综述：商业家禽铁营养需求及其测定方法研究进展

《Animal Nutrition》：A review of the iron requirements and its determination in commercial poultry

　　

铁（Fe）是家禽必需的矿物质元素，在氧运输和能量代谢中发挥关键作用。因此，商业家禽饲料中常规补充铁以预防缺乏症对生产性能的不利影响。然而，过量饲粮铁会通过诱导氧化应激、降低其他营养素吸收以及负面干扰胃肠道微生物群而损害生产性能。铁的生物利用率及其吸收效率取决于其在饲料中的存在形式，其中血红素铁（有机铁形式）优先被吸收。现代家禽饲料因地域或配方背景差异可能不含动物蛋白，因而缺乏血红素铁。无机硫酸亚铁一直作为家禽饲料预混料中补充铁的主要来源。这些来源可能以三价铁（Fe³⁺）状态提供铁，需先还原为二价铁（Fe²⁺）方可吸收，但更常见的是以硫酸亚铁一水合物（Fe²⁺）形式供给。无机铁的较差生物利用率促使研究人员增加对替代性有机铁源（如铁-氨基酸螯合物和铁蛋白盐）的兴趣，这些有机铁源在较低有效添加水平下具有更高的吸收效率。铁的吸收还受抗营养因子的影响，特别是植酸和矿物拮抗剂。已发表指南、饲养标准和科学文献中推荐的家禽补充铁水平存在显著变异。例如，肉鸡和肉种鸡推荐总铁范围为约20-110 mg/kg，产蛋鸡为约30-80 mg/kg。饲料配方的进步，包括有机铁源的应用、拮抗性微量元素浓度的降低以及植酸酶的添加，已提高了铁的生物利用率，表明商业家禽可能目前处于铁过量补充状态。更新且符合具体情境的铁推荐量对于优化家禽生产至关重要。本综述旨在考察评估家禽铁利用的方法，包括铁状态测定方法；基于研究试验结果提出肉鸡、肉种鸡和产蛋鸡的铁推荐量；并探讨铁与其他营养素及微生物群的相互作用规律。

1. 引言

铁（Fe）在多种代谢过程中发挥核心作用，包括氧运输、脱氧核糖核酸（DNA）合成和电子传递，也是血红素含酶（如过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶）的组成部分，并作为多种酶（如乌头酸酶、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）脱氢酶和琥珀酸脱氢酶）的辅因子。尽管饲粮中铁含量丰富，但由于其生物利用率低，家禽对铁的利用常受限。全球家禽业植物性饲料的使用呈上升趋势，其中铁以非血红素形式存在，其吸收效率低于血红素形式，且受植酸等抗营养化合物的抑制。此外，石灰石和磷酸氢钙中的铁主要以三价铁（Fe³⁺）状态存在，其生物利用率低于二价铁（Fe²⁺）和血红素状态，原因在于肠道pH条件下Fe³⁺易水解沉淀为不溶性氢氧化铁，且对植酸和酚类等膳食配体具有更高亲和力，形成稳定复合物而降低化学可利用性。因此，为确保 adequate 铁状态，家禽饲料通常补充铁，多以无机来源 Earnest 如硫酸亚铁（FeSO₄·H₂O）或日益增多的有机螯合形式（包括铁-氨基酸螯合物（Fe-AA）和铁蛋白盐（Fe-Pro））。无机铁吸收需经Fe³⁺溶解和还原为Fe²⁺，受pH和膳食抑制剂约束；有机铁形式则更稳定、与拮抗剂反应性更低且更易吸收。然而，商业家禽饲料中最佳铁浓度尚未达成共识，不同来源间推荐量存在显著差异。除确保禽只获得最低铁需求外，微量元素过量使用的环境关注促使法规限制动物饲料总铁含量，如欧盟设定上限为450 mg/kg Fe。

2. 家禽中的铁利用

2.1. 铁的存在形式

铁以三种形式存在：Fe²⁺、Fe³⁺和血红素铁（与血红素螯合的Fe²⁺）。血红素铁（有机铁形式）优先被吸收，通过血红素载体蛋白1（HCP1）转运入肠上皮细胞。动物副产品富含血红素铁，因其与血红蛋白、肌红蛋白、铁蛋白、细胞色素及含铁酶结合而具有高生物利用率。然而，现代家禽饲料因地域和配方差异有时不含动物蛋白，因而缺乏血红素铁，导致铁吸收率降低。

家禽铁吸收的主要位点为十二指肠和近端空肠，归因于这些肠段绒毛的特殊形态学特征和高密度微绒毛。生理pH下，非血红素铁（无机铁形式）以Fe³⁺存在，必须转化为Fe²⁺方可吸收。非血红素铁通过二价金属转运体1（DMT1）转运入小肠上皮细胞，再经转铁蛋白受体（TFRC）介导的内吞作用进行细胞内转运，此前需由十二指肠细胞色素b（Dcytb）还原酶将Fe³⁺还原为Fe²⁺。胃肠道pH决定肠刷状缘铁的氧化态，胃后高酸环境使可溶性Fe²⁺占主导，而十二指肠中和作用迅速维持Fe³⁺状态。吸收进入肠细胞后，铁结合膜转运蛋白铁转运蛋白1（FPN1，由FPN1基因编码）进入血液。铁的利用速率取决于体内铁储存量，即使提供血红素或Fe²⁺等有利形式，系统饱和时铁吸收也会降低。

传统上，无机硫酸亚铁是家禽饲料中补充铁的主要来源，以FeSO₄·H₂O和FeSO₄·7H₂O形式存在，其中一水合物因较高溶解度而应用最广。然而，鉴于低生物利用率、高吸湿性和高排泄量等问题，有机铁源日益受到关注，特别是Fe-AA和Fe-Pro。Fe-氨基酸螯合物和Fe-Pro由氨基酸或小肽与可溶性铁盐中的铁离子形成配位共价键，产物摩尔比为1摩尔铁:1-3（优选2）摩尔氨基酸。研究表明，这些有机铁源的生物利用率取决于铁与配体的螯合强度，形成商（Q_r）越大，肠道铁吸收越高。多项研究证实Fe-AA和Fe-Pro优于FeSO₄：Arnaudova-Matey等观察到Fe-蛋氨酸（Fe-Met）饲喂组35日龄体重高于同等水平FeSO₄组；Bai等检测到Fe-Pro组21日龄肉鸡血浆铁高于FeSO₄组；Shinde等发现FeSO₄组34-35日龄铁排泄高于Fe-Met组。在肉种鸡中，Ebbing等观察到Fe-AA较FeSO₄提高了入舍母鸡产蛋数和受精率，其后代生长和胴体特性更佳。产蛋鸡方面，Cao等发现Fe与赖氨酸和谷氨酸复合物较FeSO₄改善了产蛋率、蛋重和饲料转化率（FCR）；Sarlak等观察到Fe-甘氨酸复合物较FeSO₄减少了异常蛋并提高了蛋壳钙含量。

纳米技术发展促进了对铁纳米粒子（粒径≤100 nm）作为增强家禽铁吸收和生物利用率工具的兴趣。例如，Basharat等观察到60 mg/kg氧化铁纳米粒子（IONP）较FeSO₄降低了FCR；Almeldin等发现40 mg/kg IONP改善了生产性能并降低了排泄物氨气。然而，纳米粒子因高表面反应性可通过过量活性氧（ROS）生成诱导氧化应激，其小粒径可能导致组织蓄积，加剧长期氧化损伤和炎症，需进一步深入研究。

2.2. 家禽铁利用的评估

2.2.1. 血液分析

评估家禽铁状态的传统参数包括铁蛋白、血清铁、红细胞压积（Ht）和血红蛋白（Hb）浓度的测定。铁蛋白是维持铁于易动员可及形式的细胞内铁储备蛋白，其含量直接受饲粮铁调控，使血清铁蛋白分析成为临床评估铁状态的主要技术。人类血清酶联免疫吸附测定（ELISA）法可用于检测鸡血清铁蛋白。测得的铁蛋白浓度具有种属和测定依赖性，家禽铁蛋白尚无验证的参考范围。Feijo等指出146 ng/mL为优化肉鸡生长的适宜铁蛋白血液含量，而产蛋鸡和肉种鸡的适宜水平尚待明确。

Ht和Hb反映造血系统功能状态，取决于铁状态；Ht反映血液中红细胞（RBC）体积，Hb反映血液携氧能力和铁可利用性。鸡血液学指数正常值范围建议为：RBC计数2.6-3.5×10⁶ cells/μL，Hb 7-13 g/dL，Ht 22%-35%。Hb作为鸡铁状态诊断标志物的应用已确立逾90年；Elvehjem和Hart发现Fe缺乏饲粮导致White Leghorn雏鸡Hb降低和贫血，证明硫酸亚铁或纯化氯化铁（而非氧化铁）可刺激Hb合成。Harmon进一步识别了Hb浓度与禽只状态的关联，包括产蛋期Hb降低、高产鸡高于低产鸡、孵化时最高而2周龄最低等。Waddell和Sell指出体重增长是评估铁状态的较差指标。

Medway和Kare确立了Ht作为血液和血浆体积指标的用途，Hill和Matrone证明饲粮铁不足导致Ht和Hb下降。Morck和Austic通过饲喂不同铁水平半纯化饲粮（10-50 mg/kg）证明Ht与补充铁直接相关。肉种母鸡中，Fe缺乏后补充铁的饲粮可提高Ht和Hb。但Lin等发现50-150 mg/kg饲粮铁补充对任何日龄Ht均无影响，表明Ht和Hb应联合用于血液学分析。

2.2.2. 组织分析

肝脏是过量铁的主要储存部位，以铁蛋白（可溶性短期铁储存）和血铁黄素（不溶性长期铁储存）形式存在。血铁黄素是铁蛋白降解形成的不溶性聚合产物，其铁释放缓慢低效，通常仅在严重或长期铁缺乏时发生，代表生物利用率较低的铁储备。肝脏也是维持系统铁平衡的蛋白质产生的主要部位，被认为是评估铁状态最准确的组织。肝脏通过产生和分泌肽激素铁调素（hepcidin）维持铁稳态，铁调素结合铁转运蛋白。铁缺乏时，铁调素减少使铁从肝细胞动员入循环，通过铁转运蛋白输送至血浆，增强铁吸收；铁超载时，铁调素上调导致铁转运蛋白降解和细胞铁输出减少，过量细胞内铁储存于肝脏铁蛋白中。因此，测定肝脏铁浓度、分析肝细胞铁转运蛋白和铁调素表达（通过蛋白质或qPCR基因表达测定），可准确指示家禽铁储备。

脾脏在铁代谢中发挥关键血液过滤作用，脾网状内皮巨噬细胞通过红细胞吞噬作用回收衰老或损伤RBC的铁，用于新RBC合成。脾铁含量可指示肝脏铁状态。评估脾脏铁状态的策略包括组织学分析测定铁沉积、定量总铁或铁蛋白浓度作为铁储存指标，或测定铁蛋白、FPN1、DMT1和/或铁调素基因表达作为铁输入输出指标。此外，评估这些蛋白质和基因以及TFRC在十二指肠的表达，可提供铁跨肠上皮吸收的宝贵信息。

蛋壳颜色取决于原卟啉-IX的沉积，该含铁壳色素前体的沉积部分依赖铁；当铁用于血红素合成可利用性受限或亚铁螯合酶活性受损时，原卟啉-IX沉积增加。因此，饲粮铁与蛋壳颜色呈正相关；Park等观察到Fe-AA补充使产蛋鸡蛋壳颜色加深，而深色蛋壳与改善的蛋壳强度相关。Ebbing等发现Fe-AA补充的肉种鸡所产蛋颜色加深与总孵化率显著提高及后代34日龄体重和胸肉重显著增加相关，提示详细分析蛋壳颜色可作为评估铁利用的有用非侵入性方法。

3. 家禽饲料和样品中铁浓度的测定方法

准确测定生物系统中的铁含量是重要的分析能力，定量方法大致分为间接比色法和直接元素定量法。能够区分不同化学形态（如血红素与非血红素铁）和不同氧化态（Fe²⁺或Fe³⁺）的分析方法统称为铁形态分析，其需求日益迫切。

3.1. 总铁的间接比色法

间接生化铁检测通常利用铁离子与特定化学物质（配体）形成有色产物，有色产物强度与样品铁浓度成正比，通过分光光度计测定并与标准品比较定量。每种配体通常仅对一种氧化态铁特异或对该氧化态灵敏度显著更高。常用配体包括菲咯嗪（ferrozine，优先针对Fe²⁺）和硫氰酸盐（thiocyanate，优先针对Fe³⁺）。这些检测固有地仅检测可溶性铁，故需适当细胞裂解和酸消化步骤使铁从内源配体释放。检测总铁池需采用适当还原步骤将Fe³⁺还原为Fe²⁺（菲咯嗪法）或氧化步骤将Fe²⁺氧化为Fe³⁺（硫氰酸盐法）。差示分析（氧化或还原步骤前后的两样品分析）可揭示Fe²⁺和Fe³⁺比例。

比色法优势在于简单且无需复杂昂贵仪器，但无法揭示铁的内源化学形式，且假设100%样品铁溶解和100%与配体螯合，实际上可能未满足导致低估。基质效应和样品与标准品间基质差异也是固有局限。

3.2. 血红素铁和非血红素铁的间接比色法

非血红素铁可通过与浴铜菲罗啉（bathophenanthroline）反应检测，形成535 nm吸收的有色复合物；血红素内铁结合过紧而无法反应。该反应对Fe²⁺特异，故非血红素Fe³⁺需先还原为Fe²⁺。

血红素铁检测（血色原法）利用血红素铁与吡啶在碱性和还原条件下的比色反应；碱性还原条件下血红素铁还原为Fe²⁺，吡啶与血红素中心铁配位产生557 nm强吸收的有色产物。

3.3. 总铁的直接光谱和质谱定量

为克服上述比色法局限，可采用直接光谱或质谱技术定量铁，包括原子吸收光谱法（AAS）、微波等离子体或电感耦合等离子体原子发射光谱法（MP-AES、ICP-AES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）和X射线荧光光谱法（XRF）。除XRF外，样品通常先经酸消化释放铁入溶液，再转化为气相单原子或离子进行分析。这些方法通常具有比色法更优的检测限，长期被视为元素分析的"金标准"。XRF独特之处在于无需酸消化，可进行直接原位元素分析。

3.4. 采用X射线吸收近边结构（XANES）光谱的铁形态光谱分析

尽管上述方法广泛应用，但均不能提供生物样品中铁形态的详细化学图像。XANES光谱已成为直接原位表征铁形态的有力工具，其优势源于基础光物理特性，即X射线吸收促进铁原子核电子向未占分子轨道跃迁。由于核电子邻近原子核且核电荷对各元素独特，核电子能级对各元素高度特异；氧化态差异也产生类似但较小的效应。未占分子轨道能量直接受铁与其他分子（配体）成键性质影响，如配位数/几何构型（4或6配位）和配位原子（硫或氧）差异均可影响轨道能量。因此，通过测定激发核电子至未占分子轨道所需的特定能量，可揭示铁的氧化态、配位数/几何构型和配位环境等大量信息。此外，X射线的高穿透性使样品无需或仅需极少制备，XANES光谱可直接原位测量多种生物样品中的铁形态。

XANES光谱也有局限：测量需强大可调X射线源，目前仅专用粒子加速器设施（同步辐射光源）可提供；同步辐射设施使用需求高，获取 access 可能受限；检测限不如ICP-AES和ICP-MS等整体元素技术；强X射线束可能在某些情况下改变内源金属形态（光损伤现象）。因此，建议进行对照实验评估光损伤程度， dehydrated 样品或低温测量常为首选。

最终，分析方法选择应基于科学目标、资源和时间可用性的仔细考量。XANES光谱虽为少数可原位分析铁形态的方法之一，但同步辐射实验需求可能受限；需检测ppb或更低水平铁浓度差异时，ICP-AES或ICP-MS最为适宜；方便和高通量兼容分析时，比色法可能最为适合。

4. 家禽饲料中的铁需求

4.1. 推荐的铁需求

表1呈现了当前家禽饲料推荐铁水平的多个来源实例，显示规定铁水平范围很大，如肉鸡约20-110 mg/kg。商业家禽可能正在接受过量铁水平。Feijo等指出，若铁可被吸收利用，饲粮中已有充足铁，无需额外补充。多项研究支持此观察（见表2、表3、表4）：产蛋鸡和肉种鸡中，饲粮铁补充对产蛋或蛋品质无影响；肉鸡中多项研究发现铁补充对生产性能、Ht或Hb无影响。

部分研究观察到铁补充降低生产性能。Chen等观察到1280 mg/kg Fe导致肉鸡体重和日增重降低，归因于肠道完整性变差；Han等发现800 mg/kg导致体重低于较低水平或无铁补充。Cao等指出延迟至5日龄后饲喂高铁饲粮可缓解与高铁饲粮相关的采食量下降。产蛋鸡中，Paik等发现Fe-Met补充降低产蛋并恶化饲料转化；Park等观察到未补充铁的对照组FCR优于300 mg/kg Fe-Met和200 mg/kg Fe-AA（Availa-Fe-60）组，说明过量总铁的潜在有害影响。

根据表2和表3，基于生产性能、腹水发生率和铁排泄量，肉鸡和肉种鸡最大总铁应为100 mg/kg（Abbasi等、Akbari等、Akter等、Aoyagi和Baker、Bess等、Shinde等、Vahl和Klooster）。产蛋鸡中，若使用无机形式，推荐最大300 mg/kg Fe（Kim等、Sarlak等）。

相反，多项研究证实饲喂高水平饲粮铁的益处。肉鸡中，多项研究观察到铁补充改善体重（Akbari等、Aoyagi和Baker、Arnaudova-Matey等、Han等、Shinde等、Vahl和Klooster）和胸肉量（Akbari等、Behroozlak等）。铁补充还提高肉种鸡（Bess等、Taschetto等）和产蛋鸡（Cao等、Ramadan等、Sarlak等、Sarlak等等）的蛋产量。

表2显示，就肉鸡生产性能而言，最佳总饲粮铁水平约为60-80 mg/kg：Feijo等表明58 mg/kg总铁已充足，额外补充无益；Almeldin等发现66 mg/kg总铁（40 mg/kg来自纳米氧化铁）结果为最佳；Akbari等、Akter等和Aoyagi和Baker分别呈现最佳体重增重为88 mg/kg（20 mg/kg来自补充铁）、60-50 mg/kg和76-86 mg/kg总饲粮铁。表3显示肉种鸡最佳饲粮铁水平约70-80 mg/kg：Gou等观察到72 mg/kg Fe时孵化率最大，Taschetto等识别73.4 mg/kg可改善每羽母鸡孵化蛋数。表4显示产蛋鸡最佳总饲粮铁水平约120-130 mg/kg：Bertechini等观察到127 mg/kg总铁饲粮补充铁无生产性能收益，Cao等发现120-135 mg/kg总铁（45-60 mg/kg来自补充Fe-AA）的益处，Paik等观察到121 mg/kg总铁饲粮补充Fe-Met时生产性能较差。一般而言，无机铁源需较有机形式更高水平供给：产蛋鸡中，60 mg/kg Fe-AA或Fe-Pro对蛋产量和蛋重有益（Cao等、Revell等、Sarlak等、Xie等），而FeSO₄源需100+ mg/kg（Kim、Park等、Ramadan等）。

铁需求和吸收随禽龄变化。Mohanna和Nys考察50 d肉鸡铁潴留，发现生命最初数日铁潴留最高，随后迅速下降至21日龄，之后变化不大。类似发现更早见于Gruhn和Anke，其发现雌性雏鸡总铁含量在14-28日龄达峰后下降；Davis等观察到21日龄后肝脏储存铁用于Fe缺乏雏鸡Hb形成。繁殖禽中，Fajmonova等发现相对于增重的铁潴留在慢速生长（Isa Brown）和快速生长（Ross 208）公鸡分别为38和28日龄最低。Morck和Austic发现繁殖White Leghorn母鸡Ht、Hb和蛋黄铁从21日龄起下降。关于产蛋鸡铁需求随年龄变化的理解不足，但已知开产前Hb下降，因铁从血浆重定向至卵巢用于卵泡和蛋发育。因此，此期间提供充足铁很重要。Sarlak等观察到Fe缺乏禽只异常蛋增长率是补铁禽只的三倍，表明铁水平应根据特定饲粮阶段调整。

4.2. 铁与其他营养素的相互作用

4.2.1. 铁与其他矿物质的相互作用

4.2.1.1. 钙和磷

饲粮添加的石灰石和磷酸盐等矿物质化合物可能含有高量铁。Wilkinson报道石灰石样品铁含量55-6800 mg/kg，Bai等报道100-200 mg/kg。此广泛范围反映母岩和沉积环境的固有地质变异性，包括含铁矿物（如黏土、赤铁矿）的不同丰度，以及采石、加工和搬运中潜在污染的额外变异。考虑饲料总铁含量时，铁通常不被视为"限制性营养素"。Feijo等指出，饲喂约含58 mg/kg Fe的商业玉米-大豆饲粮的肉鸡无需补充铁。然而，石灰石和磷酸氢钙中的铁因主要以低溶解度氧化物Fe³⁺形式存在而生物利用率低：石灰石中约62% Fe²⁺和38% Fe³⁺，磷酸氢钙中100% Fe³⁺，导致潴留铁仅占总含量的1.9%。这些作者观察到商业石灰石和磷酸氢钙来源的铁增加时，回肠可消化铁线性降低，计算100 mg/kg来自石灰石和磷酸氢钙的铁仅使铁蛋白增加7 ng/mL。

高饲粮Ca and P可降低铁吸收。Waddell和Sell观察到增加饲粮Ca水平降低RBC计数和肝脏铁浓度，增加饲粮P降低Hb、Ht、RBC计数和铁潴留。Sell发现饲粮Ca从0.67%增至2%、P从0.4%增至1.2%显著降低铁吸收和肝脏铁含量。但Shafey等发现增加饲粮Ca and P含量对铁吸收无显著影响，尽管指出Ca引起的pH升高降低矿物质溶解度和小分子复合物比例，从而阻碍铁吸收。

Ca可在肠细胞摄取点或Fe向血液黏膜转运时抑制血红素和非血红素铁吸收。这可能是Ca作为DMT1非竞争性抑制剂的结果：Ca结合DMT1变构位点改变其构型，降低其铁转运能力。另一解释是Ca与磷酸形成铁的难溶复合物，抑制非血红素铁吸收；人体研究中，Cook等发现Ca-磷酸消费使铁吸收降低62%。此外，Ca影响肠道内衬电化学环境，可能抑制Dcytb等铁还原酶活性，从而减少Fe³⁺向Fe²⁺的转化。

4.2.1.2. 锰

铁与锰在周期表中相邻，具有相似化学性质，二者相互影响：均依赖DMT1和FPN1吸收，由转铁蛋白运输。铁与锰竞争这些转运蛋白，故高水平铁可抑制锰吸收，低水平铁可增加锰吸收并改变锰稳态及潜在神经毒性或缺乏症状。Baker和Halpin观察到高铁（5000 mg/kg）与补充锰（1000 mg/kg）联用导致雏鸡体重增重和饲料转化较差。Wang等发现补充铁，尤其高水平（500 mg/kg），降低肉鸡锰吸收和沉积，归因于十二指肠DMT1和FPN1下调。Bai等观察到饲粮锰补充降低商业母鸡十二指肠和肝脏铁浓度，系锰降低十二指肠Dcytb、DMT1和FPN1表达所致。

4.2.1.3. 锌

Blalock和Hill观察到铁缺乏雏鸡更易受Zn毒性影响，表现为肾脏和肝脏Zn和Fe浓度改变，铁补充禽只通过金属硫蛋白螯合Zn的能力强于铁缺乏动物。这可能因为铁缺乏时金属硫蛋白螯合Zn能力降低，干扰Zn稳态。Fe and Zn共享部分肠道转运体，故Fe缺乏时更多Zn可能被吸收。但Kordas和Stoltzfus指出DMT1并非Zn的主要肠道转运体，故非二者竞争位点。高Zn可诱导铁缺乏，因Zn阻碍铁吸收并刺激金属硫蛋白表达。Pimentel等和Stahl等发现饲喂高Zn（1700-2000 mg/kg）的禽只肝脏和胫骨铁浓度及红细胞压积降低，尽管铁摄入无差异，且排泄更多铁。Zn还可通过竞争Fe与血红素合成相关酶（如亚铁螯合酶）结合或改变这些酶结构来破坏血红素合成；此情况下Zn代替Fe掺入原卟啉。过量铁促进Zn缺乏的证据不足。

4.2.1.4. 铜

铜对铁氧化酶类血浆铜蓝蛋白和hephaestin的功能至关重要，这些酶将Fe²⁺转化为Fe³⁺，使铁可通过转铁蛋白运输。因此，铜缺乏可诱导铁缺乏。Hill和Matrone观察到铜缺乏降低RBC和心脏细胞色素氧化酶活性。Al-Ubaidi和Sullivan首次在火鸡中报告铜与铁的关系，发现Fe缺乏饲粮中增加铜浓度降低体重和Hb浓度。McGhee等发现饲喂极端不同水平的铜与铁，或二者均高，对生长表现产生负面影响，表明饲粮铜水平直接影响铁代谢。过量铁可能通过竞争结合DMT1胞外域拮抗饲粮铜吸收，但家禽中尚未证实。

4.2.2. 铁与植酸的相互作用

植酸（肌醇六磷酸）为可螯合正电荷阳离子的多阴离子分子。植物饲料中的铁与植酸高度螯合，降低铁生物利用率；大豆粕中铁的相对生物利用率仅38.5%。这些Fe-植酸复合物的普遍性受土壤组成、气候和作物系统影响。补充植酸酶提高植酸结合铁的利用率。Feijo等饲喂肉鸡高剂量植酸酶（1000 FYT）与不同水平硫酸亚铁七水合物，观察到植酸酶改善回肠铁消化率和生产性能，但对铁摄入排泄、Ht、Hb、铁蛋白或肝脏铁含量无影响，据此结论玉米-大豆饲料配合植酸酶时无需补铁以优化性能。

然而，已观察到植酸酶抵抗的植酸-Fe²⁺和植酸-Fe³⁺复合物。Maenz等确立Fe³⁺是植酸酶水解植酸的强抑制剂，与pH无关；Fe³⁺抑制效应随pH升高略降，而Fe²⁺则随pH升高抑制增强。这是因为三价阳离子与植酸分子形成紧密分子间键，酸性环境中不削弱，比二价阳离子更抗水解。Akter等用体外模型阐明，铁浓度增加时植酸水解减少，pH 6.5较高时此现象较pH 2.5更显著。Akter等随后证实100 mg/kg饲粮铁抑制植酸酶活性，而60和80 mg/kg不抑制，表明植酸酶存在时需较低铁水平。Dersjant-Li等进一步证明细菌6-植酸酶可替代补充铁（及Zn、Cu、Mn）对肉鸡生长性能的有益效应，表明含植酸酶饲粮中可大幅降低铁补充，减少铁排泄可能性。Abbasi等也在肉种鸡中证明此点，推荐无植酸酶时需65 mg/kg补充铁，有植酸酶时仅58 mg/kg。

4.2.3. 铁与维生素的相互作用

酸性pH下，维生素C通过作为电子供体和Dcytb辅因子将Fe³⁺还原为Fe²⁺，并形成抗坏血酸-Fe³⁺螯合物，阻止Fe³⁺沉淀为不溶性氢氧化物或与植酸结合。因此，维生素C可使铁较长时间维持于优先的还原Fe²⁺状态，增加非血红素铁还原为Fe²⁺，从而提高铁吸收。维生素C还作为抗氧化剂中和自由基与活性氧，保护细胞免受损伤，维持红细胞完整性，防止其过早破裂（溶血），保护Hb和含铁酶免受损伤。

Elgendey等观察到饲粮补充维生素E和硒时肉鸡血清铁浓度增加，可归因于维生素E作为抗氧化剂保护RBC膜并减少Hb损伤，类似于维生素C。维生素E还可减轻铁过载诱导的氧化应激；铁过载导致有害自由基产生，可被维生素E中和。维生素A对铁从肝细胞铁蛋白动员至关重要，促进铁从肝脏储备释放。Zhang等观察到增加肉鸡饲粮维生素A水平降低肝脏铁浓度并增加血清铁浓度，表明维生素A促进铁从肝脏向血液动员；还发现十二指肠和胫骨铁浓度及RBC计数随饲粮维生素A水平增加，表明维生素A也促进铁吸收和红细胞生成。后续研究观察到铁与维生素A在提高Hb浓度和RBC计数、体重增重和血清过氧化氢酶活性方面的互补效应。

维生素B6通过作为δ-氨基乙酰丙酸（ALA）合成辅酶促进铁转化为血红素，ALA为血红素生物合成途径的第一步和限速酶。因此，维生素B6缺乏可能损害Fe掺入血红素，降低氧运输能力。维生素B12对DNA合成和细胞分裂至关重要，包括骨髓中红细胞前体细胞，故维生素B12缺乏可导致红细胞母细胞凋亡，以及无效红细胞生成的贫血。

4.2.4. 铁与氨基酸的相互作用

铁化学结合氨基酸形成螯合物；氨基酸具有两个供体基团（氨基和羧基），可与铁原子形成稳定的五元螯合环。氨基酸侧链（R基团）参与螯合并改变供体基团化学环境，决定与铁的亲和力。例如，谷氨酸和天冬氨酸通过富氧R基团与Fe³⁺形成螯合物，而精氨酸和天冬酰胺通过富氧R基团与Fe²⁺形成螯合物。血红蛋白和肌红蛋白中的组氨酸残基通过咪唑基直接与血红素Fe²⁺原子结合，固定铁位置，并通过与血红素结合的氧分子形成氢键稳定氧结合。此外，含半胱氨酸氨基酸的硫基团结合铁并通过供电子将Fe³⁺还原为Fe²⁺，增加DMT1吸收铁的能力；半胱氨酸的硫醇基作为配体结合铁。缬氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸在Hb中血红素基团周围形成疏水口袋，保护血红素基团免受水氧化；水可催化Fe²⁺氧化为Fe³⁺，使血红素无法结合氧。甘氨酸作为血红素生物合成前体发挥重要作用，血红素合成的第一步涉及甘氨酸与琥珀酰辅酶A缩合形成ALA。

氨基酸对铁蛋白和转铁蛋白合成至关重要；例如，转铁蛋白由约700个氨基酸组成。因此，低水平氨基酸可通过减少可用于运输铁的转铁蛋白数量损害铁分布。然而，即使饲粮氨基酸充足，缺铁时也无法有效掺入Hb，导致铁缺乏禽只氨基酸利用效率低下。缺铁诱导的Hb生成减少降低组氨酸利用，导致血浆组氨酸增加，可能对锌利用产生负面影响并导致认知障碍。许多氨基酸代谢酶是铁依赖性的，如苯丙氨酸羟化酶和脯氨酰/赖氨酰羟化酶。铁硫酶在缺铁时也可能失活，通过减少蛋白质合成可用ATP负面影响能量代谢。

铁的存在允许Fe-氨基酸复合物形成，阻止铁与植酸等抑制剂结合，使铁更具生物利用率。但过量铁可导致羟自由基产生，与氨基酸反应使其结构和功能因侧链氧化和碎裂而改变。此氧化应激导致蛋白质水解和蛋白水解降解。为对抗氧化应激，含硫氨基酸可能被转用于谷胱甘肽合成，远离宝贵蛋白质合成和铁结合蛋白。此外，过量铁可在肝脏蓄积导致铁死亡，造成肝损伤，从而通过减少转氨和脱氨反应阻碍氨基酸分解代谢。

4.3. 铁对微生物群的影响

肠道共生菌和致病菌通过三种途径获取饲粮铁：受体介导的从血红素和转铁蛋白等铁结合蛋白的运输、使用柠檬酸铁转运体、以及释放铁载体（siderophores）。铁载体是分泌的大环化合物，可螯合和溶解Fe³⁺；铁结合铁载体对铁的亲和力高于宿主铁结合蛋白，可通过多种转运体跨细胞膜运输，需TonB依赖性外膜铁载体受体（IroN）和肠杆菌素（Fep）铁载体ABC转运系统协助。Fe转运体如亚铁摄取系统（FeoAB）和推定铁运输系统（SitABCD）在多种胃肠道细菌中表达，部分细菌产生转运血红素的血红素载体蛋白。

特定芽孢杆菌菌株可产生铁载体螯合铁，从而限制致病菌（如大肠杆菌和沙门氏菌）对其的可利用性，剥夺其发展所需的关键元素并获得竞争优势。铁毒性和随后肠道中未被吸收铁的存在可产生有利于具有有效铁载体系统致病菌定殖的环境。过量铁还促进肠道ROS生成，铁与过氧化氢反应产生高反应性羟自由基，导致的氧化应激可损伤肠上皮细胞并促使微生物平衡向致病菌偏移，损害营养吸收。Gou等观察到饲喂不切实际高剂量铁（1651 mg/kg）诱导中国黄羽肉鸡胃肠道氧化应激，导致内质网扩张、空肠上皮细胞自噬体形成和绒毛减少，以及盲肠微生物群组成显著变化。然而，Yang等观察到饲喂高铁（500 mg/kg）有利改变高脂饲粮禽只盲肠相对细菌丰度，称其逆转了高脂饲粮诱导的微生物群失衡，防止禽只过度脂肪沉积。需进一步研究饲粮铁与胃肠道微生物群组成的关系。

铁是沙门氏菌生长、存活和毒力的必需营养素，表明过量饲粮铁可能加剧沙门氏菌流行。沙门氏菌分泌铁螯合分子如铁载体肠杆菌素获取肠道中铁。宿主通过分泌脂质运载蛋白2（lipocalin-2）螯合肠杆菌素对抗，但沙门氏菌可产生肠杆菌素的糖基化形式沙门菌素，不能被脂质运载蛋白2结合，故沙门菌素可用于细菌铁获取。这种宿主-病原铁竞争表明，降低后肠铁量（通过降低饲粮铁和/或改善胃肠道前段铁吸收）可减少沙门氏菌流行。这也表明高生物利用率铁的使用需进一步研究，因微生物也易利用铁，不当使用可能增加沙门氏菌增殖。

有限的铁可利用性导致有益菌和致病菌种间竞争，可能限制有益菌种增殖。因此，铁缺乏通过改变微生物 profile、多样性和功能调节黏膜免疫。铁缺乏禽只的微生物群稳定性较差，更易被具有高效铁摄取系统的致病菌种定殖；具有有效铁清除机制（如铁载体）的致病菌可胜过共生菌。有益菌种如乳杆菌需铁进行代谢，但缺乏强铁获取系统，故铁缺乏环境中其数量可能下降，其维持胃肠道pH和短链脂肪酸（SCFA）产生的益处可能减少。此外，铁缺乏引起的宿主整体免疫力降低（由Hb合成和氧运输受损导致）也可能允许更大病原增殖。

5. 结论

饲粮铁不足和过量均对商业家禽健康和生产性能产生负面影响。基于研究试验输出，预测最佳总饲粮铁为肉鸡和肉种鸡60-80 mg/kg，产蛋鸡120-130 mg/kg。无机铁需较有机源更高水平供给。铁需求取决于铁的形式（有机或无机）和饲粮组成，特别是植酸 prevalence。无机铁源虽常用但生物利用率低于有机螯合物。肉鸡和肉种鸡有机铁约需40-60 mg/kg，无机铁约60-80 mg/kg；产蛋鸡有机铁约需60-80 mg/kg，无机铁超过100 mg/kg。假设特别是无机铁供给时，肉鸡和肉种鸡饲粮总铁不应超过100 mg/kg，产蛋鸡不应超过300 mg/kg。需进一步研究确认和精修这些数值。有机铁源应增加focus和研究，尤其重要的是这些有机源对胃肠道微生物群和其他饲粮营养素吸收的影响。