论文稀土文献综述

论文稀土文献综述

稀土元素作为猪饲料添加剂的应用
重庆市畜牧科学院 景绍红 402460

摘要：稀土元素由17种元素组成，稀土元素及其化合物具有特殊的物理化学性质。在我国，一些稀土元素中的盐份和镧系元素（如其中的镧和铈等）被作为饲料添加剂应用于畜禽生产已经有四十多年的历史，有大量文献表明添加微量稀土元素混合物的饲料不仅能提高猪、牛、羊、鸡等的体重，而且还能增加奶类和蛋类的产量。近五年，很多西方国家从我国进口稀土元素作为饲料添加剂应用于猪的研究。结果表明：稀土元素可增加猪的日增重和提高饲料转化率，是一种新型、安全并且实惠的新型促生长剂。本文综述了稀土元素主要是镧系元素在国内外农业特别是养猪业的应用研究成果并解释了其潜在机理，为以后相关研究提供参考依据。

关键词：稀土元素，镧系元素，猪，体增重，饲料转化率

1． 前言

50多年来，抗生素作为饲料添加剂有效地预防和控制了畜禽疾病的发生和流行，但同时也带来了诸多不良后果：如肉类的药物残留；粪便给环境造成的污染；过度使用使动物产生对抗生素的依赖性甚至抗药性等。从2005年底开始，抗生素作为饲料添加剂在欧盟已经被全面禁止。目前全球人口不断增加，动物蛋白需求量不断增加，唯一的方法是增加肉类生产。而全面禁止抗生素会严重影响动物断奶后的健康和产量。这样一来，建立动物卫生保健战略和发展新型饲料已迫在眉睫，人们需要新的促生长素替代品作为饲料添加剂，这些添加剂必须有效、安全并且有助于环境保护。比如说益生菌、益生素、酶类、有机酸还有中草药提取物等。

目前引起人们注意的是一种新型的稀土元素或稀土元素混合物添加剂，包括钪、钇和镧系中从镧到镥等元素。稀土元素在地壳中并不是非常罕见，但数量有限。特别是镧（La，57号元素）、铈（Ce，58号元素）、还有镨（Pr，59号元素）。镧和铈主要存在于地质浓度类似于重要微量元素钴的地质区，因而不算太稀有。由于世界上80%的稀土元素存在于我国，我国成为了这些元素的主要供应方，它们主要以浓缩品、氧化物、合金的形式出口给其他国家。稀土元素主要应用于冶金、化工、电子工业和农业。其中，大约25%的镧矿石被用来制作碳弧灯；25%被用于镧、铈合金的生产，这些合金可以用在火石打火机、镁合金和某些合金铁生产；25%用于玻璃工业：如钕镨混合物、铈盐和其他的镧系元素在玻璃上色和脱色工艺上有重要用途。最后还有25%的镧产品被应用于其他行业，比如电视器件、催化剂、激光器和饲料添加剂。

2．稀土元素在国内农业的应用

2．1．在种植业的应用

在我国，稀土元素，通常是铈、镧和镨的混合物，在农业种植中作为肥料增强剂已经被应用了40余年，并且卓有成效。促进生长和增产的原因至今不清楚，但据推测可能是由于稀土元素与钙元素的相互作用对细胞质膜的结构和功能产生的影响增强了光合作用和酶的活性。

这些效果已被其他国家所证实。在澳大利亚和英国，科学家发现施有稀土元素的土壤可以提高15%的农作物产量 ，而且不会残留于农产品。在水溶性的研究中，Tucher等证明了培养基中的镧系元素对植物中的矿物质产生强烈影响，但由于稀土元素的盐是水溶性的，土壤浓度不会有大幅度增加。

2．2．在养殖业的应用

国内还进行了许多养殖业研究，诸多结果被报道。这些报道指出，添加少量稀土元素的饲料不仅能增加牛、猪、鸡、鱼和兔的体重，还能增加牛奶和鸡蛋的产量。此外，饲料转化率在以上物种都有提高。

稀土元素可加强猪生长性能。何若钢等（1998）发现，饲喂补充了稀土元素日粮的平均体重为7千克（5-9千克）组小猪，体重可增加5%到23%[1]；饲料转化率可提高4%到19%。在体重13-17千克组，体重可增加11%到20%，饲料转化率提高5%到9% [2]。陈樵等（1994）研究发现，生长肥育猪（30—50千克），稀土元素添加剂可使体重增加9%--13%，饲料转化率提高6%--8%[3]。王和许（2003）发表的最新文章，提出体重可增加13%，饲料转化率提高7%。

总的来说，并不是某些特定的稀土元素添加到饲料中，而是以铈 、镧、镨 为主和其他一些镧系元素中某些成分组成的混合物。早期的研究主要采用添加这些稀土元素的硝酸盐和氯化物，而最近的研究主要采用添加有机盐类象柠檬酸和葡萄糖之类，有时再辅以氨基酸的蛋氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺之类。

不同研究采用不同浓度。在国内，猪饲料一般采用100 -600毫克/千克浓度。较大的浓度差异导致研究数据缺乏可比性，从而使对稀土元素的作用机制的理解更困难。

3．稀土元素在国外饲养研究应用

欧美国家的饲养条件明显不同于国内，他们更注重家畜品种的选育和饲料的优化，家畜对生长促进剂和增强剂易感性较低。

1999年，Rambeck 等首先进行了一系列猪的饲养试验。用稀土元素盐饲养72只德意志和皮特兰仔猪，平均体重7千克，分为两组，对照组饲喂纯氯化镧（99.7% LaCl3.6H2O），试验组38.0% LaCl3.6H2O + 52.1% CeCl3.6H2O + 3%C rCl3.6H2O，以75毫克/千克和150毫克/千克添加到全价日粮（能量：13兆焦耳/千克；52.7% 大麦,20% 小麦,18.8% 豆类）饲喂五周。结果表明，饲喂了稀土元素混合物的试验组效果最好。体重增加了5%，饲料转化率提高了7%（P〈0.05〉[4]。在He（2001）等进行的另一个试验中，体重17.5千克的杂交仔猪饲喂 300毫克/千克含稀土元素配方。一个月以后，试验组体重明显增加了19%，饲料转化率提高了11%。继续添加一个月后，体重比对照组高了12%，饲料转化率高3%。在瑞士进行的猪场实验把猪分为两组，一组97头仔猪 （初始重11.2千克）,一组176头仔猪(初始重8.3千克)(Schweizer Edelschwein，2003)。分别饲喂16天和30天，与对照组比较，添加了200毫克/千克稀土元素混合物的实验组体重增加3%-10%，饲料转化率提高2%-9%。这是第一次猪场实验证明稀土元素作为添加剂是有效的。

由于负离子的存在，稀土元素盐的生物利用率会受到影响，稀土元素中柠檬酸盐的影响也被考虑。Halle等（2003）发现，柠檬酸盐可以显著提高鸡的体重达7%。但Schuller等（2002）发现，在同样条件下，氯化盐既不能提高体重也不能提高饲料转化率，因此柠檬酸盐被广泛应用于仔猪饲养试验。另外因为柠檬酸盐比氯化盐的吸湿度要小，作为饲料添加剂比较容易置放。在一项持续了六周的饲养试验中，50、100和200毫克的柠檬酸盐添加给28只仔猪（每组7只，体重8.6千克）。按照剂量比例计算，体重增加高达22%，饲料转化率达19%。2004年，Kessler研究发现，柠檬酸盐对整个育肥期有显著的促进作用，以250毫克/千克的浓度添加到饲料中，对照组达104千克需102天；而实验组只需93天；日增重分别是782克/天VS.851克/天；饲料转化率分别为2.5 VS 2.4；差异特别显著。

稀土元素对家畜的健康和肉产品的质量和安全性没有影响。对胴体和肉的质量检测数据显示，所有被测家畜肉是E或U级（两个最高等级，EUROP等级制）。其他有关肉质参数也没有受到稀土元素的影响，例如，PH1和PH24，肉色和瘦肉率均很正常。从试验猪采取的肌肉、肝脏和肾脏样品中，实验组和对照组的稀土元素含量都很低。尽管实验组镧的含量比对照组高，但所有试验猪的镧沉积速度都很低，接近检测极限。

也有研究发现稀土元素添加剂对体重和饲料转化率没有影响。例如，Halle(2003)等做的一项有关猪的肥育试验，在饲料中添加不同稀土元素负离子氧化物，浓度为100毫克/千克，却没有表现出促生长效应，也许是本试验的浓度太低所致。在另一个实验中，稀土元素氯化物（300毫克/千克饲料）几乎对体增重（-4.7% 对比对照组）和饲料转化率(+1.3%对比对照组) 没有作用。

4．结论

稀土元素对猪生产性能产生显著影响的机理目前尚不十分清楚。据分析，虽然胃肠道对稀土元素的吸收很少，但可影响胃肠道微生物的组成，从而促进日粮中营养成分的消化和利用。高浓度的镧系元素通常可以抑制细菌的生长，低浓度的镧系元素可能促进细菌生长。

稀土元素既有微量元素的特征，可划为营养类添加剂；又可以增加胃肠道消化率和稳定有益菌丛，可被视为益生类添加剂。从目前在国内外养猪业的应用效果来看，稀土元素是一种高效、低价、安全的新型饲料添加剂。
参考文献

1．何若钢，夏中生，《稀土对生长肥育猪生产性能的影响》，广西农业科学
1998年（5）-243-245

2．李德发，余伟民，《添加稀土对生长猪生长性能及氮平衡的影响》，饲料博览
1992年（4）-3-4

3． 陈樵，高家骅，《稀土的表观消化率及添加稀土对日粮粗蛋白粗脂肪表观消化率的影响》，江苏农业科学1994年（1）-59-61

4． Rambeck W.A., He, M.L., Chang, J., Arnold, R., Henkelmann, R. & SuB, A Possible role of rare earth elements as growth promoters. In: Vitamine undZusatzstoffe in der Ernahrung von Mensch und Tier. Symposium, 22-23 September 1999, Jena/Thuringen, Germany, pp.311-317 (1999).

农用稀土对植物及土壤的作用

�稀土农用研究在我国始于七十年代初。多年来，由研制稀土农用产品。到小区试验再扩展到大面积的使用，不仅在稀土农用技术，而且在基础理论的研究中都取得了一系列的重要突破。并产生了很大的经济效益。

��从八十年代中期大面积推广使用稀土至今，已有十几年时间。这期间有多篇关于稀土农用的增产效果及稀土元素的生理效应的综合性的总结和综述。稀土元素植物生理作用的研究对于农业生产合理地使用稀土微肥具有重要的理论意义。本文就近年来有关稀土元素的植物生理效应的研究现状作一综述。

1.稀土元素在植物体内的含量，分布及存在状态

��稀土元素在土壤中广泛存在，但植物体内稀土元素的含量与多种因素有关。土壤环境，植物的种类，气候条件等都会使植株内的稀土元素含量差异很大。同一植株的不同器官，不同生长部位的含量也不相同。从整体看，在自然状态下，植物从土壤中吸收稀土元素后，不同器官中稀土元素的含量由大到小的顺序是：根，叶，茎，花，果实。马玉增，劳秀荣，郝福玲等通过用稀土浸种，分别研究了花生，玉米和小麦对稀土的动态吸收过程和植物各器官对稀土的吸收量，结果表明，含量分布与在不施稀土的自然状态下相同。

��对稀土元素在植物体内存在位置和存在状态的研究是探索稀土元素的植物生理功能的一条重要途径。周世恭利用电镜制片技术使进入小麦幼苗的镧离子固定在原有位置，采用扫描电镜与能谱分析相结合的方法进行研究。结果显示：进入植物体的镧离子多数沉积在根尖细胞壁上，只有少量积累在生长区皮层细胞壁和叶肉细胞壁上细胞质中未检出。表明镧离子主要沿细胞壁和壁外途径传递和分布，未能通过质膜进入到细胞内。而李齐等以不同浓度Ce(NO3)3处理I-90杨根，再经快速冷冻干燥，塑料真空渗透包埋，用透射电镜能量分散型X射线微区分析法对铈及其它离子在亚细胞微区间的分布和含量进行了测定。表明铈不但进入植物细胞，而且在细胞核内有明显富集。在此，是由于供试的稀土离子不同，植物的种类不同，还是实验条件的差别（如稀土处理样品的方法，植物的生长期不同等）而导致不同的结论，尚不清楚。这方面的工作还有待于进一步深入。

��有关稀土在植物体内存在形式的研究工作并不多见。这几年来，只有钟淑琳报道了从未喷施过稀土的新鲜茶叶中分离出一种稀土－脂多糖，并测定了其分子量。这方面的工作进展缓慢可能是由于植物的组成成分复杂，且稀土－生物分子化合物含量甚微，现有的分离手段难以达到这样的要求，从而使得这方面的工作较为困难。

2.稀土元素对植物种子萌发和生长发育的影响

��大量试验表明，稀土元素对植物种子的萌发和根的生长有特殊的效应。刘恩侠研究了稀土对向日葵种子萌发和根系生长的影响。结果表明，稀土浸种对种子的发芽率影响不大。适当浓度稀土处理种子，可以提高种子活力，明显促进幼苗生长。但当浓度过高时，则产生抑制作用。可能是细胞膜或染色体组受到伤害所引起。潘登魁等将油松种子分别用不同浓度的CeCl4和PrCl3浸种处理，结果显示能诱导种子体内产生脂酶同工酶，有利于脂库油脂动员，促进种子萌发和幼苗根系增长，同时根系脱氢酶活性增强，并诱导幼苗产生超氧化物歧化酶(SOD)同工酶。光合色素含量高于对照，Chla/b值相对较低。沈博礼等从镧和铈对小麦幼苗过氧化物酶和淀粉酶活性及其同工酶的影响作了研究。结果发现过氧化物酶同工酶的活性，尤其是参与生长素代谢的酶的活性有所降低，从而促进植物的生长，这种现象在芽中尤为显著，另一方面，β－淀粉酶的活性增加，镧的作用大于铈，需要更深入的研究。而杨燕生等则从钙调素(CaM)水平的变化探讨了镧对小麦幼苗生长影响的内在原因。CaM是动植物体中广泛存在的一种多功能的胞内Ca+2受体，参与细胞增殖及多种生理过程的调控。而La+3可显著地影响小麦幼苗CaM水平。但由于镧的定位在胞外，故推断La+3通过某种机制将信号传递到胞内从而影响CaM基因表达。当促进CaM基因表达时（CaM水平上升），蛋白质含量上升，加速细胞分裂，使小麦幼苗生长加快，苗高，苗重增加。反之，则出现相反的结果。杨汉民发现部分镧系元素能提高枸杞体细胞胚的诱导频率。原因可能是稀土提高了愈伤组织对养分和无机盐的吸收和利用，改善了细胞的生长环境，最终促进了胚性细胞向体细胞的转变和发育。

��有关稀土与植物生长激素之间的关系也是人们感兴趣的一个方面。一般的结论是在适当浓度的稀土作用下，植物体内的生长素，赤霉素，细胞分裂素等激素的含量均有不同程度的增加。研究表明，LaCl3对生长素诱导的导管分化和形成有促进效应。王则民综述了稀土植物生长素类固体配合物的合成及其植物生理效应的研究进展情况。王辉合成了一系列化学组成为REL2.3H2O的固体配合物并应用于小麦胚芽鞘的生长研究，发现有促进作用，且作用大小顺序与这些配合物在水中的溶解度大小顺序一致。配合物的作用效果并非是稀土离子与相应配体二者效果的加和，稀土离子与相应配体表现出明显的“协同”或“增效”作用。

3.稀土元素对植物矿质营养代谢的影响

��大量研究资料表明，施用适当浓度稀土元素能促进植物对养分的吸收，转化和利用，这已得到许多实验结果的证实。用富镧稀土对春小麦喷施或拌种，采用15N，32P示踪技术检测，实验结果显示春小麦生长发育得到促进，结实穗数和籽粒数也有所增加，表明使用稀土可提高春小麦对氮，磷肥的吸收，运转，利用，并减少土壤中氮素损失。聂呈荣发现，花生喷施稀土，对根瘤固氮活性和叶片硝酸还原酶活性均有显著的促进作用，从而提高了叶片氨态氮含量，降低了硝态氮含量，改善了植株的碳氮代谢，对改善品质，提高产量有利。常江发现镧(10mol/L)和钙(1mol/L)均可降低水稻根系对K+的亲和力，导致K+的吸收下降。镧可促进磷吸收，而钙则相反。廖铁军研究了稀土在氮，磷均衡营养供应的条件下，对几种作物的增产刺激作用。认为增产机理在于稀土可促进，协调作物对矿质养分的吸收，刺激酶活性。而且稀土是生理活性物质，必需与大量营养元素进行合理的配用，才能发挥效益。李元沅发现在灰泥田水稻分蘖始期和初穗期喷施稀土离子可使根际容积磁化率提高，并显著促进水稻对养分的吸收和生长发育。值得注意的是，这是为数不多的一篇涉及到生物磁性方面工作的文献。

4.稀土元素对植物光合作用的影响

��光合作用对植物干物质的积累和作物产量均有决定性的作用。无论是大田实验，还是实验室实验都明确证明，稀土元素对植物的光合作用有明显的影响。显微学研究表明：稀土可增加叶肉组织中叶绿体的数量，提高微管束的排列密度，因此可提高光合作用效率。

��稀土元素对糖用甜菜块根膨大期和糖分积累期光合产物分配的影响可利用CO2示踪法来检测。结果显示，喷施适当浓度稀土元素可提高甜菜同化CO2能力，提高根冠比，改善光合产物的分配，有利于光合产物向块根运输。用适当浓度稀土元素在苗期和花针期喷施花生时，可提高叶片叶绿素含量和净光合强度，因而增加花生荚果产量。刘洪章等用叶面喷施稀土方法，对黑穗醋栗生长进行了研究，发现低浓度(300-800ng/L)处理能显著增大叶面积，提高叶片叶绿素总量，对叶片光通量密度，气孔导度和蒸腾速率均有良好的影响，对提高座果率，单株产量等均有益处，而高浓度处理时则出现抑制作用。

��有关稀土元素对光合作用产生影响的机理一直是受人关注的一个研究方面。但目前还没有一种被大家所一致公认的机理。有报道说，铈对黄瓜叶绿体中叶绿素蛋白质复合物的形成有影响。李赛君等则在甲醇和醋酸体系中合成得到叶绿素－镧配合物。通过研究叶绿素－镧和叶绿素a的紫外可见(UV--VIS)和瓷圆二色性谱(MAD)证明，镧离子已配位到叶绿素的卟啉环上，形成了叶绿素－镧的配合物。沈博礼等则认为稀土对植物光合能量代谢的影响，主要还是促使PSⅡ蛋白质复合体的活性加强和电子传递链中电子传递速率加快，从而带动整个光能转换和光化学反应。还有的研究者发现稀土元素还可以改变叶绿素在细胞内的移动速率。

5.稀土元素对植物抗逆性的影响

��大田作物栽培常会遇到诸如干旱，高温，低温，盐渍，病虫害等逆境条件。使用稀土，可以增强作物对上述不良环境条件的抵抗能力。用300mg/Kg稀土溶液处理棉花种子，枯萎病发病率可降低18.96%--11.45%，病情指数降低25.6%--17.43%，相对防效分别为29.19%--39.3%。但高浓度稀土则效果不明显，甚至产生药害。其他作物施用稀土也都显示出不同程度的抗病性。对于稀土元素能增强作物的抗逆性和抗病性，宁加贲认为在于稀土离子能与细胞膜的磷脂结合，调节钙的代谢，并取代Ca+2离子，参与与Ca+2有关的许多生理过程，所以，稀土离子能维持细胞膜的通透性和稳定性，提高细胞膜的保护功能，增强作物对不良环境的抵抗能力。加强代谢过程中的氧化酶活性，有效地抑制病原体侵染，从而提高作物的抗病性。

6.稀土元素对植物的产量，品质的影响

��稀土对农作物的效应不仅能提高作物的产量，也有改善品质的作用。这方面的报道很多。如使葡萄的果粒增大，糖酸比提高，改进风味。稀土拌种可使玉米的品质改善，产量提高。喷施稀土可使苹果和柑橘果实的Vc含量，总糖含量，糖酸比均有所提高，促进果实着色和早熟。并可抑制贮藏过程中呼吸强度，降低烂率。施用稀土复合肥还可减少蔬菜中硝酸盐的积累，而且降低幅度和趋势极为明显。另外还有稀土元素对啤酒花，水稻的产量与品质影响的报道。值得一提的是，胡瑞芝等从细胞膜透性的角度探讨了施用稀土对水稻产量影响的机理。实验结果表明：在水稻生长的中，后期，稀土离子能抑制叶片脂质过氧化产物丙二醛(MAD)的形成，使脂质过氧化作用减弱，延缓细胞膜的破损，穗长和每穗粒数明显增加，从而增加水稻产量。何友昭等报道，小麦在拔节期喷施稀土可显著提高产量，他们认为是小麦穗粒数增加的结果，因为钱粒重的变化并不明显。同时他们还得到了小麦产量与喷施稀土浓度之间的二次曲线相关关系。

7.今后研究工作的方向

��多年的研究表明，施用适量的稀土元素对提高作物的产量，品质是有益的。但还不能充分证明其对植物生长的必需性。稀土元素对植物体内的一些生理生化反应有一定的促进作用。但这些作用是植物体内各种影响因素共同作用的结果，而不是稀土元素的单独作用。今后的工作应进一步着眼于从细胞，亚细胞乃至分子水平上研究稀土元素的植物生理效应。如稀土离子在植物体内的运输方式，定位及存在形式，作用机制等。弄清楚这些问题不但有助于从理论上指导稀土的推广应用，而且对认识化学元素在生命科学中的作用也是有意义的。

农用稀土的概述

稀土是周期表中的一族元素，它由性质十分相似的镧、铈、镨、钕等15种元素和与镧系元素性质极为相似的钪、钇共十七种元素组成，统称为稀土元素。其实稀土元素并不稀少，17种元素共占地壳总量的0.0153%，这比铜在地壳中的总量还多一倍。就单个元素而言，铈最多，它的克拉克值为0.0046%，与常见元素锌差不多。钇为0.0028%，镧为0.0018%比常见元素铅还多。总之，稀土元素在地壳中的含量与铜、铅、锌不相上下，比锡、钴、银、汞等元素还多。 1917年中国钱崇澍与美国Ostenhout发表了钡、锶、铈对水绵生理作用的论文，开创了稀土元素的生物活性研究的先河。20世纪30年代，前苏联对稀土的植物生理效应做了大量的试验研究，涉及作物有豌豆、萝卜、黄瓜、亚麻和橡胶草等，且明确了稀土对上述作物生长的促进作用。我国从二十世纪70年代以来，通过深入的试验研究与反复的生产实践。于1985年获得了重大突破即在稀土农用技术、土壤学、植物生理、毒理卫生学、分析检测及农用产品生产工艺等领域取得120余项成果和1300篇研究报告，并成功地将稀土元素应用于我国农业生产，从而将时停时续进行了近60年的稀土生物活性研究，发展成一项实用技术，成为世界上第一个把稀土元素作为一种商业性产品“益植素”应用于农业生产的国家，累计产生了150亿元的经济和巨大的社会效益。目前国际上公认我国在稀土农用技术的研究和应用处于国际领先水平。高效稀土配方复合剂已出口到韩国、马来西亚。美国、以色列、澳大利亚、泰国等也与我接触要求与我国合作进行稀土农用技术的研究。