N:S比 10-14∶1为宜。高产奶牛日粮S应为 DM的 0.23%-0.26%。
3.高产毛反刍动物注意补 S,单胃动物要补含硫 AA 。
含硫 AA不足单胃动物日粮中补无机 S,可改善生长发育和生产性能。
第三节 微量元素一、铁二、锌 三、铜四、锰五、硒六、碘七、钴
一、铁 含量与分布 30-70mg/kg 60-70% 于
Hb 、 2- 20% 肌红蛋白贮存器官 肝、脾、骨髓 生理功能 参与载体组成、转运和贮存营养素: 参与物质代谢: CHO代谢酶类
生理防卫机能:转铁蛋白、乳铁蛋白
铁的吸收和代谢 吸收部位 十二指肠、胃 代谢 Hb排泄 粪 缺乏 贫血
二、锌 含量与分布 10-100mg/kg 骨骼肌 50-60% 、骨骼 30% 生理功能 参与体内酶组成: 200 多种 维持上皮细胞和被毛的正常形态、 生长和健康:胱氨酸、粘多糖 维持激素的正常作用:胰岛素 维持生物膜的结构和机能:
吸收代谢
吸收 非反刍 小肠、反刍 真胃小肠 代谢 肝排泄 胆汁、胰液其他消化液 缺乏 皮肤不完全角质化
三、铜 含量与分布 2-3mg/kg 肌肉 肝 生理功能 金属酶组成部分:细胞色素氧化酶
维持铁的正常代谢: Hb、红细胞成熟
参与骨的形成:骨细胞、胶原、弹性蛋白
Cu 的吸收代谢 吸收 消化道各段(主要小肠) 铜蓝蛋白 代谢 肝 肝细胞的 Cu形成含 Cu巯基 His三甲基内盐再到酶 缺乏 贫血低色素小红细胞性贫血、正常色素或正常红
细胞性贫血、低色素和大红细胞性贫血; 骨折、骨畸形
四、锰 含量分布 0.2-0.3mg/kg 骨、肝、肾、胰 吸收 十二指肠 代谢 经肝通过胆汁和胰腺分泌排出 缺乏 滑腱症禽类,胫骨和跖骨之间的关节肿
大畸 形胫骨扭向弯曲,长骨增厚缩短,腓 肠肌腱滑出骨突,严重者不愿走动、 不能站立、甚至死亡 过量 生长受阻,贫血,胃肠道损伤
五、硒 含量分布 0.05-0.2mg/kg 肌肉、肝、肾 Se 结合蛋白质 营养功能 参与谷胱甘肽过氧化物酶组成 吸收 十二指肠、空肠、回肠 缺乏和过量 肌肉营养不良或白肌病: 渗出性素质: 胰腺纤维变性: 繁殖性能:
六、碘 含量分布 0.2-0.3mg/kg 全身都有, 70- 80% 甲状腺 生理功能 参与甲状腺组成,调节代谢维持体内热平衡 吸收 消化道各部位排泄 尿液 缺乏 甲状腺肿
七、钴
含量分布 均匀 有机钴 生理功能 参与构成 B12排泄 尿液、胆汁 缺乏 贫血
八、钼含量分布 1.5mg/kg
生理功能 黄嘌呤氧化酶或脱氢酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶等的成分,参加体内氧化还原反应
排泄 肾、胆汁、产品
九、氟
分布 骨、牙齿 生理功能 保护牙齿,预防骨质疏松
症 过量
十、铬 分布 分布广 生理功能 与尼克酸、甘氨酸、谷氨酸、胱氨酸 形成有机螯合物,有类似胰岛素的生 物活性,调节三大物质代谢;抗应激排泄 尿、胆、毛、汗 缺乏 胰岛素升高,生长受阻 过量 接触性皮炎、鼻中隔溃疡或穿孔
十一、其他微量元素 镉 镍 钒 硅 锡 砷 铅 锂 硼 溴
复习思考题一、问答题:
1. 矿物元素的一般作用有哪些 ?
2.为什么日粮中钙、磷满足了动物的需要,有时还会出现钙、磷缺乏症 ?
二、画表:
列出各种矿物元素的主要作用、缺乏症以及与其他养分的主要关系。