微量元素硒对羊生长发育及繁殖性能的调控作用

关键词：硒；生长发育；繁殖性能；羊

硒是对人和动物至关重要的微量元素之一，在维护机体生长发育和多种生理功能上发挥不可或缺的作用。我国是缺硒大国，有2/3的土地处于缺硒状态，大多数土壤中的硒含量较低且分布不均，导致土壤上生长的植物含硒量也比较低。由于动物自身无法合成硒，所以必须通过食物获取。当动物体内缺硒时，会直接影响其生长速度，并导致免疫系统功能下降，继而影响动物的健康及生产力。羊白肌病是一种营养性疾病，主要由缺乏微量元素硒和维生素E引起，表现为羊肝坏死、心肌变性和胰脏萎缩等，使幼羊出现营养性肌肉萎缩，进而引发白肌病。成年羊缺硒会导致生殖机能紊乱、繁殖力降低、体重下降等。因此，必须在日粮中补充硒才能维持羊的健康生长。

1、硒对羊生长发育的影响

1.1抑制氧化应激

目前，在畜禽饲粮中添加的硒主要有无机硒、有机硒和纳米硒3种形式。硒是动物机体免疫功能所必需的微量元素，也是一种天然抗氧化剂，可以增强细胞的抗氧化能力。动物对硒的摄入不足可能会导致严重的免疫缺陷。硒能有效去除体内过多的活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）自由基，具有抗氧化、抗应激、提高机体免疫力的作用。氧化应激是由系统中ROS的产生和去除之间的不平衡引起的，ROS的产生会增加Bax/cytochrome-c/Caspase-3的表达水平，抑制BCL-2的表达，并且增加促凋亡基因的表达，并调节颗粒细胞中类固醇生成反应基因，从而抑制类固醇的产生。因此，硒可以通过调节ROS水平来调控机体生长发育，并能够中和ROS，防止机体发生脂质氧化。

硒主要以硒蛋白的形式发挥功能，目前已知的硒蛋白有谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GSH-Px）、硒蛋白W、硒蛋白P和精子被膜硒蛋白等。Tian等研究发现，与基础饲粮组和2.4mg/kg酵母硒组相比，4.8mg/kg酵母硒组山羊的肌肉中GSH-Px活性显著升高，丙二醛（Malondialdehyde，MDA）浓度显著下降，MDA作为机体脂质氧化的最终产物，表明酵母硒可降低脂质过氧化程度。武晓英等研究发现，与正常饲喂组相比，添加0.5mg/kg纳米硒可以显著提高山羊GSH-Px活性，降低MDA浓度。李心海等研究发现，饲料中添加0.6∼0.9mg/kg酵母硒，可以促进湖羊蛋白质合成，提高免疫力，促进生长发育。

1.2调控甲状腺激素

1.2.1通过三碘甲腺原氨素影响：骨骼生长发育甲状腺激素（ThyroidHormones，TH）作为一类富含硒的氨基酸衍生物，能够促进机体新陈代谢和发育，主要成分是四碘甲腺原氨素（T4），而三碘甲腺原氨素（T3）含量较少，但是T3活性是T4的5∼8倍，当硒不足时，T3含量随之降低，使动物生长受限。Varga等[17]研究发现，T3可增加前胶原-赖氨酸-1，2-氧代戊二酸5-双加氧酶2和赖氨酰氧化酶的mRNA表达，这2个基因都参与胶原蛋白的翻译后修饰；T3还可以刺激骨形态发生蛋白1的mRNA表达，T3是赖氨酰氧化酶前体和前胶原的加工酶。胶原交联比Pyr/deDHLNL的增加表明，T3调节了MC3T3−E1培养系统中的交联成熟，T3通过上调特定交联相关酶的基因表达，直接调节胶原蛋白合成和胶原交联，同时甲状腺激素均衡浓度对维持骨质也很重要。因此，T3可以通过调节相关酶的基因表达促进骨骼发育。

1.2.2通过调节脱碘酶影响：羊生长脱碘酶是一种硒蛋白，并且脱碘酶是产生甲状腺激素代谢所必需的酶。脱碘酶能催化T4脱碘转变为活性强的T3。动物缺硒能引起脱碘酶活性下降，降低T4向T3的转化速度，使血液中T4含量上升而T3含量下降。因此，动物因缺硒发生生长受阻的一个机制可能是体内调节正常代谢和生长发育的某些激素合成量不足。Ma等研究发现，补硒能够提高脱碘酶的活性和甲状腺激素的代谢，并调节下丘脑-垂体-甲状腺和生长激素/胰岛素样生长因子-1轴相关基因的转录水平，从而改善动物生长。杨茹洁研究表明，在日粮中添加0.1∼0.3mg/kg蛋氨酸硒和纳米硒可以显著增强波尔山羊的肝脏、血液和睾丸中GSH-Px活性，减少血清中MDA含量，增强机体的抗氧化能力，并减轻由自由基引起的脂质过氧化损伤。因此，硒可以通过调节甲状腺和ROS等来促进羊的生长发育。综上所述，微量元素硒可通过影响羊体内GSH-Px的活性来提高羊体内的抗氧化能力；通过降低MDA含量、清除ROS水平来防止机体发生脂质氧化；通过影响甲状腺分泌的T3影响骨骼发育，进一步影响羊的生长发育。因此，在羊的饲养过程中需注意硒元素的补充。

1.3调节瘤胃环境

1.3.1调节瘤胃微生物：瘤胃作为独特的消化器官，是反刍动物对营养物质消化和吸收的主要部位。瘤胃中存在着多种复杂的微生物群落，它是一个高效有序的天然“发酵罐”，对于维持动物的正常生理机能和生产表现具有至关重要的作用。硒能够调节瘤胃的抗氧化性、甲烷排放以及瘤胃液细菌菌群结构和功能，可以调节瘤胃球菌、纤维杆菌等淀粉分解菌的丰度，还能够促进纤维二糖酶、羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和蛋白酶活性等。Zheng等研究发现，硒可以改善瘤胃中微生物的抗氧化状态，从而促进微生物生长和瘤胃发酵，补充硒可以增加瘤胃内微生物的相对丰度和活性。Tian等研究发现，与基础饲粮组相比，4.8mg/kg硒酵母组山羊瘤胃液中丙酸盐浓度、瘤胃细菌丰度均显著提高，最终会影响瘤胃微生物发酵。Xun等研究发现，给绵羊补充纳米硒可增加瘤胃挥发性脂肪酸的浓度，并将瘤胃发酵模式从乙酸型转变为丙酸型。Cui等研究发现，与未饲喂酵母硒的藏羊相比，日粮中添加酵母硒后羊瘤胃中挥发性脂肪酸、氨态氮（NH3−N）和丙酸盐的浓度显著增加，同时提高了瘤胃细菌的丰度，并最终影响了瘤胃微生物的发酵。因此，在羊日粮中补硒可以促进瘤胃发酵，改变瘤胃发酵模式，提高丙酸浓度，给羊提供更多的能量，更好地促进羊的生长发育。

1.3.2调节瘤胃消化代谢：补硒可以促进羊的生长发育。一方面，补硒可提高饲料蛋白质的利用率，为瘤胃微生物的生长繁殖提供丰富的氮源；另一方面，补硒可提高瘤胃发酵水平，为瘤胃微生物的生长繁殖提供足够的碳源，从而促进瘤胃微生物蛋白质的合成，改善羊的氮素营养，增加机体蛋白质（结构蛋白和贮存蛋白）的合成，进而提高日增重。研究表明，在日粮中适量酵母硒、硒代蛋氨酸可以提高羊的平均日增重，降低耗料增重比，对羊的生长性能产生积极的作。但Vignola等研究发现，在绵羊羔羊日粮中添加亚硒酸钠（0.30mg/kg）或富硒酵母（0.30mg/kg和0.45mg/kg面）后羔羊的平均日增重没有显著变化。研究结论不同可能与硒的添加形式和剂量以及羊的大小体重等因素有关，也可能是因为日粮中的硒含量已经达到羔羊生长的需求。

2、硒对羊繁殖性能的影响

2.1硒对公羊繁殖性能的影响

2.1.1通过腺苷单磷酸活化蛋白激酶：保护精子优良的公畜精液是实现高质量育种和提高后代生产力的基础。抗氧化剂是一类能够清除自由基、抑制氧化反应的化合物，具有保护细胞不被氧化的能力。硒对睾丸组织与生殖细胞的抗氧化水平具有调控作用，通过GSH-Px的抗氧化作用保护精子的原生质膜，使其免遭氧化。硒可以清除体内ROS来维持腺苷单磷酸活化蛋白激酶[Adenosine5-monophosphate（AMP）-activated Protein Kinase，AMPK]的活性，而AMPK又可以使硒维持在高水平；AMPK能够通过抑制脂肪酸的生成，确保机体中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和GSH的浓度维持在一个较高的范围，从而降低ROS的累积，最终保护细胞免受氧化应激的破坏。因此，APMK和硒两者相互影响，硒可以提高AMPK活性，AMPK可以使硒维持在较高水平。而AMPK可以提高精子质量，硒可通过激活AMPK来提高精子质量。李梦奇等研究发现，纳米颗粒硒可显著提高精子质量和抗氧化性能。Mojapelo等研究发现，当给萨能山羊羔羊喂食亚硒酸钠时，会使羊更早地进入初情期，并且其单次射精量、精子的活跃度、精液密度、山羊体重以及睾丸大小都会有明显增长。

2.1.2通过激活Keap1-Nrf2信号通路调控睾丸间质细胞：核转录因子NF-E2相关因子（NuclearFactorErythroidRelatedFactor-2，Nrf-2）在机体的抗氧化和细胞防护系统中起到了至关重要的调控作用，它通过激活细胞内的解毒酶和某些抗氧化蛋白来调整机体的抗氧化机制。Nrf2被视为细胞氧化应激反应中的核心调控者。它在细胞核内与抗氧化反应元件紧密结合，进而激活一系列下游抗氧化基因的转录和表达过程，如血红素氧合酶-1（HO-1）和H-醌氧化还原酶1（NQO1），这些活动显著增强了细胞对氧化应激的抵御能力，进而提高了细胞的存活概率，并维持细胞内的氧化还原平衡。近年来，有关硒对哺乳动物生殖过程影响的研究逐渐增多。李可欣等研究发现，在绵羊睾丸间质细胞中，随着亚硒酸钠浓度（0、2、4、8μmol/L）的递增，Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白（Keap1）的mRNA和蛋白表达显著减少，显示出负相关性。值得关注的是，Nrf2、HO-1以及NQO1的mRNA和蛋白表达水平均显著上升。这一显著的变化趋势表明，亚硒酸钠通过激活Keap1-Nrf2信号通路，可有效调控绵羊睾丸间质细胞的抗氧化机制。Shi等的研究进一步验证了2μmol/L硒能通过激活Keap1-Nrf2信号途径来有效降低细胞所承受的氧化应激压力。王晓蕾等研究发现，使用不同浓度的亚硒酸钠（0、2、4、6、8μmol/L）处理绵羊睾丸间质细胞时，硒能通过影响细胞周期及凋亡相关基因的表达来参与调控绵羊睾丸间质细胞的增殖与凋亡。其中，2μmol/L亚硒酸钠能够显著抑制凋亡相关基因，如细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶8以及细胞淋巴瘤基因-2相关蛋白的表达，从而推动细胞进入更好的活跃增殖状态；过量硒（6、8µmol/L）则会诱导细胞凋亡。Shi等研究表明，硒可以通过调节细胞氧化应激以及细胞周期和凋亡相关基因的表达来影响间质细胞的增殖和凋亡，还发现2.0μmol/L硒可显著提高p-ERK1/2、StAR和3β-HSD的表达，改善睾酮合成。这与李可欣等的研究结果一致，说明日粮中适量补硒可以提高精子的活力、改善睾丸发育，从而提高公畜的精液品质。

2.2硒对母羊繁殖性能的影响

2.2.1通过AMPK调控卵巢发育：硒对雌性动物的生殖器官有较强的亲和力，会首先聚集在卵巢、胎盘等组织内。在氧化胁迫的条件下，卵母细胞会累积大量的氧自由基，这些自由基有可能引发脂肪酸的过氧化反应，进而生成脂质过氧化氢、活性醛类等一系列过氧化物。Jana等研究发现，卵泡液中的ROS能够引起氧化应激，而硒作为抗氧化剂能保护卵母细胞、着床前的胚胎以及卵巢组织。AMPK可提高卵母细胞减数分裂的恢复能力和卵母细胞的成熟率，AMPK也可以介导胰岛素样生长因子1为卵巢细胞类固醇的分泌和细胞的增殖提供条件，并调控卵巢发育。Awawdeh等在给母羊补充硒时，发现硒可以改善母羊的繁殖性能。Stewart等研究表明，补饲富硒酵母可显著改善母羊的健康状况和所产羔羊的生长性能。因此，适量补硒有助于提高母羊繁殖率。

2.2.2通过PI3K/Akt信号通路使卵泡活化：用PTEN抑制剂和（或）PI3K激活剂可以对动物卵巢进行卵巢特异性治疗，以增加原始卵母细胞中的Foxo3核转位，从而激活休眠的原始卵泡。当PI3K/Akt信号通路被激活，PI3K发挥核心作用，将磷脂酰肌醇4，5-二磷酸转化为磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸。这一转化不仅激活了Akt，还进一步促进了下游叉头转录因子Foxo3的磷酸化。随着Foxo3的磷酸化，叉头转录因子Foxo3从细胞核内穿梭至细胞质，导致原始卵泡活化。研究发现，硒缺乏会抑制PI3K/AKT/mTOR信号转导通路的活性。陈晓良等表明，可通过PI3K/Akt通路调控颗粒细胞的增殖发育，影响蒙古羊的繁殖性能。Lizarraga等研究发现，给体外培养的初级卵母细胞补充硒元素后，提高了卵母细胞的活力、数量。王烁等发现，与对照组相比，添加0.2mg/kg酵母硒对繁殖母羊的发情率、受胎率、产羔率和繁殖成活率的影响更为显著。以上研究均表明，在日粮中适量地给母羊补充硒元素能够提高卵母细胞的活力，通过补硒可以更好地改善羊的繁殖性能。当体内的硒处于正常范围时，机体会维持自由基的产生和清除的动态平衡。但是，如果硒的浓度低于或高于正常范围时，都会对机体产生不利影响。