锗是位于元素周期表第Ⅳ主族的准金属（Metalloid）元素，原子序数32，原子量72.59，为灰白色的脆性固体。1886年德国化学家Weisbach首先从硫银锗矿（4Ag2S•GeS2）中发现了锗，1913年Cornec 从植物中测出了锗，1929年Dutoit在动物体内也发现了锗， 此后，虽然各国科学家相继合成了多种锗的有机和无机化合物，但直到1962年发现了三烷基乙酸锗的抑菌活性后，有机锗的生物学效应才引起人们的重视。1968年，长期从事锗研究的浅井等人（1）以三卤化锗为原料，首次合成了具有广泛药理活性的水溶性有机锗化合物——β-羧乙基锗倍半氧化物（Carboxyethyl germanium Sesquioxide,CEG,简称Ge—132），1974年具有更高抗癌活性的螺锗化合物的研制成功揭开了锗及有机锗化合物在医学研究和应用上的新纪元。
锗化合物具有抗癌、抗氧化、抑菌等广泛的生物学功能，能促进动物的生长，提高动物的免疫力。我国科学家从90年代开始对锗在家禽养殖中的生物学效应进行了广泛的研究，并取得了令人瞩目的成果，本文对锗的来源、组织分布和代谢、生物学功能、在养殖业中的应用及其发展前景作一阐述，以促进它在养殖业中更广泛地应用。
1锗的来源
锗在地壳中的分布属于典型的稀散元素。土壤中锗的含量在0.1—50mg/kg之间，平均值为1.0mg/kg。锗在土壤中的存在形式比较复杂，除以H2GeO3和HGeO3–的形式存在外，还能与土壤中的有机物如腐殖酸等形成络合物，或被黑曲霉菌吸收，贮于菌丝体中。
岩石圈中的二氧化锗被渗滤的水浸析后，容易与原生过程中的共存元素如Si、Ti、Sn等分离，以H2GeO3和HGeO3–的形式进入水圈，同时，自然界动物排泄物、动植物残骸中的锗被水冲刷、溶解后，以有机锗的形式进入水圈，这些无机锗和有机锗构成了水圈中锗的来源。由于锗在迁移过程中以不同方式固定于各种沉积物内，所以水中的锗含量一般都比较低，仅为1.5×10–3 mg/L。
许多植物中都含有痕量锗，植物中的锗含量往往与地理环境有关，如厥类植物含锗1.88 mg/kg，蔬菜和豆类的锗含量在0.15—0.45 mg/kg之间，其中大豆含锗较高，达4.67 mg/kg（2），不少名贵中药材和茶叶中含有较丰富的锗化合物，如人参中含锗高达250—320 mg/kg（3）。
2 锗的组织分布和代谢
2.1 锗的组织分布
锗在机体组织中普遍存在（4），动物体内的许多酶如胍氨酸酶、细胞色素氧化酶、碳酸酐酶以及人脑皮质和灰质成分中均含有痕量锗（5），Charles等成功地从细胞壁、线粒体、染色体、囊泡、溶酶体等亚细胞成分中分离出锗。小鼠器官中的锗含量见下表：
表1 小鼠器官中的锗含量（μg/g湿重）
|
器官 |
肾 |
肝 |
心 |
肺 |
脾 |
|
锗含量（μg/g湿重） |
0.49 |
0.50 |
0.91 |
0.48 |
1.93 |
2.2锗的代谢
动物主要通过饮水、采食和呼吸等途径摄入锗，进入体内的锗对组织没有选择性，可分布于各个器官中，主要是肝、肺、肾、脾等，并经由肾脏排出体外，无明显的蓄积作用。对锗进入鼠体内的代谢研究表明：它在鼠体内的吸收和动力学过程是很快的，1小时吸收93.8%，7小时后全部通过肌肉，且不显示坏死、脓肿、出血和感染。吸收的锗除小部分直接经消化道以粪便形式排出外，主要随尿排出体外，Schroeder等用100mg/kg的锗酸盐灌喂小鼠，5天中从尿和粪中排出的锗分别占78%和13%。Dudley等（6）对兔体内注射13.5mg/kg 的GeO2，，72小时后有66%—77%的锗进入尿，6%—12%进入粪。
3 锗的生物学功能
锗具有参与免疫调节、抗癌、抗氧化、刺激造血系统功能和抑菌等广泛的生物学功能。
3.1 参与免疫调节，增强机体的抗病能力
有机锗具有明显的免疫调节作用。Suzuki（1985）研究认为：Ge—132通过刺激T淋巴细胞产生淋巴因子，如诱生干扰素γ—IFN、辅助因子IL—2等，活化巨噬细胞变成细胞毒巨噬细胞，激活自然杀伤细胞（NK）的活性，从而提高抗病能力。Mizushima等（7）报道：Ge—132可使对免疫性降低的同年龄鼠免疫反应正常化。在鼠脾淋巴细胞培养基中加入Ge—132，可增加由于刀豆球蛋白A诱发未成熟细胞的形成，Ge—132的免疫调节反应与T细胞有关。Yanagawa Akira等（1981）也报道：Ge增加免疫反应的最佳剂量为100mg/kg，其免疫调节机制与T细胞有关，如用Ge喂饲小鼠，可发现其体内通过T细胞转化的刀豆球蛋白A增加胸腺素，而不是通过B细胞转化的多聚脂多糖。李伟毅等（1991）实验证明：Ge—401能增强小鼠B淋巴细胞产生抗体的能力。
唐兆新（1995）研究表明：饲喂含锗饲料的父母代种鸡所产商品代雏鸡的血清抗体明显提高，1日龄雏鸡血清IgG和IgM含量比对照组提高近1倍，普通雏鸡和富锗雏鸡在30日龄前免疫器官无明显差异，在30日龄后富锗雏鸡免疫器官胸腺、脾脏和法氏囊增重明显高于普通雏鸡。
3.2清除体内自由基，增强机体抗氧化能力
机体在代谢过程中，由于电荷转移，不断有化合物分子的共价键发生均裂，使外层轨道具有不配对电子，即自由基。自由基具有极强的氧化反应能力，能很容易地攻击许多细胞敏感大分子如核酸、酶、DNA等，导致DNA基因复制异常，发生癌变。锗外层4个电子（4 S2P2）易发生电荷转移，被认为是负电荷载体，当与有未配对电子的分子、基团或离子相遇时，其中1个电子跳出轨道，形成“正空穴”，其余3个电子即可捕获自由电子以维持稳定性。锗就是通过这种方式达到清除自由基，增强机体抗氧化能力的目的。
Harisch试验发现：低浓度的乳酸—柠檬酸锗可提高大鼠肝细胞内还原型谷胱甘肽（GSH）的水平，而GSH具有防止脂质过氧化物的形成，清除体内代谢产生的粒子的作用。Nakamura等（1987）研究证实：Ge—132在体外具有清除活性氧类，防止活性氧对细胞损伤的作用。
唐兆新等（1997）给雏鸡饲喂含100mg/kg Ge—132的日粮，发现谷胱甘肽过氧化物酶（GSH—Px）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性明显增强。陈越等对雏鸡采食含锗饲料后机体免疫器官自由基的含量进行测定发现：Ge—132能降低健康雏鸡免疫器官胸腺、脾脏和法氏囊组织中自由基和血清MAD的含量，增加血清中GSH—P x和SOD的活性，这说明Ge—132能清除体内自由基，增强机体抗氧化能力，减少脂质氧化物的形成。
3.2抗癌效应
锗的抗癌效应与其抑制DNA、RNA和蛋白质的合成，增强机体的免疫功能、清除体内自由基以及抗突变作用有关。
80年代以来，国内外学者开始关注有机锗的合成及其抗癌活性。白明章等（8）合成了15种锗倍半氧化物并研究了它们的抗癌活性。高绍仪等（9）合成了氨基酸锗氧化物（AGO），并发现它对S—180、Lewis肝癌、B16、H22 等瘤株均有不同程度的抗肿瘤作用。李兆中等发现AGO对原发性肝癌有一定的缓解作用。尹宗柱等（10）用双—二乙基碳酸锗倍半氧化物进行抑制Ehrlich腹水癌的实体瘤生长试验，发现以200 mg/kg的剂量对小鼠灌胃10天后，小鼠肝脏组织中的乳酸脱氧酶可降到正常值。日本的石川明研究证实（11）：Ge—132对胃癌、肺癌、子宫癌、乳癌和前列腺癌均有一定的疗效。
3.4刺激造血系统功能
锗刺激造血系统的功能主要表现为增加血液中红细胞（RBC）、血红蛋白（HB）的数量和刺激血小板生成细胞的形成。Kesser等给家兔皮注15—30mg/kg 的GeO2，发现血液中红细胞的数量增大到9×106个/mm3, 血红蛋白的数量增加了50%左右。对幼鼠和绵羊红细胞敏感的鼠饲喂有机锗化合物，测定它们脾脏中的空斑形成细胞及血小板生成细胞，发现有机锗化合物可刺激小鼠血小板生成细胞的形成。锗可与血红细胞结合并直接被血管吸收，从而促进了红细胞的生成。
3.5具有较强的抑菌作用
有机锗化合物可抑制镰刀菌属、艾氏大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌的生长繁殖（12）。Kaars 等（1964）证实：三烷基乙酰基锗具有抗微生物的作用，其抑制真菌的主要活性物质是乙基和丙基锗化合物，且链越长、抗菌活性越强。Sian等（1945）发现：锗、锡、铅化合物均可抑制细菌的繁殖，其中以锗化合物抑制繁殖期细菌的作用最强。
4 锗在养殖业中的应用
4.1促进家禽生长，提高饲料利用率
锗通过提高碘、三碘甲腺原氨酸和甲状腺素的含量来增强机体代谢机能，促进家禽的生长发育，产生增重效应。杨志强等（1992）用无机锗粉饲喂7日龄鸡，发现添加10mg/kg和20mg/kg的锗，对鸡的生长有明显的促进作用，日增重、饲料报酬和屠宰率均有所提高。李建凡等（1994）在0—35日龄罗斯肉鸡日粮中添加（0、1、10、20）mg/kg的GeO2进行试验发现：10mg/kg的GeO2对鸡具有促生长作用，与对照组相比，饲料转化率提高7.5%（P<0.05），生长速度提高12%（P<0.05）。唐兆新等（1996）等将一定剂量的Ge—132添加到鸡饲料中，可使父母代种鸡孵出的雏鸡生长初期增重明显。
4.2提高家禽的繁殖机能
有机锗既可提高蛋鸡的产蛋率及种蛋的受精率和孵化率，又能增强子代初生雏鸡的抗病能力。唐兆新等（1995）实验证实：在父母代种鸡饲料中添加适量的Ge—132，可明显提高蛋鸡的产蛋率及种蛋的受精率和孵化率，与普通雏鸡相比，富锗雏鸡在育雏期间的发病率明显降低，成活率显著提高。
4.3抑制鸡的马立克氏病病变
对人工接种鸡马立克氏病病毒致病性京1株的鸡饲喂Ge—132发现（13）：试验组鸡马立克氏病的发生率明显低于对照组，且试验组肿瘤形成规则，界限清楚，淋巴细胞样细胞呈灶状分布，组织损伤较轻，仅表现为肿瘤性损害；而对照组除了肿瘤性损伤外，还多伴有渗出和炎性病变，各型淋巴呈弥漫状分布，组织损伤较严重。陈越等（1993）在人工感染鸡马立克氏病病毒（MDV）的肉用雏鸡日粮添加100mg/kg的 Ge—132，发现雏鸡血液中B淋巴细胞数量高于对照组，马立克氏病（MD）的发病率和死亡率显著降低，表明Ge—132对马立克氏病（MD）及肿瘤病变的发生有明显的抑制作用。
4.4 影响家禽体内的脂类代谢
饲粮中添加适量的Ge—132，可一定程度上改变鸡体内的脂类代谢，降低鸡蛋蛋黄中胆固醇的含量，生产出富锗的低胆固醇蛋（14）。史言等通过定期检测蛋鸡血锗含量、血清总脂、甘油三酯、总胆固醇、高密度胆固醇脂蛋白和鸡卵黄中胆固醇含量来考察锗对家禽体内脂类代谢的影响，结果表明：伴随血锗和蛋锗含量的增高，试验组鸡从5天开始，总血脂、甘油三脂含量明显降低，从第10天开始血和蛋黄中的胆固醇含量降低。唐兆新等（1995）在蛋鸡日粮中添加Ge—132，结果发现鸡的血总脂、甘油三脂和胆固醇的含量均有不同程度的下降。
5 锗在养殖业中的应用前景及其今后的研究方向
大量的研究证实：锗化合物在家禽营养中确实存在一定的生物学功能和医学效果，但到目前为止，尚未证明锗是动物组织的组成成分和必需的营养物质，也没有动物锗缺乏症的报道，学术界在锗是不是一种必需的微量元素这个问题上存在着一定分歧。因此，今后应对锗的生物学功能和它在养殖业中的应用进行深入的研究。
5.1 深入研究锗化合物对动物的作用机理
具有生物活性的有机锗化合物主要包括：有机锗的倍半氧化物、螺锗及其衍生物、含硫配位的有机锗化合物和烃基锗卤化物等，它们在参与免疫调节、抗癌、抗氧化、刺激造血系统功能及抑菌等方面表现为不同的生物学功能，今后应从分子生物学层次探索这些化合物对动物的作用机理，使锗在动物营养和疾病控制方面取得突破。
5.2锗与其他元素相互作用的研究
目前，对微量元素的研究已提高到多个元素在体内平衡的高度，刘元方等试验发现（3）：1—20mg/kg的锗对硒的毒性有拮抗作用，其中10mg/kg的锗作用最为明显；Yamaguchi等报道：锌能拮抗锗的毒性；此外，锗能拮抗氯化镉诱发的小鼠骨髓染色体畸变和氯化钙引起的豚鼠右心房正性频率作用，因此，今后应进一步研究锗与其他元素相互作用，以更好地发挥锗的生物学功能。
5.3 拓展锗化合物在养殖业中应用
目前，对锗在禽类养殖中应用的研究较多，在家畜饲养中应用的报道比较罕见。如何拓展锗在养殖业中的应用，是今后需深入研究的课题，如在仔猪日粮添加锗来实验其对仔猪的生长速度和饲料转化率的影响等，此外，目前报道锗化合物在家禽饲料中的添加量不太一致，这可能与锗化合物的种类、用途以及基础日粮的组成有关，因此，今后应系统地研究不同种类、用途的锗化合物在饲料中的添加量，分析添加量与应用效果的相关性，以确定其在不同生长阶段水产、畜禽饲料中的适宜添加量，以较小的投入来产生最佳的效果。
5.4 对锗化合物的远期毒性进行研究
锗化合物的毒性虽然很小，如用Ge—132对Wistar大鼠进行灌胃的LD50>5000mg/kg，对小鼠静脉注射螺锗的LD50为42.8mg/kg，以GeO2皮注小鼠的LD50为750mg/kg，但仍不可忽视，由于锗容易在禽蛋中富集，有资料表明：Ge—132经禽蛋的生物富集作用，每只蛋含锗在43.17—98.35µg之间。因此，使用锗化合物对动物的长期影响是一个有待深入研究的课题。
