铁是动物维持生命和生长必不可少的微量元素之一,在畜牧生产中,饲料中添加外源铁,尤其是无机铁在养殖业中的应用由来已久。然而由于无机铁吸收利用率低,在实际生产中经常造成微量元素资源浪费及环境污染,同时无机铁在吸收过程中容易造成机体氧化应激损伤,影响动物生产性能。氨基酸螯合铁属于第三代微量元素添加剂,其铁离子以配位键的形式与氨基酸结合,形成具有环状结构的螯合物,因而生物利用率高、化学稳定性好、利于环保。甘氨酸亚铁是以甘氨酸为配体的氨基酸螯合铁,由于甘氨酸为分子量最小的氨基酸,因此理论上甘氨酸亚铁在体内更容易被吸收利用。而动物性产品来源的血红素铁,因其能够以卟啉铁的形式直接被机体吸收,不受植酸等抑制性因素的影响,在医学上经常用来治疗缺铁性贫血。目前,关于甘氨酸亚铁在生产中的应用已有很多研究,但血红素铁在动物生产中的应用研究则相对较少,且缺乏不同铁源的对比试验;此外,已有研究表明,硫酸亚铁和甘氨酸亚铁对肠道相关转运蛋白表达的影响有所不同,提示这两种铁源在吸收上可能存在差异,然而其具体的吸收转运机制仍然不是十分明确。因此,本研究以断奶仔猪和SD大鼠为动物模型,探讨硫酸亚铁、甘氨酸亚铁和血红素铁对机体铁状态的影响及其在肠道中的吸收特点,重点研究甘氨酸亚铁吸收转运的分子机制,进一步充实和完善有机铁的吸收转运理论,旨在初步阐明以甘氨酸亚铁为代表的有机铁源在体内的吸收转运机制。主要研究结果如下:1.不同铁深对仔猪机体铁代谢及相关转运蛋白的影响选取32头健康的“杜×长×大”三元杂交仔猪,按照试验要求随机分成4组,对照组饲喂基础日粮(矿物质预混料中不添加铁元素),试验组在对照组的基础上分别添加硫酸亚铁、甘氨酸亚铁和血红素铁(以铁计100mgFe/kg),饲养期28天,研究不同铁源对仔猪生产性能、血液生化指标、肉色及肌红蛋白含量、组织微量元素沉积的影响,衡量不同处理组之间仔猪机体铁状态。结果表明,饲料中添加三种不同铁源均可以显著提高饲养后期(14～28d)的平均日增重(P<0.05),但对饲养前期(1～14d)和饲养全期(1～28d)的平均日增重没有显著性影响。血红素铁可以显著提高肌肉中肌红蛋白水平(P<0.05),因此显著改善了背最长肌的红度值(P<0.05)。饲料中添加铁源对血清铁含量都有一定的提高,第28天时,甘氨酸亚铁和血红素铁显著提高了断奶仔猪的血清铁含量(P<0.05),其转铁蛋白饱和度也有上升的趋势。对照组相比,甘氨酸亚铁和血红素铁都能显著增加肝脏中铁沉积(P<0.05)。这说明作为有机铁的两种铁源相对于硫酸亚铁,吸收利用率较高,能够更多更快地被转运到身体各处,有效改善仔猪机体的铁状态。此外,三种铁源都能够显著改善十二指肠和空肠的绒毛高度(P<0.05),表明铁元素在肠道的形态发育中起着十分重要的作用;然而各处理组之间仔猪血清和肝脏中铁调素水平都没有显著性差异,说明整体上仔猪体内的铁稳态水平没有受到饲料中铁源添加的影响。通过成功建立的IPEC-J2细胞模型,研究不同浓度的硫酸亚铁和甘氨酸亚铁处理12 h或24h对细胞增殖的影响,同时,利用特定浓度的硫酸亚铁和甘氨酸亚铁处理细胞后,研究铁代谢相关基因的表达情况。结果表明,两种铁源在低浓度情况下对细胞生长没有明显影响,而当铁浓度较高时,均产生了明显的细胞毒性,且硫酸亚铁比甘氨酸亚铁对细胞的影响更大。相关的基因表达结果提示,在相同的浓度情况下,硫酸亚铁比甘氨酸亚铁拥有更多的游离铁离子,两种铁源可能均是通过无机铁离子的形式被细胞吸收。2.不同铁源在大鼠体内的吸收特点及其吸收机制研究将32只SD大鼠随机分为4组,分别灌胃新鲜配制的生理盐水、硫酸亚铁、甘氨酸亚铁和血红素铁溶液(以铁计,80mgFe/L),每次1.5mL,试验为期一周,研究不同铁源对大鼠血液学指标、肠道铁蛋白沉积的改变,分析不同铁源对机体铁状态的影响;同时,另将16只SD大鼠屠宰,取十二指肠中段样品,固定于尤斯灌流系统的组织玻片上,进行灌流试验,记录电阻值R和短路电流Isc的变化。结果表明,灌胃三种不同铁源均能提高大鼠血清铁水平、增加肠道铁蛋白沉积,改善机体的铁状态,但以甘氨酸亚铁的效果最优(P<0.05)。尤斯灌流试验的结果提示,铁离子对于维持肠道屏障完整性具有一定的作用,硫酸亚铁和甘氨酸亚铁在肠道中可能具有相似的吸收途径。将24只SD大鼠随机分为两组,每天灌胃新鲜配制的硫酸亚铁和甘氨酸亚铁溶液(以铁计80mgFe/L),每次lmL,试验为期两周,研究不同铁源在大鼠肠道中的吸收情况及其对机体铁状态的影响。试验结束后,取十二指肠样本,提取总RNA,经质检合格后用IlluminaHiseq 2500测序平台进行转录组文库的测序。结果表明,甘氨酸亚铁能够提高大鼠血清铁含量、转铁蛋白饱和度、增加肝脏铁蛋白沉积(P<0.05),证实其确实能够比硫酸亚铁更好更快地被机体吸收;然而高通量测序结果表明,灌胃不同铁源并没有对肠道中吸收转运蛋白产生差异影响,筛选出的差异表达基因可能更多地与甘氨酸配体或是细胞中铁含量有关。我们的研究初步表明,硫酸亚铁和甘氨酸亚铁都是通过无机铁离子的形式被肠道吸收,两者生物学利用率的差异可能主要是由于肠道中铁离子的吸收效率不同引起的。综上所述,饲料中添加铁源可以提高仔猪生产性能、改善机体铁状态,并促进肠道形态发育,但从铁的吸收和利用方面来说,作为有机铁的甘氨酸亚铁和血红素铁效果要优于硫酸亚铁,具有更好的生物学利用率;甘氨酸亚铁的生理毒性小于硫酸亚铁,相同浓度情况下,硫酸亚铁比甘氨酸亚铁拥有更多的游离铁离子;硫酸亚铁和甘氨酸亚铁可能具有相似的吸收途径,均是通过无机铁离子的形式被肠道吸收,两者生物学利用率的差异可能主要由于吸收效率的不同导致。