稳定同位素标记的不同锌源对面临日粮拮抗的断奶公荷斯坦犊牛血浆和组织锌富集的影响

《Journal of Dairy Science》：Plasma and tissue Zn enrichment altered by different sources of Zn using stable isotopes in weaned male Holstein calves facing dietary antagonism

　　

微量矿物质是反刍动物营养的重要组成部分。此外，了解各种微量矿物质源的生物利用率对于准确的日粮配制至关重要。本试验的目的是确定锌（Zn）拮抗（升高的硫（S））对血浆和组织Zn富集的影响，同时确定锌源（Zn-甘氨酸盐（Zn-Gly）和Zn-蛋氨酸羟基类似物螯合物（Zn-MHAC））在荷斯坦犊牛中是否引起差异。采用随机完全区组设计，使用30头断奶公荷斯坦犊牛。犊牛饲喂含有不同硫酸钠浓度的颗粒化开食料32天。在第30天，犊牛口服给予0（n=6）或8（n=24）mg来自两种源的Zn：⁶⁷Zn-甘氨酸盐（Zn-Gly）和⁷⁰Zn-蛋氨酸羟基类似物螯合物（Zn-MHAC）作为脉冲剂量。在同位素给予前和给予后0.25、0.5、0.75、1、2、3、4、5、6、8、10、12、24、30、36和48小时通过导管采集血液，以测定同位素富集。同位素给予后48小时对犊牛实施安乐死，收获目标组织，称重并取样以测定同位素富集。尽管干物质摄入量存在差异，接受高日粮（11.3±0.2 g S/d）的犊牛摄入的S是低日粮（3.9±0.2 g S/d）的2.9倍。高S日粮导致以下组织的组织同位素富集降低：瘤胃、网胃、瓣胃、十二指肠、空肠、回肠、肾脏和肺。与Zn-Gly相比，Zn-MHAC在以下组织中组织同位素富集更高：瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃、十二指肠、空肠、回肠、肾脏、肺、心脏、脾脏和胸腺。观察到S浓度和Zn源对瘤胃和瓣胃有显著的交互作用。高日粮S对组织Zn同位素富集的影响证明了这种拮抗模型在反刍动物中的有效性。此外，内脏组织中Zn富集的变化表明Zn具有较高的代谢率。最后，与Zn-Gly相比，Zn-MHAC改善的富集表明无论是否存在拮抗，其都能更大程度地实现组织Zn掺入。

### 研究背景与目的

锌（Zn）是反刍动物必需的微量矿物质，其生物利用率受日粮组成和锌源形式影响。尽管常用血浆Zn浓度作为指标，但血浆Zn受快速再分布（每天约150次周转）和组织动员影响，难以准确反映Zn吸收状况。传统放射性同位素因辐射风险应用受限，而稳定同位素技术（如⁶⁷Zn、⁷⁰Zn）在人类营养研究中已成功用于示踪矿物质代谢，近期研究（Tucker, 2025）证明其可在反刍犊牛中测定组织Zn富集。日粮中高硫（S）是已知的Zn拮抗因素，S在瘤胃中形成硫化氢，与Zn结合形成难溶性复合物，干扰肠道吸收。然而，不同有机Zn源（如Zn-甘氨酸盐Zn-Gly与Zn-蛋氨酸羟基类似物螯合物Zn-MHAC）在面对S拮抗时的组织Zn富集差异尚不清楚。为此，本研究利用稳定同位素，在日粮S拮抗条件下，比较Zn-Gly（特定氨基酸复合物）与Zn-MHAC（双螯合物）对断奶公荷斯坦犊牛血浆和组织Zn富集的影响。研究论文发表于《Journal of Dairy Science》。

### 主要关键技术方法

研究采用随机完全区组设计，从同一商业奶牛场购入30头断奶公荷斯坦犊牛（体重63.5±2.0 kg），分3批（各10头）运至Green Acres反刍动物研究设施。犊牛按初始体重区组，随机分配到低S（0%硫酸钠）或高S（4.8%硫酸钠）日粮，饲喂32天。第30天，每头犊牛口服脉冲剂量（8 mg Zn/源）的稳定同位素标记源：⁶⁷Zn-甘氨酸盐（Zn-Gly）和⁷⁰Zn-蛋氨酸羟基类似物螯合物（Zn-MHAC）。通过颈静脉导管在0 h至48 h内16个时间点采血，48 h后安乐死收获瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃、十二指肠、空肠、回肠、肝脏、肾脏、肺、心脏、脾脏、胸腺、胰腺、骨骼肌、皮肤、跖骨和蹄组织。使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定样品中⁶⁷Zn和⁷⁰Zn富集（以原子百分超表示），并计算血浆曲线下面积（AUC）。统计采用混合模型，以区组、日粮S水平、Zn源及其交互作用为固定效应，犊牛为随机效应。

### 研究结果

#### Evaluation of dietary composition
日粮分析显示，高S日粮（11,046 ppm S）的S浓度平均为低S日粮（3,470 ppm S）的3.18倍，成功建立了S拮抗模型。

#### Performance
高S日粮导致第1、3、4、5周干物质摄入量（DMI）显著降低（P=0.004~0.070），但各周S摄入量高S组平均为低S组的2.88倍（P<0.01）。体质量在各称重日均无显著差异。

#### Organ weights
高S日粮显著增加瘤胃重量（P<0.01）、减少胸腺重量（P<0.01），并趋向降低皱胃重量（P=0.09），其他器官重量无差异。

#### Plasma Zn enrichment
血浆Zn富集AUC未受日粮S浓度显著影响（P=0.79），但Zn-MHAC的AUC（0.33±0.021单位）显著高于Zn-Gly（0.18±0.021单位）（P<0.01），且存在显著的S×Zn源交互作用（P=0.03）。这表明Zn-MHAC使更多标记Zn进入循环。

#### Tissue Zn enrichment
组织Zn富集分析显示（平均统计功效0.805），高S日粮显著降低瘤胃、网胃、瓣胃、十二指肠、空肠、回肠、肾脏和肺的Zn富集（降低幅度1.22~3.00倍，P<0.03）。Zn-MHAC相比Zn-Gly显著提高瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃、十二指肠、空肠、回肠、肾脏、肺、心脏、脾脏和胸腺的Zn富集（增加幅度1.31~1.55倍，P≤0.01）。S浓度与Zn源在瘤胃和瓣胃上存在显著交互作用（P<0.01）。肝脏、胰腺、肌肉、皮肤、骨和蹄的Zn富集未受Zn源或S水平显著影响。

### 结论总结与讨论

研究人员在讨论部分指出：高日粮S对胃肠道组织（尤其是瘤胃、网胃、瓣胃）Zn富集的抑制最为明显，支持S在瘤胃内形成拮抗复合物、降低可吸收Zn的假说。Zn-MHAC相比Zn-Gly在所有受试组织（除肝脏、胰腺、肌肉、皮肤、骨、蹄）中均表现出更高的Zn富集，尤其在小肠（十二指肠、空肠、回肠）差异显著，提示Zn-MHAC的双螯合结构可能增强其在消化道中的稳定性，减少被S拮抗的机会，从而提高Zn吸收效率。血浆AUC结果进一步证实Zn-MHAC能更有效地将Zn输送至循环系统。

**研究结论部分翻译：**
这些数据共同表明，高日粮S浓度可改变组织Zn掺入。此外，胃肠道受高S影响最显著，提示拮抗复合物的形成降低了向肠道输送可吸收Zn的能力。聚焦矿物质来源时，提供双螯合Zn源（如Zn-MHAC）相比特定氨基酸复合物（Zn-Gly），可使组织Zn富集平均提高43%，尤其在小肠中，同时提高血浆Zn富集。这些数据表明，Zn-MHAC导致更多Zn被吸收并富集于多种体组织。提供更可利用的Zn源可增加用于各种代谢过程的Zn池，从而有益于动物。