微量元素

微量元素指占生物体总质量0.01%以下,且为生物体所必需的一些元素。如铁、硅、锌、铜、碘、溴、硒、锰等。微量元素为植物体必需但需求量很少的一些元素。这些元素在土壤中缺少或不能被植物利用时,植物生长不良,过多又容易引起中毒。在农业中,常以微量元素作种子处理、根外追肥来提高作物产量。目前多数科学家比较一致的看法,认为生命必需的元素共有28种,在28种生命元素中,按体内含量的高低可分为宏量元素(或常量元素)和微量元素。微量元素占人体总质量的0.03%左右。这些微量元素在体内的含量虽小,但在生命活动过程中的作用是十分重要的。

微量元素指占生物体总质量0.01%以下,且为生物体所必需的一些元素。如铁、硅、锌、铜、碘、溴、硒、锰等。

微量元素为植物体必需但需求量很少的一些元素。这些元素在土壤中缺少或不能被植物利用时,植物生长不良,过多又容易引起中毒。在农业中,常以微量元素作种子处理、根外追肥来提高作物产量。

目前多数科学家比较一致的看法,认为生命必需的元素共有28种,在28种生命元素中,按体内含量的高低可分为宏量元素(或常量元素)和微量元素。微量元素占人体总质量的0.03%左右。这些微量元素在体内的含量虽小,但在生命活动过程中的作用是十分重要的。

非生物体中的微量元素

岩石中微量元素基于地球化学行为可分为：

稀土元素（REE）：原子序数57-71的镧系元素以及与镧系相关密切的钪和钇共17种元素在地球化学上又称之为稀土元素,包括：La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,Y。

铂族元素（PGE,原子序数从44至46以及76至78）,如果包括金也称之为贵金属元素,包括：Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,(Au)。

过渡金属元素（原子序数从21至30）,包括：Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn

高场强元素（HFSE）包括镧系元素,Sc和Y,以及Th,U,Pb,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta

低场强元素（LFSE）又称大离子亲石元素(LILE),包括：Cs,Rb,K,Ba,Sr,二价Eu和二价Pb

生物体中的微量元素

植物体

植物体除需要钾、磷、氮等元素作为养料外,还需要吸收极少量的铁、硼、砷、锰、铜、钴、钼等元素作为养料,这些需要量极少的,但是又是生命活动所必须的元素,叫做微量元素。

人体

人体是由60多种元素所组成。根据元素在人体内的含量不同,可分为宏量元素和微量元素两大类。凡是占人体总重量的万分之一以上的元素,如碳、氢、氧、氮、钙、磷、镁、钠等,称为常量元素；凡是占人体总重量的万分之一以下的元素,如铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴、氟等,称为微量元素（铁又称半微量元素）。微量元素在人体内的含量真是微乎其微,如锌只占人体总重量的百万分之三十三。铁也只有百万分之六十。

微量元素虽然在人体内的含量不多,但与人的生存和健康息息相关,对人的生命起至关重要的作用。它们的摄入过量、不足、不平衡或缺乏都会不同程度地引起人体生理的异常或发生疾病。微量元素最突出的作用是与生命活力密切相关,仅仅像火柴头那样大小或更少的量就能发挥巨大的生理作用。值得注意的是这些微量元素通常情况下必须直接或间接由土壤供给,但大部分人往往不能通过饮食获得足够的微量元素。根据科学研究,到目前为止,已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种,即有铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷等。这每种微量元素都有其特殊的生理功能。尽管它们在人体内含量极小,但它们对维持人体中的一些决定性的新陈代谢却是十分必要的。一旦缺少了这些必需的微量元素,人体就会出现疾病,甚至危及生命。目前,比较明确的是约30%的疾病直接是微量元素缺乏或不平衡所致。如缺锌可引起口、眼、肛门或外阴部红肿、丘疹、湿疹。又如铁是构成血红蛋白的主要成分之一,缺铁可引起缺铁性贫血。国外曾有报道：机体内含铁、铜、锌总量减少,均可减弱免疫机制(抵抗疾病力量),降低抗病能力,助长细菌感染,而且感染后的死亡率亦较高。微量元素在抗病、防癌、延年益寿等方面都还起着非常重要的作用。

几种微量元素

铬

铬是人体必需的微量元素之一,十八世纪末由法国化学家Louis Vauquelin首次发现并命名,在机体的糖代谢和脂代谢中发挥特殊作用。但在随后的100多年中,这种矿物质元素被认为是一种有害元素,甚至是致癌物质,其应用也局限于印染、制革、化工等行业。直至1957年,Schwarz 和Mertz观察到铬在糖代谢中的作用,提出葡萄糖耐量因子假说,并通过实验逐步证实,Cr3 是啤酒酵母中葡萄糖耐量因子(Glucose Tolerance Factor,GTF)的活性组成部分。随后用鼠和人进行的大量研究表明：三价铬主要通过GTF协同 。

铬元素胶囊和增强胰岛素的作用,从而影响糖类、脂类、蛋白质和核酸等的代谢,影响动物的生长、繁殖、产品品质及抗应激、抗病能力,并认为铬(Cr3 )是人和动物机体必需的微量元素。后来,Mertz证实了GTF是以尼克酸－三价铬－尼克酸为轴心,谷氨酸、甘氨酸和半胱氨酸为配体的物质。他还证实了铬的生物化学作用主要是作为胰岛素的增强剂,通过胰岛素影响糖、蛋白质、脂肪和核酸的代谢。从而证明了铬是人和动物的必需微量元素之一。此后,许多学者对铬的代谢、生物学功能及在养殖业中应用作了大量的研究,取得了一些积极的成果和可喜的发现。

人体内铬几乎都是3价的,它很稳定,人体内约含铬6mg,它广泛地存在于人体骨骼、肌肉、头发、皮肤、皮下组织、主要器官(肺除外) 和体液之中。人体对无机铬的吸收利用率极低,不到1%；人体对有机铬的利用率可达10～25%[王文君. 饲料博览,2000,(10) : 12～13]。正常成人需求量20～50μg /d,儿童、孕妇和老人为50～110μg /d,糖尿病患者和肥胖人群为50～200μg /d。铬在天然食品中的含量较低、均以三价的形式存在。啤酒酵母、废糖蜜、干酪、蛋、肝、苹果皮、香蕉、牛肉、面粉、鸡以及马铃薯等为铬的主要来源。人们主要从食物、饮水和空气摄取一小部分铬。

铬与脂类代谢

铬与脂类代谢的关系,国内外都做过广泛的研究：补铬可通过调节各种脂蛋白含量和胆固醇的代谢而对机体的脂类代谢产生有益的调节和改善作用；动物日粮补铬可降低血清甘油三酯和总胆固醇的含量,并提高高密度脂蛋白（HDL）的含量。铬可能通过两种机制调节脂类代谢,一是日粮补铬可提高胰岛素活性（缺铬时活性降低,并通过糖代谢诱发脂类代谢紊乱）,调节脂类代谢、改善机体血脂状况,因而和人类冠心病、高脂血症及动脉硬化等的发生有关；二是铬可加强脂蛋白酶（LPL）和卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）的活性,LPL和LCAT对于合成HDL有重要作用,机体缺铬则HDL的合成减少,含量下降。

一些证据表明,铬能增加胆固醇的分解和排泄。Abraham等（198糖尿病人的铬性化营养0）证明铬不仅能降低兔主动脉上胆固醇的沉积,而且能清除沉积于主动脉上的胆固醇。Page（1993）在生长肥育猪日粮中添加不同水平的吡啶羧酸铬（PicolinateChromium）,猪血清中胆固醇水平显著降低。Lein（1996）在生长猪饲粮中添加200ppb的铬（GrPic）,血清甘油三脂和低密度脂蛋白胆固醇显著下降（P<0．05）,肌酸肝和高密度脂蛋白（HDL）显著提高（P<0．05）。Pahe等（1991）报道在产蛋鸡日粮中添加200pp吡啶羧酸铬,血液中胆固醇减少,但蛋黄中胆固醇未发生变化。综合有关研究结果,铬可能通过两个途径调节脂类代谢,一方面当动物体缺铬时,胰岛素的生物学活性降低,糖耐量受损,且通过糖代谢引发脂类代谢紊乱,补铬后胰岛素活性增强,降低主动脉上胆固醇的沉积,调节脂类代谢,从而改善血脂状况；另一方面,铬能够增强脂蛋白酶和卵磷脂胆固醇酰基转移酶的活性,从而增强了高密度脂蛋白的合成,动物体缺铬时,上述两种酶的活性降低,高密度脂蛋白合成减少,导致血液中高密度脂蛋白下降。老年人缺铬时易患糖尿病和动脉粥样硬化,还可引起高血脂病、动脉粥状硬化,生长迟缓以及缩短寿命等。补铬有逆转上述现象的作用。

氟

氟与疾病和健康的研究已有近百年的历史,氟以少量且不同浓度存在与土壤、水及动植物中,所有食物均含有氟,但吸收率有所不同,人体中的氟主要来源于饮水。氟是一种必需但非常敏感的元素,多了少了多会致病,它对人体的安全范围比其他微量元素要窄得多。成年人体内含氟约为2.9克,比锌略多,仅次于硅和铁。

分子生物学的研究揭示,微量元素通过与蛋白质和其他有机基团结合,形成了酶、激素、维生素等生物大分子,发挥着重要的生理生化功能。微量元素首先构成了体内重要的载体与电子传递系统。铁存在于血红蛋白与肌红蛋白之中,在它们执行载氧与贮氧的过程中,铁扮演了十分重要的角色。

酶是生命的催化剂,迄今体内发现的1000余种酶中,约有50%到70%需要微量元素参加或激活,它们在细胞酶系统中功能相当广泛：从弱离子效应到构成高度特殊的化合物——金属酶与非金属酶。谷胱甘肽过氧化物酶是典型的非金属酶,它具有抑制自由基生成。清除过氧化物。保护细胞膜完整性等作用。该酶分子中含有4个硒原子。锌不仅是碳酸酚酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等几十种酶的必需成分,而且同近百种酶的活性有关。锰作为离子性较强的微量元素则是有效的激活剂,可催化金属活化酶。

微量元素还参与了激素与维生素的合成。众所周知,碘为甲状腺激素的生物合成所必需的；而锌在维持胰岛素的主体结构中亦不可缺少,每个胰岛素分子结合2个锌原子。

维生素B12是胸腺嘧啶核糖核苷酸合成以及最终DNA生物合成与转录所必需的甲基转移的辅酶。该分子中鳌合有一个钴原子的环状结构部分,含有它的化合物——类咕琳辅酶是已知最有效的生物催化剂之一,在许多酶中起着不寻常的分子重排作用。

核酸是遗传信息的携带者。微量元素对核酸的物理、化学性质均可产生影响。多种RNA聚合酶中含有锌,而核昔酸还原酶的作用则依赖于铁。

岩石中微量元素基于地球化学行为可分为：

微量元素稀土元素（REE）：原子序数57-71的镧系元素以及与镧系相关密切的钪和钇共17种元素在地球化学上又称之为稀土元素,包括：La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,Y。

铂族元素（PGE,原子序数从44至46以及76至78）,如果包括金也称之为贵金属元素,包括：Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,(Au)。

过渡金属元素（原子序数从21至30）,包括：Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn

高场强元素（HFSE）包括镧系元素,Sc和Y,以及Th,U,Pb,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta

低场强元素（LFSE）又称大离子亲石元素(LILE),包括：Cs,Rb,K,Ba,Sr,二价Eu和二价Pb