鍺是位于元素周期表第Ⅳ主族的準金屬（Metalloid）元素，原子序數32，原子量72.59，為灰白色的脆性固體。1886年德國化學家Weisbach首先從硫銀鍺礦（4Ag2S•GeS2）中發現了鍺，1913年Cornec 從植物中測出了鍺，1929年Dutoit在動物體內也發現了鍺， 此后，雖然各國科學家相繼合成了多種鍺的有機和無機化合物，但直到1962年發現了三烷基乙酸鍺的抑菌活性后，有機鍺的生物學效應才引起人們的重視。1968年，長期從事鍺研究的淺井等人（1）以三鹵化鍺為原料，首次合成了具有廣泛藥理活性的水溶性有機鍺化合物——β-羧乙基鍺倍半氧化物（Carboxyethyl germanium Sesquioxide,CEG,簡稱Ge—132），1974年具有更高抗癌活性的螺鍺化合物的研制成功揭開了鍺及有機鍺化合物在醫學研究和應用上的新紀元。
鍺化合物具有抗癌、抗氧化、抑菌等廣泛的生物學功能，能促進動物的生長，提高動物的免疫力。我國科學家從90年代開始對鍺在家禽養殖中的生物學效應進行了廣泛的研究，并取得了令人矚目的成果，本文對鍺的來源、組織分布和代謝、生物學功能、在養殖業中的應用及其發展前景作一闡述，以促進它在養殖業中更廣泛地應用。
1鍺的來源
鍺在地殼中的分布屬于典型的稀散元素。土壤中鍺的含量在0.1—50mg/kg之間，平均值為1.0mg/kg。鍺在土壤中的存在形式比較復雜，除以H2GeO3和HGeO3–的形式存在外，還能與土壤中的有機物如腐殖酸等形成絡合物，或被黑曲霉菌吸收，貯于菌絲體中。
巖石圈中的二氧化鍺被滲濾的水浸析后，容易與原生過程中的共存元素如Si、Ti、Sn等分離，以H2GeO3和HGeO3–的形式進入水圈，同時，自然界動物排泄物、動植物殘骸中的鍺被水沖刷、溶解后，以有機鍺的形式進入水圈，這些無機鍺和有機鍺構成了水圈中鍺的來源。由于鍺在遷移過程中以不同方式固定于各種沉積物內，所以水中的鍺含量一般都比較低，僅為1.5×10–3 mg/L。
許多植物中都含有痕量鍺，植物中的鍺含量往往與地理環境有關，如厥類植物含鍺1.88 mg/kg，蔬菜和豆類的鍺含量在0.15—0.45 mg/kg之間，其中大豆含鍺較高，達4.67 mg/kg（2），不少名貴中藥材和茶葉中含有較豐富的鍺化合物，如人參中含鍺高達250—320 mg/kg（3）。
2 鍺的組織分布和代謝
2.1 鍺的組織分布
鍺在機體組織中普遍存在（4），動物體內的許多酶如胍氨酸酶、細胞色素氧化酶、碳酸酐酶以及人腦皮質和灰質成分中均含有痕量鍺（5），Charles等成功地從細胞壁、線粒體、染色體、囊泡、溶酶體等亞細胞成分中分離出鍺。小鼠器官中的鍺含量見下表：
表1 小鼠器官中的鍺含量（μg/g濕重）
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器官 |
腎 |
肝 |
心 |
肺 |
脾 |
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鍺含量（μg/g濕重） |
0.49 |
0.50 |
0.91 |
0.48 |
1.93 |
2.2鍺的代謝
動物主要通過飲水、采食和呼吸等途徑攝入鍺，進入體內的鍺對組織沒有選擇性，可分布于各個器官中，主要是肝、肺、腎、脾等，并經由腎臟排出體外，無明顯的蓄積作用。對鍺進入鼠體內的代謝研究表明：它在鼠體內的吸收和動力學過程是很快的，1小時吸收93.8%，7小時后全部通過肌肉，且不顯示壞死、膿腫、出血和感染。吸收的鍺除小部分直接經消化道以糞便形式排出外，主要隨尿排出體外，Schroeder等用100mg/kg的鍺酸鹽灌喂小鼠，5天中從尿和糞中排出的鍺分別占78%和13%。Dudley等（6）對兔體內注射13.5mg/kg 的GeO2，，72小時后有66%—77%的鍺進入尿，6%—12%進入糞。
3 鍺的生物學功能
鍺具有參與免疫調節、抗癌、抗氧化、刺激造血系統功能和抑菌等廣泛的生物學功能。
3.1 參與免疫調節，增強機體的抗病能力
有機鍺具有明顯的免疫調節作用。Suzuki（1985）研究認為：Ge—132通過刺激T淋巴細胞產生淋巴因子，如誘生干擾素γ—IFN、輔助因子IL—2等，活化巨噬細胞變成細胞毒巨噬細胞，激活自然殺傷細胞（NK）的活性，從而提高抗病能力。Mizushima等（7）報道：Ge—132可使對免疫性降低的同年齡鼠免疫反應正常化。在鼠脾淋巴細胞培養基中加入Ge—132，可增加由于刀豆球蛋白A誘發未成熟細胞的形成，Ge—132的免疫調節反應與T細胞有關。Yanagawa Akira等（1981）也報道：Ge增加免疫反應的最佳劑量為100mg/kg，其免疫調節機制與T細胞有關，如用Ge喂飼小鼠，可發現其體內通過T細胞轉化的刀豆球蛋白A增加胸腺素，而不是通過B細胞轉化的多聚脂多糖。李偉毅等（1991）實驗證明：Ge—401能增強小鼠B淋巴細胞產生抗體的能力。
唐兆新（1995）研究表明：飼喂含鍺飼料的父母代種雞所產商品代雛雞的血清抗體明顯提高，1日齡雛雞血清IgG和IgM含量比對照組提高近1倍，普通雛雞和富鍺雛雞在30日齡前免疫器官無明顯差異，在30日齡后富鍺雛雞免疫器官胸腺、脾臟和法氏囊增重明顯高于普通雛雞。
3.2清除體內自由基，增強機體抗氧化能力
機體在代謝過程中，由于電荷轉移，不斷有化合物分子的共價鍵發生均裂，使外層軌道具有不配對電子，即自由基。自由基具有極強的氧化反應能力，能很容易地攻擊許多細胞敏感大分子如核酸、酶、DNA等，導致DNA基因復制異常，發生癌變。鍺外層4個電子（4 S2P2）易發生電荷轉移，被認為是負電荷載體，當與有未配對電子的分子、基團或離子相遇時，其中1個電子跳出軌道，形成“正空穴”，其余3個電子即可捕獲自由電子以維持穩定性。鍺就是通過這種方式達到清除自由基，增強機體抗氧化能力的目的。
Harisch試驗發現：低濃度的乳酸—檸檬酸鍺可提高大鼠肝細胞內還原型谷胱甘肽（GSH）的水平，而GSH具有防止脂質過氧化物的形成，清除體內代謝產生的粒子的作用。Nakamura等（1987）研究證實：Ge—132在體外具有清除活性氧類，防止活性氧對細胞損傷的作用。
唐兆新等（1997）給雛雞飼喂含100mg/kg Ge—132的日糧，發現谷胱甘肽過氧化物酶（GSH—Px）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性明顯增強。陳越等對雛雞采食含鍺飼料后機體免疫器官自由基的含量進行測定發現：Ge—132能降低健康雛雞免疫器官胸腺、脾臟和法氏囊組織中自由基和血清MAD的含量，增加血清中GSH—P x和SOD的活性，這說明Ge—132能清除體內自由基，增強機體抗氧化能力，減少脂質氧化物的形成。
3.2抗癌效應
鍺的抗癌效應與其抑制DNA、RNA和蛋白質的合成，增強機體的免疫功能、清除體內自由基以及抗突變作用有關。
80年代以來，國內外學者開始關注有機鍺的合成及其抗癌活性。白明章等（8）合成了15種鍺倍半氧化物并研究了它們的抗癌活性。高紹儀等（9）合成了氨基酸鍺氧化物（AGO），并發現它對S—180、Lewis肝癌、B16、H22 等瘤株均有不同程度的抗腫瘤作用。李兆中等發現AGO對原發性肝癌有一定的緩解作用。尹宗柱等（10）用雙—二乙基碳酸鍺倍半氧化物進行抑制Ehrlich腹水癌的實體瘤生長試驗，發現以200 mg/kg的劑量對小鼠灌胃10天后，小鼠肝臟組織中的乳酸脫氧酶可降到正常值。日本的石川明研究證實（11）：Ge—132對胃癌、肺癌、子宮癌、乳癌和前列腺癌均有一定的療效。
3.4刺激造血系統功能
鍺刺激造血系統的功能主要表現為增加血液中紅細胞（RBC）、血紅蛋白（HB）的數量和刺激血小板生成細胞的形成。Kesser等給家兔皮注15—30mg/kg 的GeO2，發現血液中紅細胞的數量增大到9×106個/mm3, 血紅蛋白的數量增加了50%左右。對幼鼠和綿羊紅細胞敏感的鼠飼喂有機鍺化合物，測定它們脾臟中的空斑形成細胞及血小板生成細胞，發現有機鍺化合物可刺激小鼠血小板生成細胞的形成。鍺可與血紅細胞結合并直接被血管吸收，從而促進了紅細胞的生成。
3.5具有較強的抑菌作用
有機鍺化合物可抑制鐮刀菌屬、艾氏大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草桿菌的生長繁殖（12）。Kaars 等（1964）證實：三烷基乙酰基鍺具有抗微生物的作用，其抑制真菌的主要活性物質是乙基和丙基鍺化合物，且鏈越長、抗菌活性越強。Sian等（1945）發現：鍺、錫、鉛化合物均可抑制細菌的繁殖，其中以鍺化合物抑制繁殖期細菌的作用最強。
4 鍺在養殖業中的應用
4.1促進家禽生長，提高飼料利用率
鍺通過提高碘、三碘甲腺原氨酸和甲狀腺素的含量來增強機體代謝機能，促進家禽的生長發育，產生增重效應。楊志強等（1992）用無機鍺粉飼喂7日齡雞，發現添加10mg/kg和20mg/kg的鍺，對雞的生長有明顯的促進作用，日增重、飼料報酬和屠宰率均有所提高。李建凡等（1994）在0—35日齡羅斯肉雞日糧中添加（0、1、10、20）mg/kg的GeO2進行試驗發現：10mg/kg的GeO2對雞具有促生長作用，與對照組相比，飼料轉化率提高7.5%（P<0.05），生長速度提高12%（P<0.05）。唐兆新等（1996）等將一定劑量的Ge—132添加到雞飼料中，可使父母代種雞孵出的雛雞生長初期增重明顯。
4.2提高家禽的繁殖機能
有機鍺既可提高蛋雞的產蛋率及種蛋的受精率和孵化率，又能增強子代初生雛雞的抗病能力。唐兆新等（1995）實驗證實：在父母代種雞飼料中添加適量的Ge—132，可明顯提高蛋雞的產蛋率及種蛋的受精率和孵化率，與普通雛雞相比，富鍺雛雞在育雛期間的發病率明顯降低，成活率顯著提高。
4.3抑制雞的馬立克氏病病變
對人工接種雞馬立克氏病病毒致病性京1株的雞飼喂Ge—132發現（13）：試驗組雞馬立克氏病的發生率明顯低于對照組，且試驗組腫瘤形成規則，界限清楚，淋巴細胞樣細胞呈灶狀分布，組織損傷較輕，僅表現為腫瘤性損害；而對照組除了腫瘤性損傷外，還多伴有滲出和炎性病變，各型淋巴呈彌漫狀分布，組織損傷較嚴重。陳越等（1993）在人工感染雞馬立克氏病病毒（MDV）的肉用雛雞日糧添加100mg/kg的 Ge—132，發現雛雞血液中B淋巴細胞數量高于對照組，馬立克氏病（MD）的發病率和死亡率顯著降低，表明Ge—132對馬立克氏病（MD）及腫瘤病變的發生有明顯的抑制作用。
4.4 影響家禽體內的脂類代謝
飼糧中添加適量的Ge—132，可一定程度上改變雞體內的脂類代謝，降低雞蛋蛋黃中膽固醇的含量，生產出富鍺的低膽固醇蛋（14）。史言等通過定期檢測蛋雞血鍺含量、血清總脂、甘油三酯、總膽固醇、高密度膽固醇脂蛋白和雞卵黃中膽固醇含量來考察鍺對家禽體內脂類代謝的影響，結果表明：伴隨血鍺和蛋鍺含量的增高，試驗組雞從5天開始，總血脂、甘油三脂含量明顯降低，從第10天開始血和蛋黃中的膽固醇含量降低。唐兆新等（1995）在蛋雞日糧中添加Ge—132，結果發現雞的血總脂、甘油三脂和膽固醇的含量均有不同程度的下降。
5 鍺在養殖業中的應用前景及其今后的研究方向
大量的研究證實：鍺化合物在家禽營養中確實存在一定的生物學功能和醫學效果，但到目前為止，尚未證明鍺是動物組織的組成成分和必需的營養物質，也沒有動物鍺缺乏癥的報道，學術界在鍺是不是一種必需的微量元素這個問題上存在著一定分歧。因此，今后應對鍺的生物學功能和它在養殖業中的應用進行深入的研究。
5.1 深入研究鍺化合物對動物的作用機理
具有生物活性的有機鍺化合物主要包括：有機鍺的倍半氧化物、螺鍺及其衍生物、含硫配位的有機鍺化合物和烴基鍺鹵化物等，它們在參與免疫調節、抗癌、抗氧化、刺激造血系統功能及抑菌等方面表現為不同的生物學功能，今后應從分子生物學層次探索這些化合物對動物的作用機理，使鍺在動物營養和疾病控制方面取得突破。
5.2鍺與其他元素相互作用的研究
目前，對微量元素的研究已提高到多個元素在體內平衡的高度，劉元方等試驗發現（3）：1—20mg/kg的鍺對硒的毒性有拮抗作用，其中10mg/kg的鍺作用最為明顯；Yamaguchi等報道：鋅能拮抗鍺的毒性；此外，鍺能拮抗氯化鎘誘發的小鼠骨髓染色體畸變和氯化鈣引起的豚鼠右心房正性頻率作用，因此，今后應進一步研究鍺與其他元素相互作用，以更好地發揮鍺的生物學功能。
5.3 拓展鍺化合物在養殖業中應用
目前，對鍺在禽類養殖中應用的研究較多，在家畜飼養中應用的報道比較罕見。如何拓展鍺在養殖業中的應用，是今后需深入研究的課題，如在仔豬日糧添加鍺來實驗其對仔豬的生長速度和飼料轉化率的影響等，此外，目前報道鍺化合物在家禽飼料中的添加量不太一致，這可能與鍺化合物的種類、用途以及基礎日糧的組成有關，因此，今后應系統地研究不同種類、用途的鍺化合物在飼料中的添加量，分析添加量與應用效果的相關性，以確定其在不同生長階段水產、畜禽飼料中的適宜添加量，以較小的投入來產生最佳的效果。
5.4 對鍺化合物的遠期毒性進行研究
鍺化合物的毒性雖然很小，如用Ge—132對Wistar大鼠進行灌胃的LD50>5000mg/kg，對小鼠靜脈注射螺鍺的LD50為42.8mg/kg，以GeO2皮注小鼠的LD50為750mg/kg，但仍不可忽視，由于鍺容易在禽蛋中富集，有資料表明：Ge—132經禽蛋的生物富集作用，每只蛋含鍺在43.17—98.35µg之間。因此，使用鍺化合物對動物的長期影響是一個有待深入研究的課題。
