鉀、鎂和硫在動物營養(yǎng)中的作用

xiaowen0208 · 發(fā)表于 2007-10-25 09:43:13

　　多年來鉀、鎂和硫一直被認為是維持生命所必須的營養(yǎng)因子。對于這一點，科學家和應用營養(yǎng)師意見是一致的。但是，在討論這些礦物質的營養(yǎng)需要水平，各種形式存在的礦物質的推薦量和生物學效價時，觀點往往是不同的。
　　盡管這三個元素都被歸類為必須的，但是有些觀點認為常規(guī)飼料原料中的含量已經足夠。因此我們沒有必要考慮在飼料配方中額外添加這些元素。結果對這些元素的營養(yǎng)需要和飼養(yǎng)水平研究上已經遠遠落后于對其它常量元素如鈣和磷的研究，也落后于微量元素的研究。然而，在今天集約化養(yǎng)殖的條件下，由于動物品種的不斷改進，生長速度的提高，各種副產品在飼料中的使用以及它們的營養(yǎng)成分的變異幅度，這些元素的需要再也不能被忽視了。為了最大限度地發(fā)揮動物的生產性能和最大的經濟效益，我們必須重新考慮動物的鉀、鎂和硫的營養(yǎng)。
　　鉀
　　鉀是動物體內僅次于鈣和磷的第三豐富的礦物質元素。從體內儲存量來看，它是重要的礦物質元素之一。與鈉不同的是，鈉主要存在于細胞外液如血漿中，而鉀主要存在于細胞內液中。
　　作為體內一個重要的電解質，鉀參與細胞的酸堿平衡、離子平衡、水平衡、和滲透壓的保持。在維持這些重要功能中起著舉足輕重的作用。
　　鉀在幾個酶控生化反應中起著激活和輔酶的作用。這些反應包括能量的轉換和利用、蛋白質合成和碳水化合物代謝。鉀也參與磷的代謝反應，由于磷代謝在體內是最為普遍的，因此，細胞中的大量代謝反應離不開鉀離子。
　　鉀也參與神經和肌肉細胞的電傳導和神經脈沖的傳遞。這些包括鉀鈉離子穿越細胞膜的主動運輸，許多酶控系統(tǒng)參與這些反應。
　　許多大學的研究表明，鉀在豬的蛋白質代謝中作用非常明顯。普度大學的研究表明添加0.4%的鉀離子使得日糧鉀水平提高到1%，青年母豬和閹公豬的平均日增重分別提高12%和20%。該試驗所使用的日糧的蛋白質含量為13.3%，賴氨酸的添加量我0.15%。
　　適當的鉀和鈣平衡是正常肌肉收縮所必須的。鈣鉀比例過高會導致肌肉維持在完全收縮狀態(tài)，導致我們常見的鈣僵直。相反，如果鉀離子的濃度高于鈣濃度，會使肌肉松弛，所謂的鉀抑制。此外，鉀離子也參與其它代謝功能。但是，詳細的討論超出了本文的范圍。
　　鉀也是主要的動物產品如牛奶、肉類和雞蛋中的組成部分。許多人包括營養(yǎng)師都沒有意識到鉀是奶中最為豐富的礦物質。實際上，牛奶生產的鉀需要遠遠超過對鈣和磷的需要量。例如，一個奶牛每天生產40 公斤牛奶，單產奶所需要的鉀就有60克之多。而產奶的磷和鈣的需要量分別為40 和 48 克。據估計，奶牛鉀采食量的25% 到 40% 立即被分泌到奶中。
　　此外，奶牛維持其它生理功能也需要鉀離子。如果日糧中的鉀濃度不夠或鉀的采食量不足會導致體重下降或產奶量降低。長期的鉀負平衡必然會造成生產性能下降和疾病。
　　由于在體內鉀是一個流動性強并處于動態(tài)平衡的礦物質元素，必須依賴每天從日糧中攝取。鉀離子除了作為正常細胞功能所必須的元素，在肌肉和神經中儲存一定量之外，在體內其它組織中并沒有適當的儲備。這一點與鈣和磷是不同的，骨骼中儲存著大量的鈣和磷元素。
　　鎂
　　體內的鎂離子，大約70%儲存在骨骼中， 29%的在軟組織細胞中，其余1%存在于細胞外液中。骨骼中的鎂不僅有它的結構性功能，而且起著體內儲備的作用。隨著動物到達成熟，動物動用骨骼鎂的能力急劇下降。成年動物僅可以動用骨骼鎂儲備的大約2%來滿足它們的生理需要。而對于年輕動物，如果日糧鎂的采食量不足，它們可以動用大約骨骼總鎂量的30%，因此，對于成年動物，通過日糧來滿足它們的鎂需要是非常重要的。
　　鎂對體內的許多酶具有激活作用。因為它參與幾乎所有的蛋白質合成和能量代謝，鎂幾乎介入所有的體內代謝功能。盡管我們對許多生理系統(tǒng)中鎂所起的作用有非常清楚的了解，但基于現(xiàn)有的知識，我們仍然無法完全解釋缺鎂癥時的許多癥狀。
　　缺鎂時由于神經傳遞和肌肉收縮增加，導致動物煩躁易怒。事實上，最常見的缺鎂癥狀是動物高度興奮并容易激怒，幾乎所有動物都會如此。青草抽搐癥(缺鎂癥)是一個典型的例證，癥狀包括動物運動不協(xié)調，容易興奮，厭食，泌乳量降低，過量唾液分泌，眼睛遲鈍，肌肉顫動，咬牙，易怒，痙攣，昏厥最后導致死亡。
　　早期的研究表明鎂可以使動物鎮(zhèn)靜。鎂也是機體內重要的電解質之一。它是僅次于鉀離子的細胞內第二大電解質。
　　硫
　　硫無疑也在動物營養(yǎng)中非常重要。該元素在反芻動物營養(yǎng)中比在豬雞營養(yǎng)中得到的重視更多。很早的研究認為大多數動物包括家禽的硫需要能夠從兩個含硫氨基酸(蛋氨酸和胱氨酸)中的硫得到滿足。事實上，以前的報道認為單胃動物不能利用以元素或硫酸鹽形式存在的硫。而現(xiàn)在的研究表明早期的研究結論值得提出質疑。事實上，現(xiàn)在的研究結果毫無疑問地證實無機硫是完全能夠被動物吸收和利用的。
　　含硫氨基酸在蛋白質結構中據有舉足輕重的作用。肽鏈之間的二硫鍵交叉連接對于決定蛋白質的二級結構是非常重要的。蛋白質的功能多種多樣，包括結構組成(膠原蛋白)，催化劑(酶)，攜帶氧氣(血紅蛋白)，激素(胰島素)，和許多其它功能。
　　硫元素的代謝功能主要來源于蛋白質中的含硫氨基酸，游離含硫氨基酸，以及一些低分子量的其它含硫化合物。除了含硫氨基酸在蛋白質中起的結構性功能之外，巰基是酶的活性位置的組成部分。據估計，如果巰基團被破壞，大約90%的酶就會失去活性。
　　由于硫元素在蛋白質結構和酶的活性中所起的重要作用，它幾乎參與所有的機體代謝過程。除了它在蛋白質中的角色，硫元素作為維生素如硫胺素和生物素的組成也參與其它代謝過程。此外，以硫酸根形式存在的硫離子在許多代謝產物從尿液中排出前的脫毒過程中有著重要作用。
　　硫酸鹽在家禽中的使用
　　以硫酸根存在的硫離子是多糖化合物的重要組成部分。而這些多糖于特定的蛋白質結合形成粘多糖。
　　軟骨素是一個這種粘多糖的重要例證之一。軟骨素是軟骨、骨骼、肌肉韌帶和血管壁的必須結構組成。動物需要大量的硫元素來合成軟骨素。如果硫化物的含量太低，動物必須利用含硫氨基酸來滿足軟骨素合成所需要的硫元素。因此，硫化物的添加能夠節(jié)省不必要的胱氨酸和蛋氨酸的分解代謝。
　　為了證明早期研究的結果，弗羅里達大學的Harms 博士和他的同事們進行了一系列的研究來決定硫酸鹽在家禽日糧中的作用。他們的研究表明在飼喂純化日糧時，即使日糧的含硫氨基酸濃度在0.83%的情況下，添加無機硫酸鹽仍然提高雞的生產性能。根據他們的試驗結果， Harms博士做了進一步的研究以檢驗在實際生產日糧中添加無機硫是否可以替代部分蛋氨酸來滿足家禽對無機硫的需要。結果發(fā)現(xiàn)在實際生產日糧中添加無機硫可以取得部分蛋氨酸，而且結果非常恒定。表一列舉了其中一個試驗的結果供大家參考。

表1. 在八個星期玉米豆粕日糧中添加蛋氨酸或硫酸鈉對肉雞的體重和飼料轉換率的影響

日糧處理	體重 (g)			飼料增重比
日糧處理	公雞	母雞	平均	飼料增重比
對照	1459	1246	1353	2.23
對照 + 0.075% 蛋氨酸	1542	1303	1423	2.18
對照 + 0.5% Na2SO4	1580	1277	1429	2.18

對照組日糧中含硫氨基酸分別為0.40%蛋氨酸和0.39%胱氨酸。在對照組日糧中添加0.075%蛋氨酸可以顯著提高日增重，這說明像作者預料的一樣，日糧中缺乏蛋氨酸。當使用0.5%硫酸鈉取得添加的蛋氨酸后，日增重相同。添加蛋氨酸或硫酸鈉都提高了雞的飼料利用率。
給火雞日糧中添加無機硫的結果與雞相同。表2對Harms博士和他的同事們在火雞試驗進行了總結
表 2. 添加蛋氨酸或添加硫酸鈉對小火雞增重和飼料利用率的影響

日糧	體重 (g)	飼料和增重比
基礎日糧	481d	1.356a
+ 0.105% 蛋氨酸	581c	1.316ab
+ 0.25% Na2SO4	511c	1.326a
+ 0.105% 蛋氨酸 + 0.25% Na2SO4	531bc	1.321a
+ 0.21% 蛋氨酸	544ab	1.240b
+ 0.21% 蛋氨酸 + 0.25% Na2SO4	556a	1.293ab

　　同樣，基礎日糧的含硫氨基酸不足(0.76%)。三周令時的體重和飼料利用率看表二，添加0.105%蛋氨酸或0.25%硫酸鈉都顯著提高體重(日增重)。不難想象，添加蛋氨酸能提高日增重。因為基礎日糧缺乏蛋氨酸。有趣的是，盡管在統(tǒng)計檢驗中差異不顯著，在添加了0.105%或0.21%蛋氨酸的日糧基礎上添加0.25%硫酸鈉都得到了增重和飼料利用率的進一步提高，添加蛋氨酸或硫酸鈉都提高了飼料利用率。

　　這些研究證明，與肉雞相同，火雞也可以利用硫酸鈉中的無機硫來替代和滿足部分含硫氨基酸需要。Harms博士的假設是家禽沒有對硫酸根本身的需要而是通過轉換成胱氨酸來節(jié)省蛋氨酸。

　　Harms 博士也對蛋雞做了研究，結果表明像肉雞和火雞一樣，蛋雞也可以利用無機硫來取得部分含硫氨基酸需要。

　　反芻動物的硫需要

　　俄漢俄州立大學的Conrad 和 Bouchard博士們在奶牛上做了一系列有趣的研究。他們對不同來源和水平的硫來源進行了研究和對比，所使用的日糧為半純化日糧或玉米豆帕日糧。

　　在含有0.10%硫的半純化日糧中添加硫酸鈉或得乃美(硫酸鉀鎂)使得完全日糧中的硫含量提高到0.18%和0.24%。飼喂缺乏硫的基礎日糧時，奶牛的采食量，干物質消化率和產奶量降低，而且引起動物硫負平衡。添加得乃美或硫酸鈉提高了干物質采食量，干物質消化率和產奶量。但是，在添加同樣量的硫元素的情況下，得乃美在提高動物的氮和硫沉積上優(yōu)于硫酸鈉。當得乃美添加在玉米豆粕日糧中使得日糧的含硫量提高到0.2%時，與沒有添加硫的日糧(0.125 硫)相比結果請看表3：

表 3. 添加得乃美試驗結果對比

參數	基礎日糧	基礎日糧 + 得乃美
干物質消化率	67.0%	69.4%
硫沉積	1.0 g/天	5.4 g/天
表觀硫消化率	47.7%	66.6%
利用吸收的氮產奶和組織沉積效率	48.5%	52.9%
N:S 比	19.0	11.4

與基礎日糧相比，添加得乃美把干
　　物質消化率從67%提高到69.4%(P<.05)。硫在組織中的沉積從1克/天提高到5.4克/天，表觀硫消化率從47.7%提高到66.6% (P<.05)，被用來生產牛奶和組織沉積的吸收氮利用率從48.5%提高到52.9%，因此，作者作出結論認為高產奶牛日糧中的含硫量至少應該在0.20%。
　　反芻動物日糧中的氮硫比
　　對于反芻動物，硫與氮的利用率直接相關。正是因為如此，在配制奶牛日糧時，研究人員專門制定了日糧氮硫飼喂指南。當日糧中的硫含量不足時，硫缺乏的影響與其它營養(yǎng)的缺乏(如蛋白質和能量的缺乏)相比顯得并不明顯。但是，如果日糧中的氮硫比不適當，動物對蛋白質或氮的利用率會降低。主要是由于瘤胃微生物對蛋白質的利用率降低所至。
　　研究人員普遍公認日糧中的氮硫比應該在大約10:1。這個比例對含有無機氮的日糧尤其重要，許多飼料原料的氮硫比大于10:1。
　　通過循環(huán)返回到瘤胃的氮和返回到瘤胃的硫有一個比率，該比率一般為70 到 80比1。因此，很顯然，由于硫元素的缺乏，動物無法有效地利用循環(huán)返回到瘤胃中的氮。在這種情況下，添加無機氮而不考慮添加無機硫是毫無意義的。為了使用者的方便，作者在表4中列舉了一些日糧粗蛋白質水平以及相應的硫水平。在這些相應的水平下，氮硫比達到理想狀態(tài)。
　　
表 4. 達到10:1氮硫比的反芻動物飼料中的硫水平

粗蛋白質水平 %	硫水平 %
10	.160
11	.176
12	.192
13	.208
14	.224
15	.240
16	.256

營養(yǎng)在飼料原料中的含量變異和利用率

在討論礦物質營養(yǎng)時，我們首先應當注意到的是不同來源的礦物質它們的利用率是不同的。盡管關于不同來源的鉀，鎂和硫的利用率上還有許多工作要做，已經有大量的文獻可供參考。 Herbert Peeler博士在動物科學雜志中發(fā)表的綜述文章提供了許多有價值的參考。簡單地說，溶解性好的硫來源如硫酸鈉，硫酸鉀和硫酸鎂可以被家禽很好利用，而硫酸鈣的利用率很低。盡管反芻動物可以利用硫磺，許多研究表明硫酸根中的硫利用率更好。關于各種來源的硫的利用率，沒有一個統(tǒng)一的定論，但是， Conrad博士的研究表明不同來源的硫利用率的確不同。

表 5. 鎂離子在玉米中的變化 (毫克/公斤) 數據基于1萬個樣品

州名	低值	高值	平均
伊利諾	900	1600	1250
依阿華	200	3300	1750
堪薩斯	1000	1700	1350
明尼蘇達	800	3500	2150
密蘇里	900	1700	1300
內布拉思加	900	1600	1250
南達科他	1000	1800	1400
威斯康新	900	1900	1400
平均	825	2137	1481

除了利用率之外，在進行飼料配方設計時，工作人員也應當注意到飼料原料的組成變化。正是由于原料的營養(yǎng)成分的變異，想要設計一個配方來僅僅滿足動物最低營養(yǎng)需要是不實際的。營養(yǎng)師有責任在配制日糧時考慮一定的安全系數以保證動物不會因為原料成分的不穩(wěn)定導致的營養(yǎng)缺乏。安全系數的大小決定于日糧成分變異幅度的大小，如果變異幅度大，那么安全系數就應該大。表5列舉了鎂離子在不同產地玉米中的水平變化。

表6. 佐治亞州作物的植物組織礦物質成分

	玉米		大豆		海岸狗牙根草		狐茅屬草
	K	Mg	K	Mg	K	Mg	K	Mg
采樣數	372		272		168		59
平均, %	2.22	0.17	2.13	0.345	1.84	0.165	2.99	0.315
高值, %	2.79	0.27	2.75	0.44	2.28	0.20	3.44	0.37
低值, %	1.58	0.11	1.45	0.19	1.53	0.13	2.59	0.28

表7列舉了在美國中西部地區(qū)三年的苜蓿干草鉀和鎂元素含量.
表7. 苜蓿干草的成分變異

	鉀 (%)	鎂 (%)
密西根, 1969	1.69	0.22
密西根, 1970	2.45	0.27
普度, 1965	2.21	0.25

干草通常被認為是動物鉀離子的重要來源。但是，鉀離子的含量隨著季節(jié)和年度的變化而變化。
密蘇里大學的Pfander教授很早就報道過狐茅屬草的鉀離子在冬天和早春含量大量下降。
當在飼喂低鉀日糧的綿羊日糧中添加氯化鉀時，綿羊的生產性能明顯改善。

表 8. 不同月份收割的狐茅屬草鉀含量變化

收割月份	% 鉀
十月, 1969	1.16
二月, 1970	0.54
十一月, 1970	1.90
十二月, 1970	1.42
三月, 1971	0.41

表9是從得克薩斯州草地中收獲的牧草的礦物質成分變化.?？梢钥吹狡咴路莸拟浐渴且辉路莸?倍之多。表 9. 野牛草和格欄馬草的礦物質含量變化

	% 鉀	% 鎂	% 硫
一月	0.23	0.10	-
六月	0.75	0.13	0.15
七月	0.69	0.10	0.07
九月	0.36	0.07	0.06

　　研究表明給放牧的肉牛額外添加鉀離子可以改進生產性能。

　　內布拉思加大學的Clanton博士對草地飼草的營養(yǎng)變化做了多年的研究。在氮硫比適宜的情況下，給放牧的動物添加鉀離子可以改進非蛋白氮的利用率。

　　鉀鎂硫在動物營養(yǎng)中的需要

　　為什么日糧中鉀鎂硫水平對家禽和家畜如此重要？表10列舉了一些對生產者和飼料公司感興趣的而且直接影響利潤率的生產性能。許多這些生產性能都是相互關聯(lián)的.，一個的改進可以導致另一個的提高。

表10. 適宜的 K, Mg 和 S 水平對下列生產性能有著直接影響:

牛奶產量	蛋殼質量
采食量	蛋白質利用
飼料利用率	纖維消化
生長	繁殖性能
羽毛生長	抗應激
產蛋量

　　鉀硫鎂都會影響奶牛的產奶量。飼喂精料多的情況下，提高日糧鎂離子水平可以部分校正乳脂率低的問題。Adams博士認為硫酸根也會起到一定的效果。
　　高產奶牛為了滿足產奶的需要，每天應該有大量的日糧鉀離子攝入量。我們知道牛奶的成分是較為恒定的，因此，限制鉀的采食量會降低產奶量。對于產奶動物包括奶牛和泌乳母豬，每天采食足夠的鉀離子是非常重要的。
　　在所有的動物中，一個非常明顯的現(xiàn)象是即使鉀鎂硫任何之一稍有缺乏，都會減少采食量。采食量量的大小直接決定著動物的生產性能。沒有足夠的采食量，生產性能就會降低。
　　鉀和硫都對動物的飼料利用率有影響。牛、豬和家禽的研究都證明了這一點，而且生長率也會因此受到影響。
　　研究資料和生產實踐都證明添加硫有助于家禽的羽毛生長，這一點很容易理解。因為羽毛主要是由蛋白質組成，而含硫氨基酸是羽毛蛋白的一個重要結構成分。此外，硫酸鹽的添加改進產蛋量。研究也表明鎂離子的添加能夠改進蛋殼質量。
　　我們以前已經闡述過，硫對于反芻動物是非常重要的。特別是它對蛋白質利用率的影響。鉀和鎂參與許多代謝反應，因此它們也間接影響營養(yǎng)包括蛋白質的代謝。
　　硫離子及其在日糧中的含量直接影響到纖維素的消化率，而提高纖維素消化率有利于提高產奶量，飼料利用率和生長。
　　鉀鎂硫對于繁殖系統(tǒng)的正常功能和效率是必須的。足夠的日糧鉀鎂硫有利于提高繁殖力。
　　鉀和鎂參與體內的電解質，酸堿平衡和體液平衡。因此，在應激狀態(tài)下，足夠的鉀和鎂對于緩解應激和由此引起的一系列問題是非常重要的。比如，豬的咬尾問題與圈舍過于擁擠和其它應激狀態(tài)有關。研究表明在日糧中添加鉀和鎂可以顯著地減少咬尾問題。這可能是由于這些元素據有我們前面談到的鎮(zhèn)靜作用。提高鉀和鎂在家禽和其它動物日糧中的濃度也有利于降低動物的煩躁和應激。
　　鎂和鉀作物電解質的另一個作用是它們減少肉類縮水的角色。在家禽和豬上已經做了一些工作。而且一些研究證明添加鉀和/或鎂可以減少PSE豬和活重的脫水。肉牛上的工作也在進行。
　　作為電解質，鎂、鉀和硫化合物也被廣泛用來作為動物輕泄劑。這一功能特別在產前和泌乳母豬日糧中得到了廣泛使用。比如，在日糧中添加1.0%到1.5%硫酸鉀鎂，可以有效的防止母豬便秘，提高仔豬成活率和日增重以及母豬的繁殖性能。

　　鉀鎂硫在的推薦量

　　David Beede博士推薦把泌乳奶牛日糧的鉀水平提高到1.5-1.8%，
　　結合 0.4-0.6% 鈉離子和 0.35% 的鎂離子，可以有效地克服熱應激。

　　Dave Hutcheson博士給剛剛到達肥育場的肉牛持續(xù)14天飼喂含有1.4%鉀的日糧，有效地減少了死亡率和疾病的發(fā)生，肉牛的28天增重明顯提高。
　　根據大量的試驗結果并結合實際生產經驗，我們建議各種動物日糧中的鉀鎂硫最低含量，請大家見表11。

表 11、 IMC 推薦量

	鉀, %	鎂, %	硫, %
肉雞	0.7 – 0.8	0.1 – 0.2	-
蛋雞	0.6 – 0.8	0.15 – 0.18	-
火雞	0.7 - 0.8	0.16 – 0.22	-
豬	0.6 - 0.8	0.13 – 0.27	-
產前奶牛(無陰離子日糧)	0.8-1.0	0.30 - 0.35	0.2-0.25
產前奶牛(有陰離子日糧)	0.65	0.40 – 0.45	0.3 – 0.4
泌乳奶牛	1.0 - 1.8	0.3 – 0.35	0.2 – 0.30
肉牛	0.8 – 0.9	0.2 – 0.35	0.15 – 0.2
綿羊	0.8 – 0.9	0.2 – 0.25	0.15 - 0.2
馬	0.6 – 0.8	0.2 – 0.25	0.15 – 0.2

總結

　　總而言之，在本文中，我們對鉀硫鎂在動物營養(yǎng)中的作用進行了探討。研究表明作為營養(yǎng)成分，鉀、硫和鎂離子對動物生產和經濟效益有著直接的影響。在現(xiàn)代集約化的動物生產和管理條件下，許多因素與以前不同，如遺傳基因和動物品種的變化，生長率的提高，工業(yè)副產品以及低質量的飼料原料在飼料中的廣泛使用，擁擠的圈舍，原料成分的不穩(wěn)定性，等等因素都給對動物營養(yǎng)和飼料配制提出了更大的挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)要求我們在生產實踐中充分利用現(xiàn)有的營養(yǎng)和飼料生產知識，并在使用這些知識的同時不斷地創(chuàng)新。為了達到最大的經濟效益，我們應該盡我們的最大努力生產營養(yǎng)全面且經濟效益高的飼料產品，合理地使用含鉀、鎂和硫的理想飼料原料來滿足動物對這些元素的需要，能夠幫助我們達到最大經濟收益。