早在1818年，硒就作為一種礦物元素被發(fā)現(xiàn)，但是之后的幾十年里一直被視為一種有毒元素，直到1957年硒的生物學(xué)作用首次在小鼠中發(fā)現(xiàn)之后，其生物學(xué)功能才引起重視。動物體內(nèi)的硒主要以含硒氨基酸（硒半脫氨酸和硒蛋氨酸）的形式結(jié)合在硒蛋白（酶）中，并通過硒蛋白（酶）調(diào)節(jié)動物機(jī)體的自由基代謝、抗氧化、免疫、生殖、細(xì)胞凋亡和內(nèi)分泌等功能。反芻動物日糧中的硒和瘤胃微生物代謝之間存在著相互作用，對硒的生物利用效率和瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生影響，本文將對此進(jìn)行綜述。

1瘤胃內(nèi)硒的代謝

1．l瘤胃微生物對硒的代謝作用

1．1．l含硒蛋白的合成

瘤胃微生物對硒的代謝作用中，含硒蛋白的合成占主要地位。日糧硒能夠在瘤胃微生物的作用下，取代含硫氨基酸中的硫原子，合成含硒氨基酸，沉積在細(xì)菌蛋白中形成含硒蛋白（ Rosenfeld，1962；Paulsen等，1968； Whanger等，1968； Hudman和Glenn，1984）。

Rosenfeld (1962）用Na₂SeO₃飼喂綿羊，發(fā)現(xiàn)硒在羊毛纖維中大量沉積，且主要以硒半脫氨酸和硒蛋氨酸的形式存在，與用無機(jī)硫飼喂綿羊的效果相似。鑒于瘤胃微生物能夠利用無機(jī)硫合成含硫氨基酸且生物合成過程中硒對硫有取代作用，Rosenfeld推測瘤胃微生物可以利用無機(jī)硒合成含硒氨基酸，這一發(fā)現(xiàn)引起科研人員的重視，隨后的大量研究證實了瘤胃內(nèi)含硒蛋白的合成作用。

一些飼養(yǎng)試驗和體外培養(yǎng)試驗都發(fā)現(xiàn)含硒氨基酸（含硒蛋白）的合成作用。Whanger等（1968）試驗發(fā)現(xiàn)，用Na₂SeO₃和Na₂SeO₄飼喂綿羊，其中50％的硒在細(xì)菌蛋白中沉積，并生成硒半脫氨酸；用硒蛋氨酸飼喂綿羊，瘤胃微生物蛋白中同時生成硒半跳氨酸和硒蛋氨酸。Paulsen等（1968）用硒蛋氨酸對瘤胃微生物進(jìn)行體外培養(yǎng)，3h后60％的硒蛋氨酸被合成到瘤胃微生物蛋白中。

目前已經(jīng)確定反芻獸新月單胞菌（selenomonas  ruminantium）和溶纖維丁酸弧菌（butyrivibrio fibrisolvens）能夠利用無機(jī)硒合成含硒氨基酸（Hudman和Glenn， 1984； Koenig等， 1997）。反芻獸新月單胞菌(selenomonas ruminantium)在培養(yǎng)條件下能迅速吸收Na₂SeO₃。當(dāng)Na₂SeO₃。濃度為25μM時，培養(yǎng)1h后，每分鐘每毫克蛋白中硒的吸收速度為20ng，顯著高于對照組（l1ng）；經(jīng)過12h培養(yǎng)，75％的硒結(jié)合在細(xì)菌中，菌體蛋白的鏈霉蛋白酶水解產(chǎn)物中有含硒氨基酸的存在，硒半脫氨酸和硒蛋氨酸含量較高（Hudman和Glenn，1984）。

l．l．2還原作用

還原作用是瘤胃微生物對硒的另一種代謝作用，在這種作用下，日糧中的氧化型硒（+6或+8價硒）被還原成硒（0價）或硒化物（－2價硒）等還原型硒。目前已經(jīng)確定反芻瘤胃亞菌（prevotella ruminicola）（Koenig等，1997）對氧化型硒具有還原作用。反芻獸新月單胞菌（selenomonas ruminantium）在利用 Na₂SeO₃或Na₂SeO₄合成含硒氨基酸的同時，把小部分氧化型硒還原成元素硒，其含量為菌體總硒的 9％（Hudman和 Glenn，1984）；棲瘤胃擬桿菌棲瘤胃亞菌（prevotella ruminicola）只能把氧化型的硒還原成元素硒，而不能合成含硒氨基酸。另有人報道，氧化型硒還可以被還原為硒化物（Cousins和 Caimey，  1961；  Peterson和 Spedding，1963）。

此外，大量研究發(fā)現(xiàn)大腸桿菌、梭菌等原核生物中含有大量的含硒酶，如甲酸脫氫酶、甘氨酸還原酶、黃嘌呤脫氫酶、硫解酶、煙酸羥化酶等，這些微生物在硒存在時生長迅速，據(jù)此推測瘤胃微生物中也含有類似酶類。

目前，瘤胃微生物對硒各種代謝作用的機(jī)理還不清楚。根據(jù)對大腸桿菌的研究結(jié)果推測，瘤胃微生物合成含硒氨基酸可能依賴于硒半胱氨酸合成酶和多種基因參與的生物合成過程（Forchhammer等，1991a，1991b）。除了上面提到的反芻獸新月單胞菌（selenomonas ruminantium）、溶纖維丁酸弧菌（butyrivibrio fibrisolvens）和棲瘤胃擬桿菌棲瘤胃亞菌（prevotella ruminicola）外，其它瘤胃微生物對硒是否有代謝作用還不確定。酵母、斯氏梭菌、乳酸菌、普通變形菌、大腸桿菌對硒都有代謝作用，但瘤胃中類似微生物對硒的代謝作用還有待證明。

1．2硒在瘤胃液不同組分中的分布

瘤胃液中的硒主要分為飼料顆粒和原蟲中的硒、細(xì)菌中的硒、可溶蛋白中的硒及游離無機(jī)硒4部分，各部分中硒的存在形式不同。為了對各部分硒進(jìn)行測定，需要對瘤胃液進(jìn)行如下處理：①將瘤胃液用4層紗布過濾后，在2 000r／min離心 20min，沉淀物為飼料顆粒和原蟲；②將操作①中所得的上清液在24 000r／min離心20min，沉淀物為細(xì)菌；③將操作②中所得的上清液用5%三氯醋酸處理（體積比為5∶2）后，在3 000r／min離心20min，沉淀物為可溶蛋白，上清液用于測定游離無機(jī)硒。

細(xì)菌中的硒是瘤胃液硒的重要組成部分，無論飼喂精料還是粗料日糧，細(xì)菌中硒的比例都比較高，其存在形式主要是含硒氨基酸，此外還含有小部分不溶解的元素硒和硒化合物。可溶蛋白中的硒主要以含硒氨基酸的形式存在。游離無機(jī)硒的比例一般比較小。飼料顆粒和原蟲中硒的比例很小，其含量不足細(xì)菌中硒含量的千分之一（Serra等1994a，1996b），原蟲中的硒來源于原蟲吞食的細(xì)菌。

瘤胃液不同組分中硒的含量受到許多因素的影響，包括培養(yǎng)后測定時間、日糧精粗比、其它礦物元素含量、硒源等。培養(yǎng)時間越短，細(xì)菌蛋白中含硒氨基酸的含量越低（Paulsen等，1968）。

1．3瘤胃代謝對硒生物學(xué)利用效率的影響

瘤胃微生物對硒的代謝作用降低了硒的生物學(xué)利用效率，使反芻動物硒的凈吸收率顯著低于單胃動物（ Church等，1971）。反芻動物中硒主要由糞便排出，且主要以元素硒和硒化合物的形式存在，溶解率很低，酸中溶解率為60％，水中溶解率僅為10％（Cousins和Caimey，1961）。用含硒的反芻動物糞便種植牧草，75d之后只有0．3％的硒進(jìn)入植物體內(nèi)（Peterson和Spedding，1963），說明硒經(jīng)反芻動物瘤胃微生物作用后，其利用率降低。

微生物培養(yǎng)試驗發(fā)現(xiàn)硒的生物學(xué)利用效率與其溶解性有直接關(guān)系。無機(jī)硒合成含硒氨基酸后，溶解度明顯降低（Paulsen等，1968），如反芻獸新月單胞菌（selenomonas ruminantium）經(jīng)Na₂SeO₃培養(yǎng)后用鏈霉蛋白酶水解，菌體蛋白的降解率只有58％（Hudman和Glenn，1984）。Whanger等（1968）也發(fā)現(xiàn)用Na₂SeO₃飼喂綿羊，細(xì)菌硒的溶解率僅為60％。Serra等（1994）用干草飼喂綿羊，瘤胃液中游離無機(jī)硒的比例為30％，說明可溶解硒的含量較低。

飼養(yǎng)試驗中硒的生物學(xué)利用效率因瘤胃微生物的代謝作用而降低。用Na₂SeO₃和瘤胃細(xì)菌硒飼喂小鼠，結(jié)果飼喂細(xì)菌硒造成小鼠肝臟和腎臟中硒含量的顯著降低，說明瘤胃細(xì)菌硒的生物學(xué)利用率低于Na₂SeO₃（Serra等，1997）。

瘤胃原蟲對硒的利用效率也有一定影響。瘤胃原蟲進(jìn)入后部消化道的數(shù)量很少，大部分留在瘤胃內(nèi)，一定程度上降低了硒的利用率，去瘤胃原蟲能夠增加綿羊腎皮質(zhì)、肝臟和胰腺中硒的沉積（Dayrell等，1991）。

1．4日糧精料水平對硒在瘤胃內(nèi)代謝的影響

硒在瘤胃內(nèi)的代謝受到多種因素的影響，其中日糧精料水平的影響較大。日糧精料水平對硒在瘤胃內(nèi)代謝的影響有兩種途徑。第一，日糧發(fā)酵影響瘤胃pH值，進(jìn)而影響瘤胃的還原能力和不同種類微生物的活性，最終影響硒的還原和含硒蛋白合成。第二，日糧營養(yǎng)成分在瘤胃內(nèi)發(fā)酵依靠特定種類的微生物，并為微生物提供生長所需的能量和營養(yǎng)物質(zhì)，日糧營養(yǎng)成分不同時瘤胃微生物種類和數(shù)量不同，影響硒的還原和含硒蛋白合成。一般認(rèn)為日糧精料水平提高，瘤胃pH值下降，瘤胃還原能力提高，生成元素硒或硒化物的比例提高（Cousins和 Caimey， 1961； Peterson和Spedding，1963）；同時，淀粉和蛋白分解菌生長加快（Latham等，1971，1972），對硒的代謝作用加快，含硒蛋白合成增多，硒的生物學(xué)利用率降低（Serra等，1994a，1996b；Koenig等，1997）。

與粗料日糧相比，飼喂精料日糧時綿羊十二指腸食糜中細(xì)菌硒的比例顯著增加（分別為33．9％、101．9％），硒的吸收量顯著降低（分別為359μg、293μg）（Koening等1997人在相同硒水平下分別用干草和不同蛋白水平的日糧飼喂綿羊，瘤胃液不同組分中硒的差異很大。飼喂干草的綿羊與飼喂高蛋白水平日糧的綿羊相比，瘤胃液內(nèi)游離無機(jī)硒的水平提高，可溶蛋白中硒的水平、細(xì)菌蛋白中硒的水平降低；隨日糧蛋白水平的提高，瘤胃液總硒、可溶蛋白中的硒、細(xì)菌硒峰值提高，游離無機(jī)硒和硒的吸收率降低，說明提高日糧蛋白水平會促進(jìn)瘤胃微生物對硒的代謝作用，降低硒的生物學(xué)利用效率（Serra等，1994a，1996a）。另有研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)物采食量提高，促進(jìn)瘤胃微生物對硒的代謝作用，糞中硒的排出增多，其利用率降低（Langlands等，1986）。

2硒對瘤胃發(fā)酵的影響

文中提到的溶纖維丁酸弧菌（butyrivibrio fibrisolvens）、棲瘤胃擬桿菌棲瘤胃亞菌（prevotella ruminicola）、反芻獸新月單胞菌（selenomonas ruminantium）是瘤胃內(nèi)3大微生物，其比例分別為4％－12％、8％－12％、10％－19％（劉敏雄，1991），主要參與日糧淀粉和蛋白在瘤胃的降解，它們的種類和數(shù)量對瘤胃的正常發(fā)酵具有重要影響。這3種微生物在曬存在時，生長速度顯著加快，日糧添加硒通過對微生物的促生長作用影響瘤胃的正常發(fā)酵。硒對瘤胃發(fā)酵的影響主要有以下指標(biāo)：瘤胃pH值、瘤胃氨態(tài)氮濃度、瘤胃微生物生長量、日糧消化率、揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量和比例。

2．l瘤胃pH值

瘤胃pH值是瘤胃環(huán)境的重要指標(biāo)，日糧中添加0．3mg／kg或0．2mg／kg的硒（干物質(zhì)為基礎(chǔ)，Na₂SeO₃和Na₂seO₄為硒源）會降低瘤胃pH值，但差異不顯著，其變化范圍為 0.10－0.30（魯玉花等 1996， 1999；Serra等，1996a）。

22瘤胃氨態(tài)氮濃度

飼養(yǎng)試驗中日糧添加 0．3mg／kg的硒（干物質(zhì)為基礎(chǔ)，Na₂SeO₃為硒源）對瘤胃氨態(tài)氮濃度沒有顯著影響（魯玉花等，1996），但體外培養(yǎng)試驗飼料中添加0.3mg／kg的硒（干物質(zhì)為基礎(chǔ)，Na₂SeO₃為硒源）可顯著提高瘤胃氨態(tài)氮濃度（魯玉花等，1999）。

2．3瘤胃微生物生長量

純培養(yǎng)時，硒能夠促進(jìn)瘤胃微生物的生長（Hudman和Glenn，1984），但日糧添加硒對瘤胃微生物生長量的影響不同。飼養(yǎng)試驗和體外培養(yǎng)試驗均發(fā)現(xiàn)添加 0．3mg／kg的硒（干物質(zhì)為基礎(chǔ)，Na₂SeO₃為硒源）能顯著增加細(xì)菌蛋白、可溶蛋白和原蟲蛋白的合成量（魯玉花等，1994，1996；Naziroglu等，1997）。而在飼養(yǎng)試驗日糧中添加0．2mg／kg的硒（干物質(zhì)為基礎(chǔ)，Na₂SeO₃和Na₂SeO₃為硒源）會降低瘤胃微生物的生長量，降低比例分別為27%和19％，但差異不顯著（ Serra等，1994b）。

不同硒源對微生物的促生長作用不同，對瘤胃微生物生長量的測定結(jié)果影響較大。如 Na₂SeO₃能顯著促進(jìn)反芻獸新月單胞菌（selenomonas ruminantium）的生長，而Na₂SeO₄卻抑制其生長（udman和Glenn，1984）。

2．4日糧瘤胃消化率

硒對日粗纖維素消化率影響的研究較多，但報道結(jié)果不一。Martinez和Church（1970）進(jìn)行體外培養(yǎng)試驗，發(fā)現(xiàn)添加 0－20mg／kg的硒會引起纖維素消化率的持續(xù)降低（見表1），0-5mg／kg時差異不顯著，7－20mg／kg時差異顯著。魯玉花等（1999）進(jìn)行體外培養(yǎng)試驗，得出不同結(jié)果，硒水平為0.2－0．5mg／kg時顯著提高纖維素消化率，5－20mg／kg時顯著降低纖維素消化率。Serra等（1994b）在飼養(yǎng)試驗中發(fā)現(xiàn)日糧中添加 0．2mg／kg的硒（于物質(zhì)為基礎(chǔ)， Na₂SeO₃和Na₂SeO₄為硒源）對日糧NDF、ADF消化率沒有顯著影響。

表1   不同硒水平下纖維素消化率

注：引自Martinez和Church，1970。

硒對日糧其它成分消化率影響不大，雖然粗蛋白消化率有提高趨勢，但差異不顯著（Serra等，1994b）。

2．5揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的產(chǎn)量和比例

這方面的研究結(jié)果同樣很不一致。魯玉花等（1994， 1996）進(jìn)行體外培養(yǎng)試驗，發(fā)現(xiàn)添加 0．2mg／kg的硒（干物質(zhì)為基礎(chǔ)，Na₂SeO₃為硒源），乙酸和丁酸的含量顯著降低，丙酸含量顯著增加，乙酸與丙酸比例顯著降低，總VFA有增加趨勢。Serra等（1994b）用含0．2mg／kg硒（于物質(zhì)基礎(chǔ)，Na₂SeO₃和Na₂SeO₄為硒源）的自糧飼喂綿羊，總VFA、乙酸、丙酸產(chǎn)量及乙酸與丙酸比例都輕微降低。Naziroglu等（1997）試驗，0．3mg／kg的硒（干物質(zhì)基礎(chǔ)，Na2SeO3為硒源）能夠同時提高總VFA、乙酸、丙酸、丁酸產(chǎn)量。

綜上所述，高劑量（＞ 5mg／kg）的硒會顯著影響瘤胃的正常功能，低劑量（02－0．3mg／kg）的硒對瘤胃發(fā)酵沒有顯著影響。添加低劑量硒時試驗結(jié)果不同，說明與其它影響瘤胃發(fā)酵的因素相比，低劑量硒對瘤胃發(fā)酵的影響較弱，被其它因素的影響所掩蓋。

綜上所述，硒作為動物必需的微量元素，在反芻動物瘤胃中受到微生物代謝的影響，其機(jī)理還需進(jìn)一步研究。日糧添加高劑量的硒會顯著影響瘤胃的正常功能，低劑量的硒對瘤胃功能沒有顯著影響。日糧硒的含量為0．2－0.3mg／kg時可以滿足反芻動物需要，常用硒源為Na₂SeO₃。富硒酵母和硒蛋氨酸成本較高，利用效率也還存在爭議，使用較少。硒的適宜劑量和中毒劑量差別較小，使用時要特別注意。