马小翠扮演者:纳米技术在养殖业中的应用

1 引 言

    纳米技术(nanotechnology)概念最早源于美国诺贝尔物理奖获得者R．Feynman的著名演讲《底层还有很大空间》，但当时并未引起关注。直到1982年，扫描隧道显微镜问世，纳米技术才被正式提出，并在以后的20多年中得到了飞速发展。纳米技术就是在1～100 nm范围内对物质进行制备、研究和工业化以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性技术体系。纳米(nm)是一种度量单位，1纳米为10 -9米。当微小粒子进入纳米量级时，颗粒表面结构与晶体结构发生独特改变，其本身就会具有表面效应，小尺寸效应，宏观量子隧道效应，由此可以产生许多与传统材料完全不同的物理及化学特性，并在光、电、磁及生物活性等方面具备特殊功能，如低熔点、高比热容、高膨胀系数、高反应活性、极强的吸波性等，从而给不同学科领域带来新的研究思路，为学科的交叉发展提供机遇，因而纳米科技被视为21世纪的高新技术之一。

2 纳米技术在畜禽养殖业中的应用

2．1在改良优质饲料作物方面的应用

高品质的饲料作物是生产优质饲料的前提。当前主要通过基因工程技术来改良饲料作物的DNA，由于基因片段和DNA的连接带有随机性，所以试验的成功率无法保证。纳米技术的操控范围已进入基因尺度，利用纳米技术先将DNA分解为单个基因，再根据需要进行人工组装，其成功率可大大提高。在不久的将来，许多克服了常规饲料不足并蕴含着纳米技术的饲料作物，如高赖氨酸玉米，低毒菜籽等饲料原料就会在饲料工业和畜牧业中得以应用。

2．2在育种方面的应用

纳米技术结合转基因技术在培育新品种方面取得了突破性的进展。目前，在动物遗传育种工作中常用转基因技术来改造动物的基因组，改良动物的经济性状，使其生长速度加快、瘦肉率提高、肉质改善、饲料利用率提高和抗病力加强以及在短时间内培育出新品种。常用的方法是用限制性内切酶将所需的基因片段切下，再连接到目标DNA上，由于基因片段和DNA的连接点通常是随机的，所以试验成功的几率都不同。而纳米科技可先将DNA染色体全部分解为单个基因，然后再根据需要进行组装，转基因整合成功率几乎可达100％。同时，利用纳米科技，只要操纵DNA链上少数几个氨基酸密码甚至改变几个原子的排列，就可以培育出新性状品种乃至全新的物种。

2．3在饲料加工方面的应用

    可利用资源的短缺是制约动物饲养业可持续发展的瓶颈，提高营养物质利用率及转化率和开辟新的饲料资源是目前最关键的问题。纳米技术可以用于饲料资源的重新开发和利用。最常用的是超细粉体技术，是指制备与使用微米级、亚微米级或纳米级粉体及其相关的技术。饲料制造采用此技术，将饲料原料颗粒粉碎到纳米水平后再加工成颗粒料，这时纳米级的饲料原料有很大的比表面积和孔隙率，动物摄食后，饲料与消化液的接触面积比现在的饲料大数万倍，可以提高畜禽肠胃吸收能力、吸收速度和吸收率。尤其对难溶性有效活性成分的利用有重要意义。Florence等已经证实营养物质颗粒大小是影响胃肠道对其吸收的一个关键因素。Jani等人研究证明，纳米粒子在大鼠胃肠道的吸收有粒径大小的依赖性，50 nm和100 nm粒径的效果最佳。纳米技术可将纤维素粉碎成单一葡萄糖和纤维二糖等，这为大量纤维含量高的饲料原料找到了另一条可利用途径。对于一些非常规植物性饲料原料，如植物的花粉(孢子粉)、茎、叶和果都可以进行纳米化粉碎。植物的孢子粉如灵芝孢子粉，含有丰富的灵芝多糖、有机锗、多肽、三萜及甾醇类等多种功效成分，能增强细胞的免疫水平，从而提高动物自身的免疫能力。但无论植物的花粉还是孢子粉，其单体都具有坚硬的外壳，直接食用则因无法吸收，影响了这类原料的开发和利用。纳米技术将植物花粉或孢子粉进行充分的粉碎及破壁，使其有效成分得以充分的释放，并可完全吸收利用。茶叶含有大量的蛋白质、氨基酸和维生素等有机物以及多达几十种动物所需的无机矿物质元素。然而传统的开水冲泡方法不能将茶叶的营养成分全部提取出来供机体吸收，一些难溶性或不溶性的成分，诸如VA、VK、VE及绝大部分蛋白质、碳水化合物、部分矿物质等仍留存于茶渣中。如果采用纳米技术将食品级茶叶废弃物加以利用，将茶叶进行粉碎，制成纳米级茶叶粉，其中的大多数营养物质能够直接被动物所消化吸收利用。据日本报道，在培育肥猪的过程中，加喂适量的绿茶粉末，可使“茶叶猪”肉的核酸含量增加20％，胆固醇含量降低10％，味道更加鲜美可口。茶末喂猪还可使猪的抗病性增强、育肥时间缩短(从断奶至出栏约100 d)，成本低且无副作用。在动物性饲料原料中，血粉、羽毛粉由于含有丰富的营养物质而被广泛使用，但是按照传统的方法添加，其利用价值不高。只有将血粉进行超细粉碎，使血粉中的血红蛋白细胞壁破碎，营养成分才能在动物体内充分溶出而被充分吸收利用，同样，将羽毛粉进行纳米处理后，含硫氨基酸等必需氨基酸将被充分释放，有利于提高氨基酸的利用率，另外，甲壳动物壳体的提取物，如甲壳素，经超细粉碎后，才能被充分释放。

2．4在饲料添加剂方面的应用

    饲料添加剂是配合饲料的核心。由于其吸收率低和受利益驱动，常常超量添加，既增加成本又污染环境。制成纳米添加剂后，因其具有较大的比表面积，强吸附性和高活性，极易被消化吸收，不仅能保证畜禽的快速生长，还可大大降低使用量。结合目前纳米材料的发展现状，短期内最有可能大规模实现纳米化的添加剂就是微量元素添加剂。在饲料添加剂方面，第一代是无机，第二代是有机，第三代是氨基酸螯合物，第四代微量元素添加剂将会是纳米微量元素。无机微量元素的利用率较低，在30％左右；有机微量元素的利用率约为49 9／6；氨基酸螯合物的利用率约为65％；纳米微量元素的利用率可以达到80％以上。因为纳米微量元素可以不通过离子交换而直接渗透被吸收，从而大大提高了吸收的速度和利用率。目前研制的有纳米硒、纳米铜、纳米铬和纳米氧化锌。

2．5在提高畜产品安全及功能方面

抗生素添加剂和兽药纳米化后，具有缓释性和靶向性，药效大幅提高，使用剂量降低，很有可能解决人药兽药的交叉耐药性问题和药物残留问题，保证了畜产品的安全性。研究表明，纳米铜，纳米硒等在动物体内的利用效果非常好，而且有助于提高机体的生理机能。根据这一现象，我们把对人体有重要作用而普通食品中含量又十分有限的元素纳米化后添加到饲料内，通过过腹转化，使畜产品成为对人类有重要作用的高营养价值食品，如富硒肉、高碘蛋等。另外有毒、有害物质(重金属、霉菌毒素、农药)一直是困扰饲料行业的一个难题，根据这些有毒有害物质的理化特性，利用纳米自组装技术的纳米吸附剂可对它们进行高效、选择性的吸附。目前已研制出针对重金属铅，镉，砷，汞的纳米吸附剂有 PBAN，CDAN，ASAN，HGAN，体外吸附率分别为99 9／6、95％、90％、84％；针对霉菌毒素B1、B2、G1、G2的系列纳米吸附剂有ABIAN、AB2AN、AGIAN、 AG2AN，体外吸附率分别为99％、92％、96％、93 9／6；降低农药残留的吸附剂有选择性吸附有机氯和有机磷农药的吸附剂CPAN、PPAN，体外吸附率为95％、90％、97％。

2．6在饲养环境保护方面的应用

    国家环保总局的报告指出，全国60％的养殖场缺乏必要的污染防治措施。畜禽排泄物带来的土壤营养积累，水体污染及臭气和有害气体污染已经成为畜牧业可持续发展的制约因素。纳米技术被认为是缓解这一问题的一个重要途径。纳米技术的应用大大提高了饲料的消化利用率，减少了粪便的排出量，减少了氮、磷的排出量，而减少了粪便中的氮、磷及有毒元素对土壤、水、气等的污染，减少了抗生素的应用及在环境中的残留。此外，在畜舍建造和粪便处理上，也可使用一些纳米材料，利用它们具有的光催化性，在阳光，尤其是紫外线的照射下，生成的氧和氢氧自由基有很强的化学反应活性，可以与包括细菌在内的有机物发生反应，生成COz和H2O，从而在很短的时间内消除空气中的恶臭。随着纳米技术的飞速发展，纳米环保的理念也会迅速形成，将在畜牧业的绿色革命中发挥重要的作用，也将为环境保护带来突破性变化，为动物乃至人类生存环境的可持续发展提供技术上的保证，产生不可估量的生态和社会效益。

2007年第12

2．7在疫病防治方面的应用

    长期以来，人们使用各种化学药品来防治动物疾病，这易使畜禽产生药物依赖性，并发生畜禽产品药物残留的问题，间接威胁人类健康，而绿色安全的中药制品可以使这些问题迎刃而解，只是由于畜禽使用中药存在用量大、成本高的问题，按传统加工给药方式难以解决低成本、高疗效的矛盾，纳米技术的出现，为中药的应用提供了一种崭新而有效的手段。2000年，徐辉碧等提出纳米中药的概念，纳米中药是指运用纳米技术制造的粒径小于100 nm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。纳米中药可以使中药物质核100％破壁，使各种有效成分充分释放，能大大改善或提高中药的溶解度与生物有效性，纳米中药由于吸收速率高，产生疗效快，对胃肠道刺激小，在临床上就可以减少药的用量，结合纳米控释技术进行靶向给药或将某些药物制成缓释剂还可以达到特殊的治疗目的。目前主要应用纳米技术改造某些难溶性药物或保护某些药物的特殊活性，相信在克服了一定的技术问题后，如破壁的不同粒度的确定及检测，纳米技术将彻底改变中药制备的现状，使纳米中药在畜禽饲养中发挥其独特的作用。

3 小 结

    纳米材料是人类的又一里程碑。纳米技术可使传统畜牧业产品被重新加工利用，把纳米材料添加到传统畜牧业产品中，可改进或获得一系列的功能，使产品更具市场竞争力。虽然纳米技术越来越受到各国政府和科学家的重视，也已经有部分纳米产品走向了市场，但是，纳米技术现在的发展水平也只处于起步阶段，还很不成熟，存在许多问题，由于纳米颗粒比表面积大，比表面能高，制备过程中极易发生团聚现象，使其失去应有的功能，所以在纳米级饲料或添加剂的大规模生产中，存在纳米颗粒分散、表面改性的问题。所以我们应该正视和重视纳米技术在养殖业中的研究和应用，利用纳米技术为全社会提供安全、可靠的绿色畜禽产品，使我国有效的饲料资源得到充分的利用，最大限度发挥营养与保健功效，减少动物发病率。纳米技术能对有毒有害物质进行吸收，减轻环境污染，稳定了生态平衡，造福人类。相信纳米这一新技术一定能为畜牧业的发展带来广阔的前景。