有机微量元素对种蛋蛋壳质量的增强作用

蛋壳是种蛋天然的生物保护屏障，具有保护种蛋内容物免受外力冲击和微生物入侵等功能 。蛋壳质量受蛋龄增加及饲粮中矿物质不足等影响，产蛋后期的蛋壳质量显著低于产蛋初期和产蛋高峰期，严重影响种蛋合格率。为减少因蛋壳质量问题导致的经济损失，目前大量研究主要集中于通过遗传改良、环境控制和营养调控改善蛋壳质量，尤其是在营养调控方面，如钙、磷、维生素 D3以及饲粮中锌、锰、硒、铜、铁等微量元素添加改善蛋壳结构特征和质量已有详细的研究。

在传统的种鸡饲粮配制中，使用的大多数矿物质来源于氧化物、硫酸盐、碳酸盐和磷酸盐等价格低廉的无机化合物。许多无机来源的微量元素是高度可溶的，在消化过程中易分解，容易与肠道内的植酸、单宁等抗营养因子结合，从而降低生物利用率和吸收率，与此同时超量添加不仅影响其他营养物质的吸收利用，还会导致动物造成氧化损伤，并对环境造成压力 。

用有机形式的微量元素代替硫酸盐来源等无机化合物可降低这种不良影响。有机微量元素具有吸收率好、稳定性强等特点，在改善产蛋后期蛋壳品质方面效果优于无机微量元素。根据中华人民共和国农业部第 2625 号公告对锌、铜等微量元素添加量的限制，本就吸收率不高的无机微量元素难以保证使用效果。如何在种鸡生产中有效利用有机微量元素，是改善蛋种蛋壳质量仍需考虑的一个重要问题。因此，本文从不同的有机微量元素调控产蛋后期蛋壳质量的作用机制进行综述，为其今后在种鸡生产中的运用提供参考。

1 蛋壳的组成与结构

延长产蛋周期为种鸡所带来的效益是毋庸置疑的，但随着种鸡年龄的增长，产蛋率下降至70%以下，子宫内膜的形态发生变化，导致蛋壳微观结构缺陷，从而影响蛋壳强度，造成破蛋率的升高，蛋壳质量下降。种蛋在收集和运输过程中更容易破损并受到微生物污染，因此克服年龄对蛋壳质量造成的负面影响对产蛋后期蛋品质至关重要。  

1.1 蛋壳的组成成分 蛋壳主要由无机物和有机物组成，其中无机物主要以碳酸钙为主，约占蛋壳质量的 95%，此外还有少量的锰、镁、钠、锌和钾等。蛋壳的有机成分主要包括有机基质和蛋壳膜，BenavidesReyes 等通过热重仪测定发现，蛋壳有机物约占蛋壳质量的 4.0%，蛋壳膜约占 3%，另1%是闭塞在蛋壳矿物中的有机基质。蛋壳的基质蛋白通过控制方解石晶体的大小、形状、分布结构来影响晶体的沉积过程。蛋壳膜是一种纤维膜，由内膜和外膜组成，位于蛋清和矿化蛋壳之间，其特异性的不同蛋白家族包括富含半胱氨酸的蛋壳膜蛋白（CREMPs）、胶原蛋白、组蛋白、禽β-防御素（AvBDs）、赖氨酸类氧化酶 2（LOXL2）和卵巢蛋白-36（OCX36），在蛋壳钙化中，保护种蛋免受微生物入侵。

1.2 蛋壳的结构与形成 电镜扫描蛋壳纵切面结构，可观察到蛋壳的超微结构从内到外依次为未钙化的内壳膜、外壳膜、乳突层、栅栏层、垂直晶体层和角质层，其中栅栏层由碳酸钙方解石晶体组成，是乳突层厚度的3倍，为蛋壳主要的受力部位。蛋壳矿化随着方解石晶体的形成而被激活，并在细胞外基质子宫液中的酸性介质中发生，经过初始阶段、线性沉积阶段和钙化终止阶段，蛋壳形成为高度有序的矿化结构。蛋壳在形成过程中逐渐与蛋壳超微结构建立紧密关系。输卵管漏斗靠近卵泡，将其包围，卵子从卵泡排出后进入漏斗部，在该部位停留15~17 min，完成受精，经过膨大部，形成蛋白，输卵管峡部是膨大部和蛋壳腺的桥梁，排卵后2~3 h 进入输卵管峡部，经 1~2 h 蛋壳膜形成，为蛋壳钙化提供结构基础，同时防止病原体入侵。当种蛋进入蛋壳腺后，碳酸钙沉积在外壳膜的纤维上，并开始沉淀形成蛋壳 。

2 有机微量元素对种鸡产蛋后期蛋壳质量的影响 有机微量元素包括金属络合物、金属氨基酸络合物、金属多糖复合物、金属丙酸盐及酵母衍生物复合体等，参与酶的合成、免疫反应、胚胎发育，对蛋壳形成和抗氧化应激等具有重要的生物学意义，是种鸡生长所需的重要营养物质。比较添加有机和无机混合物的效果，发现有机微量元素可显著提高种蛋中锰、锌、铜、铬含量，蛋壳中锌、铬的含量。目前种鸡生产模式下产种鸡饲粮中通过使用有机微量元素调控蛋壳质量，改善肠道吸收、提高生物利用率，减少无机微量元素过量添加导致的环境污染 。  

2.1 有机锌对产蛋后期蛋种蛋壳质量的影响 锌是种鸡必需的微量元素，与蛋壳的形成密切相关，参与白蛋白沉积并作为碳酸酐酶供应碳酸盐离子的辅因子，在蛋壳形成过程中提供碳酸盐离子，通过增加蛋壳腺中的钙沉积、白蛋白和钙结合蛋白（CaBP-D28k）mRNA 浓度来提高蛋壳质量，减少无壳蛋产量，降低种蛋破损率。研究表明，与不额外补充锌的基础日粮和硫酸锌相比，种鸡饲粮中添加80 mg/kg蛋氨酸锌能够显著提高血清中碳酸酐酶、碱性磷酸酶（AKP）活性以及蛋壳腺中 Ca2+ 浓度，增加蛋壳内表面纤维直径、蛋壳横切面钙沉积，降低乳突体宽度，促进蛋壳中钙的均匀分布。锌是碳酸酐酶和金属酶的组成部分，广泛存在于食物中，谷类和豆类中锌的含量较高，但由于植酸盐的存在，生物利用率较低。种鸡饲粮中最常用的锌是硫酸盐形式的无机锌，为减少水状排泄物，种鸡饲粮中通常会添加比推荐量（35 mg/kg）更高的锌。锌缺乏或过量会引起代谢紊乱、失衡及其他症状，在高锌摄入量的情况下，肠道锌的吸收量减少，同时过量的锌摄入减少铜的吸收，导致排泄物中锌残留量提高。目前多数研究认为，在种鸡饲粮中添加如蛋氨酸锌、赖氨酸锌和苏氨酸锌等锌螯合物比无机形式的硫酸锌或氧化锌吸收和利用率更高。将饲粮中无机锌与氨基酸络合锌的添加水平同时从65 mg/kg降至40 mg/kg， 添加氨基酸络合锌的蛋壳厚度显著提高。此外，有机锌作为一种金属氨基酸螯合物对增强老 龄种鸡的蛋壳厚度、蛋壳强度，改善蛋壳微观结构，降低种鸡破蛋率具有积极作用。研究表明，在产蛋后期种鸡饲粮中添加羟基蛋氨酸锌，随添加量增加，破蛋率显著降低，在饲粮中添加80 mg/kg羟基蛋氨酸锌时，能显著提高蛋壳重、蛋壳密度、蛋壳强度及蛋壳中的锌浓度和钙浓度，此外需要注意的是，添加 20 mg/kg 羟基蛋氨酸锌可能会导致肝脏中锌和钙的含量下降。因此，产蛋后期种鸡饲粮补充有机锌能促进蛋壳钙的沉积，有效降低种鸡由于周龄增加对蛋壳厚度和强度的负面影响。

2.2 有机硒对产蛋后期蛋种蛋壳质量的影响 硒是重要的微量营养素之一，在提高母鸡产蛋性能、调节氧化还原状态、免疫反应、生殖和多种代谢中发挥重要的生理作用。 种鸡饲粮添加剂中硒的来源主要有两种，即无机硒（如硒酸钠、亚硒酸钠）和有机硒（如酵母硒、硒代蛋氨酸等）。过量的无机硒摄入可能会导致氧化损伤，考虑到硒的毒性及其低利用率，在饲粮中添加过量的亚硒酸钠对环境污染大等，大部分国家限制了无机硒在饲料中的应用。有机硒较无机硒具有更好的吸收率和生物安全性。酵母硒通过提高蛋壳抗氧化能力和组织硒沉积（较无机硒相比，种蛋中硒沉积率提高47%）、调节蛋壳矿化等过程，提高蛋壳强度，降低蛋壳透光率。卵巢蛋白（OCX）是一个由三种蛋白质（OCX32、OCX36、 OCX21）组成的家族，可保护种蛋免受微生物入侵，在蛋壳矿化过程中发挥着重要作用。Muhammad 等通过测定种鸡输卵管硒蛋白基因的相对表 达发现，添加酵母硒可显著提高OCX36 mRNA表达水平，而不添加酵母硒组的种鸡壳腺 OCX36 的mRNA表达水平最低。在目前的研究中，蛋壳厚度、蛋形等种蛋的物理品质因素由这些基因的mRNA表达决定，基质蛋白的缺乏可能会导致矿化过程完全停止。此外，在产蛋后期饲粮中加入 0.6 mg/kg 酵母硒，可显著提高蛋壳强度和蛋壳厚度，改善机体抗氧化性能。另有研究表明，在种鸡饲粮中，联合使用 0.6 mg/kg 酵母硒与 500 mg/kg 苜草素，能够促进钙、磷吸收，提高蛋壳强度，改善种蛋品质 。因此认为，在产蛋后期种鸡饲粮补充有机硒能调节蛋壳矿化过程，有助于提高产蛋后期蛋壳的厚度和强度。

2.3 有机锰对产蛋后期蛋种蛋壳质量的影响 锰是糖胺聚糖（GAG）合成代谢酶的活性因子，对参与黏多糖形成糖基转移酶的激活具有积极作用，蛋壳强度与蛋壳腺体中的糖胺聚糖密切相关，锰通过促进蛋壳腺中糖胺聚糖和糖醛酸的合成，增加纤维调节蛋白（FMOD）、凝血酶敏感蛋 白 2（THBS2）、Ⅻ 型 胶 原 α1 链（COL12A1）、 CaBP-D28k 的基因表达，改善蛋壳质量，维持蛋 壳乳突层的结构和功能，有助于蛋壳有机基质的形成。产蛋后期蛋种蛋壳胶护层中多糖含量减少，栅栏层和乳突层呈现先上升后下降的趋势，糖基化程度、蛋壳强度、蛋壳厚度随种鸡日龄的增加逐渐降低。锰缺乏会降低蛋壳基质中氨基己糖含量，导致乳突层蛋壳超微结构发生改变，产生粗糙且半透明的蛋壳。已有研究表明在产种鸡饲粮中添加无机锰或有机锰，可影响蛋壳膜中糖胺聚糖和糖醛酸的含量、蛋壳腺体蛋白多糖和糖蛋白编码基因的表达，通过控制方解石晶体的大小、形状、方向，在蛋壳形成的初始沉积阶段，增加乳头节密度和减少外表面裂纹，提高产蛋后期蛋壳的断裂强度、蛋壳厚度及蛋壳韧性 。比较不同来源的锰对蛋壳超微结构的影响，发现有机锰和无机锰均增加了蛋壳强度、厚度及蛋壳韧性。在后期种鸡饲粮中添加 80 mg/kg 有机锰与 120 mg/kg 无机锰对蛋壳腺中锰的沉积无显著差异；与无机锰相比，有机锰具有更好的吸收和生物利用率，蛋重随饲粮中有机锰添加水平呈线性和二次线性增加。Swiatkiewicz 等发现，在产蛋后期使用氨基酸螯合锰和锌替代无机形式的锰和锌，对改善老龄化蛋种蛋壳质量具有积极作用。综上所述，产蛋后期种鸡饲粮补充有机锰有效地维持蛋壳乳突层结构，缓解产蛋后期蛋壳韧性下降的趋势。

2.4 其他有机微量元素对产蛋后期蛋种蛋壳质量的影响 铜作为赖氨酰氧化酶的辅酶因子，参与赖氨酰氧化酶转化成交联型桥连素和异桥连素，对维持蛋壳基质薄膜完整性起着不可或缺的作用。该酶存在于输卵管峡部及蛋壳膜中。研究表明，缺铜的种鸡由于赖氨酸衍生的交联改变，使蛋壳膜纤维异常分布，从而导致种蛋产量的下降，增加形状、大小不规则种蛋的数量，严重时产出无壳蛋。另外针对环境污染的问题，目前多数研究认为，有机铜不会对产蛋性能产生任何负面影响，同时可以提高铜的生物利用率，有效减少微量元素的排泄，可在老龄种鸡的生产中安全使用。当产蛋后期饲粮中，柠檬酸铜添加水平为30 mg/kg时，蛋壳厚度显著增加。 铁是种鸡生长发育必需的微量元素，参与细胞生长分化、基因调控、氧气运输等基本生化反应，是血红蛋白中细胞色素和多种呼吸酶的重要组成成分，在线粒体中与原卟啉-Ⅸ结合，合成血红素。原卟啉-Ⅸ参与调控蛋壳颜色，主要存在于蛋壳的角质层，在蛋壳形成的最后阶段，分泌到子宫液中。早期研究表明，饲粮中缺铁会导致血红素生成受阻，降低原卟啉-Ⅸ的分泌，使蛋壳颜色减淡。种鸡饲粮添加的外源铁主要 有两种形式，即无机铁（如硫酸亚铁）和有机铁（如氨基酸铁络合物）。与吸湿性高、氧化性高、 结构不稳定的普通无机铁相比，可能是与氨基酸螯合后，有机形式的铁对膜的渗透性更好，从而增加了铁的吸收和转运，促进了铁的积累，有利于改善蛋壳超微结构，近年来已研发出氨基酸或水解蛋白的络合物代替无机来源的铁。比较最佳水平下无机铁与甘氨酸铁络合物对产蛋后期（58周龄）蛋壳结构的影响，发现添加105 mg/kg甘氨酸铁络合物可降低蛋壳横断面有效乳突层厚度，提高蛋壳强度，但未表现出显著差异 。

3 结语与展望

近年来，基于我国无机微量元素存在的诸多问题，在老龄种鸡的研究中，使用有机形式的锌、 锰、硒、铜、铁来部分替代无机微量元素，并通过提高碳酸酐酶、碱性磷酸酶的合成量和活性，参与蛋壳内膜层胶原蛋白基质的形成，改变蛋壳晶体的质地及沉积形态，减少种蛋破损率，不影响产蛋量和蛋壳品质的同时，对改善蛋壳超微结构，提高蛋壳强度、种蛋合格率具有积极作用。如果老龄种鸡的种蛋存在蛋壳质量不理想的情况，可以考虑使用有机微量元素改善这种情况，如果饲料中添加不方便，可以考虑使用液体有机微量元素产品进行改善，也会取得良好的生产成绩。