1958年，諾貝爾物理學獎獲得者查德?費曼曾預言：“我不懷疑，如果我們對物體微小規模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量可能的特性。”研究證實，當微小粒子進入納米（nanomter）量級（l～100nm）時，其本身具有量子尺寸效應。小尺寸效應、表面效應和量子隧道效應，導致納米體系出現許多新奇特性。納米體系的龐大比表面，使鍵態嚴重失配，出現許多活性中心，表面臺階和粗糙度增加，表面出現非化學平衡、非整數配位的化學價，導致納米體系的化學性質特異性變化。與更微觀的原子、分子或更宏觀的粉末、塊體相比，納米粒子展現出許多特有的性質。20世紀90年代，納米科學一躍成為席卷全球的研究熱點，納米科學給物理、化學、材料學、生物學、醫學等學科的研究帶來了新的機遇，為交叉學科的發展提供了新的思路。所謂納米技術是指在納米尺度下對物質進行制備、研究和工業化的一門綜合性技術體系。目前，在畜牧業中有關納米技術的報道還很少，但是納米技術作為一項新興技術必將給畜牧業帶來新的起點。
1遺傳育種
1．1動物品種改良
多年來，隨著生物技術的不斷發展，轉基因技術得到巨大的發展。轉基因技術可改造動物的基因組，能使家畜、家禽的經濟性狀改良更為有效，如使其生長速度加快、瘦肉率提高、肉質改善、飼料利用率提高和抗病力加強等；也能使優良種畜迅速擴群，在短時間內培育出新品種。但與納米技術相比，在培育新品種方面后者優勢更明顯。據報道，某醫療公司從1989～1997年用顯微注射技術（轉基因技術一種）生產轉基因動物，平均51．4個動物才得到一個轉基因后代。若用納米技術先將DNA全部分解為單個基因，然后根據需要進行組裝，轉基因整合率成功率幾乎可達100％。同時，利用納米技術，只要操縱DNA鏈上少數幾種氨基酸甚至改變幾個原子的排列，就可以培養出有新性狀品種甚至全新的物種。目前，中科院上海原子核研究所、上海交通大學胡鈞、李民乾兩位研究員領銜的課題組與德國莎萊大學科學家合作，應用原子力顯微鏡等納米顯微術，對單個DNA進行納米級“分離手術”：先將糾纏一團的DNA分子鏈完整地拉直，并交叉鋪疊成網格狀兩維網絡，再利用原子間的相互作用，對分子鏈進行切割、彎曲、修剪，終于“寫”出每個字母長僅300nm、寬200nm的3個字母“DNA”，展現了人類在生物大分子納米成像與操縱方面的巨大進步。該研究成果表明人類可以讓單個DNA分子鏈展現其精細結構，并可操縱它實現分子結構改性，形成納米結構或圖形，使人類得以在更小的世界、更深的層次上探索生命的奧秘，如可對基因突變進行快速精確的探測，提高搜索致病基因突變位點的速度和精確度；進行分子級手術，改造基因。
1．2飼料作物品質改良
開發優質高效的飼料資源始終是發展畜牧生產的首要課題。植物育種尤其是基因標志和轉移技術的發展與應用將給飼料工業和養殖業帶來更多的高產優產或有特殊用途的作物品種和飼料添加劑。營養學家利用轉基因作物的操作目標主要包括：①提高作物蛋白質的數量和質量；②提高種子含油量；③培育低毒飼料；④培育含有特定養分的飼料作物品種。現在的遺傳育種方法是用限制性內切酶將所需的基因片段切下，再連接到育種飼料作物的DNA上。由于基因片段和DNA的連接點通常是隨機的，所以每次試驗成功的幾率都不同。同樣，采用納米技術將DNA先分解為單個基因，再根據需要組裝，其成功率可達100％。
2飼料開發
一般來說，利用超細粉碎等高科技手段將飼料原料顆粒粉碎到納米水平的超細產品，稱為超細保健產品。它具有較大的比表面積和孔隙率，因而居有很強的吸附性和很高的活性。這樣的飼料被攝食后，與消化酶的接觸面積比現在的飼料大數萬倍，更易被消化和吸收，大大降低了料肉比和料蛋比，降低生產成本。同時飼料中的抗營養因子在納米水平下將發生質的變化，必將要求重新測定飼料成分和營養標準，重新計算飼料配方，從而帶來一場飼料生產革命。
2．1飼料原料
2．1．1植物性飼料原料植物的花粉（孢子粉）、莖、葉和果都可以進行納米化粉碎，開發出具有廣闊前景的系列產品。
植物花粉，是植物的雄性生殖細胞，營養十分全面。在國外被譽為“世界上迄今為止所發現的唯一的完全營養保健產品”及“微型營養寶庫”，對人體、動物有非常好的保健作用。如刺槐花粉、松花粉、山楂花粉等。同樣，植物的孢子粉也集中了植物的全部精華，如靈芝孢子粉含有豐富的靈芝多糖、有機鍺、多肽、三萜及甾醇類等多種功效成分，能增強細胞的免疫水平，從而提高動物自身的免疫能力。但無論植物的花粉還是孢子粉，其單體都具有堅硬的外殼，直接食用則因無法吸收而排泄，影響了這類原料的開發和利用。引入納米技術將植物花粉或孢子粉進行充分的粉碎及破壁，使其有效成分得以充分的釋放，由此而制成的飼料才能充分發揮原料的價值，并可完全被動物吸收利用。
植物的葉如茶葉含有大量的蛋白質、氨基酸和維生素等有機物以及多達幾十種動物所需的無機礦物質元素。然而傳統的開水沖泡方法不能將茶葉的營養成分全部提取出來供人體吸收，一些難溶性或不溶性的成分，諸如維生素A、K、E及絕大部分蛋白質、碳水化合物、部分礦物質等仍留存于茶渣中。如果采用納米技術將食品級茶葉廢棄物加于利用，將茶葉進行粉碎，制成納米級茶葉粉，其中的大多數營養物質能夠直接被動物所消化吸收利用。據日本報道，在培育肥豬的過程中，加喂適量的綠茶粉末，可使“茶葉豬”肉的核酸含量增加20％，膽固醇含量降低10％，味道更加鮮美可口。茶末喂豬還可使豬的抗病性增強、育肥時間縮短（從斷奶至出欄約100天），成本低且無副作用。
2．1．2糧食副產品類如麥麩、米糠、豆餅等，經研究發現其營養價值比較高，但由于纖維素、抗營養因子等因素的影響，不能為動物大量利用。如加工成納米級產品，其社會效益和經濟效益可觀。
納米技術還可將纖維素粉碎成單一葡萄糖和纖維二糖等，使地球上豐富的有機物成為人、畜可以利用的營養物質和化工原料。
2．2微量元素添加劑
微量元素添加劑的添加形式第一代是無機，第二代是有機，第三代是氨基酸螫合物，第四代微量元素將會是納米微量元素。無機微量元素的利用率較低，在30％左右，而納米微量元素的利用率幾乎可以達到100％。這一點是可以肯定的，納米微量元素可以不通過離子交換，直接滲透，從而大大提高了吸收的速度和利用率。例如，硒是動物必需微量元素，是谷胱甘肽氧化物酶等酶的活性中心成分。硒的一個顯著特征是，它的營養劑量與毒性劑量之間范圍較窄。因此，開發利用低毒高效硒制品，備受世界各國的重視。與無機硒相比，有機硒的吸收利用價值較高，急性毒性較小，被認為是較好的硒制品，有機硒已逐步取代無機硒而得到普遍應用。但有機硒的低毒高效特征并不比無機硒具有非常強的優勢，甚至兩者的亞慢性毒性劑量是非常接近的。研究結果表明，與其它形態硒相比，納米硒具有較強的低毒高效優勢。納米硒對小鼠免疫系統的保護研究已經取得了較理想的結果。在急性毒性（LD50）方面，無機硒為15mg／kg，有機硒為30～40mg／kg，納米硒則為113mg／kg。在亞慢毒性方面，飼料中無機硒或有機硒的含量在4～5mg／kg時，即可導致大鼠體重下降和肝硬化；如果是納米硒，硒含量在6mg／kg時，也不發生上述現象。由此說明納米硒與有機硒或無機硒相比，毒性明顯下降。
2．3獸藥
獸藥采用納米技術后，藥效能夠大幅度提高，從而大大降低了使用劑量，可以在不換藥的前提下解決藥物殘留問題。藥物納米載體具有高度靶向性、藥物控制釋放、提高難溶藥物的溶解率和吸收率等優點，能提高藥物療效和降低毒副作用。例如，納米氧化鋅是面向21世紀的新產品，是飼料行業中優秀的氧化鋅產品，具備一般氧化鋅無法比擬的性能。因為納米氧化鋅有極強的化學活性，能與多種有機物發生氧化反應（包括細菌內的有機物），從而把大部分病菌和病毒殺死。有關的定量試驗表明，在5分鐘內納米氧化鋅的濃度為1％時，金黃色葡萄球菌的殺菌率為98．86％，大腸桿菌的殺菌率為99．93％。研究表明，飼料中添加納米氧化鋅，比一般氧化鋅藥效大幅度提高，并具有高吸收率、劑量小的特點。
3防疫診斷
一段時間里，人們無論是打開電視機，還是翻開報紙，似乎所有的媒體都在或多或少地提到這兩個名詞--“口蹄疫”、“禽流感”，一時間鬧得沸沸揚揚。口蹄疫是一種人畜共患的傳染病。禽流感病自1997年在香港爆發并引起人感染死亡后，已被列為嚴重危害養雞業和影響人類健康的烈性疾病。針對禽流感、口蹄疫等危害特別嚴重的畜禽傳染病，國家“863”計劃投入大量資金重點研制安全性好的單價或多價新型基因工程疫苗。用納米技術所制的攜帶各種疫苗并能精確釋放的微芯片，只要一次性植入動物體內，就可預防各種傳染病的發生。這樣不但避免現行多次免疫接種造成的應激給生產帶來的損失，而且可以大大提高免疫效果，徹底改變現行免疫程序。因此，采用納米技術可以很好地解決一直困繞我們的禽流感、口蹄疫問題。
4畜禽產品質量
用納米技術生產的藥物，由于大大地提高藥效，減少了用藥量，所以可解決畜禽產品藥物的殘留問題，提高畜禽產品的質量。用納米超微薄膜包裝禽蛋，用抗菌納米塑料袋包裝畜禽肉，可大大延長產品保質期。該項技術已在一些地方得到應用。
5環境保護
由于納米技術的應用大大提高了飼料的消化利用率，減少了糞便的排出量，減少了氮、磷的排出量，從而減少了糞便中的氮、磷以及有毒有害元素對土壤、水、空氣等的污染。隨著納米技術的悄然崛起，納米環保也會迅速來臨。納米技術在未來的綠色革命中將大顯身手，給環境保護帶來突破性變化。
以上是筆者對納米技術在畜牧業中應用前景的展示。就目前而言，我國的納米科技還處在研究和開發階段，離整體產業化還有相當大的距離。正如中科院副院長、我國納米研究首席科學家白春禮院士所說：“盡管納米技術已經走入百姓的生活，但是納米科技要象信息技術一樣產生廣泛而又深刻的影響，那將是二、三十年以后的事情。”總之，納米材料是人類史的又一里程碑。由于納米技術的出現，在今后30年中，人類文明所經歷的變化將會比剛剛過去的整個20世紀還要多得多。納米技術可使傳統畜牧業產品“舊貌換新顏”，把納米材料添加到傳統畜牧業產品中，可改進或獲得一系列的功能，這種改進并不見得昂貴，但卻使產品更具市場競爭力。利用納米技術將制造出各種各樣具有“特異功能”的新材料，將會引起畜牧行業的重大變革，納米技術將引領21世紀畜牧革命。
1遺傳育種
1．1動物品種改良
多年來，隨著生物技術的不斷發展，轉基因技術得到巨大的發展。轉基因技術可改造動物的基因組，能使家畜、家禽的經濟性狀改良更為有效，如使其生長速度加快、瘦肉率提高、肉質改善、飼料利用率提高和抗病力加強等；也能使優良種畜迅速擴群，在短時間內培育出新品種。但與納米技術相比，在培育新品種方面后者優勢更明顯。據報道，某醫療公司從1989～1997年用顯微注射技術（轉基因技術一種）生產轉基因動物，平均51．4個動物才得到一個轉基因后代。若用納米技術先將DNA全部分解為單個基因，然后根據需要進行組裝，轉基因整合率成功率幾乎可達100％。同時，利用納米技術，只要操縱DNA鏈上少數幾種氨基酸甚至改變幾個原子的排列，就可以培養出有新性狀品種甚至全新的物種。目前，中科院上海原子核研究所、上海交通大學胡鈞、李民乾兩位研究員領銜的課題組與德國莎萊大學科學家合作，應用原子力顯微鏡等納米顯微術，對單個DNA進行納米級“分離手術”：先將糾纏一團的DNA分子鏈完整地拉直，并交叉鋪疊成網格狀兩維網絡，再利用原子間的相互作用，對分子鏈進行切割、彎曲、修剪，終于“寫”出每個字母長僅300nm、寬200nm的3個字母“DNA”，展現了人類在生物大分子納米成像與操縱方面的巨大進步。該研究成果表明人類可以讓單個DNA分子鏈展現其精細結構，并可操縱它實現分子結構改性，形成納米結構或圖形，使人類得以在更小的世界、更深的層次上探索生命的奧秘，如可對基因突變進行快速精確的探測，提高搜索致病基因突變位點的速度和精確度；進行分子級手術，改造基因。
1．2飼料作物品質改良
開發優質高效的飼料資源始終是發展畜牧生產的首要課題。植物育種尤其是基因標志和轉移技術的發展與應用將給飼料工業和養殖業帶來更多的高產優產或有特殊用途的作物品種和飼料添加劑。營養學家利用轉基因作物的操作目標主要包括：①提高作物蛋白質的數量和質量；②提高種子含油量；③培育低毒飼料；④培育含有特定養分的飼料作物品種。現在的遺傳育種方法是用限制性內切酶將所需的基因片段切下，再連接到育種飼料作物的DNA上。由于基因片段和DNA的連接點通常是隨機的，所以每次試驗成功的幾率都不同。同樣，采用納米技術將DNA先分解為單個基因，再根據需要組裝，其成功率可達100％。
2飼料開發
一般來說，利用超細粉碎等高科技手段將飼料原料顆粒粉碎到納米水平的超細產品，稱為超細保健產品。它具有較大的比表面積和孔隙率，因而居有很強的吸附性和很高的活性。這樣的飼料被攝食后，與消化酶的接觸面積比現在的飼料大數萬倍，更易被消化和吸收，大大降低了料肉比和料蛋比，降低生產成本。同時飼料中的抗營養因子在納米水平下將發生質的變化，必將要求重新測定飼料成分和營養標準，重新計算飼料配方，從而帶來一場飼料生產革命。
2．1飼料原料
2．1．1植物性飼料原料植物的花粉（孢子粉）、莖、葉和果都可以進行納米化粉碎，開發出具有廣闊前景的系列產品。
植物花粉，是植物的雄性生殖細胞，營養十分全面。在國外被譽為“世界上迄今為止所發現的唯一的完全營養保健產品”及“微型營養寶庫”，對人體、動物有非常好的保健作用。如刺槐花粉、松花粉、山楂花粉等。同樣，植物的孢子粉也集中了植物的全部精華，如靈芝孢子粉含有豐富的靈芝多糖、有機鍺、多肽、三萜及甾醇類等多種功效成分，能增強細胞的免疫水平，從而提高動物自身的免疫能力。但無論植物的花粉還是孢子粉，其單體都具有堅硬的外殼，直接食用則因無法吸收而排泄，影響了這類原料的開發和利用。引入納米技術將植物花粉或孢子粉進行充分的粉碎及破壁，使其有效成分得以充分的釋放，由此而制成的飼料才能充分發揮原料的價值，并可完全被動物吸收利用。
植物的葉如茶葉含有大量的蛋白質、氨基酸和維生素等有機物以及多達幾十種動物所需的無機礦物質元素。然而傳統的開水沖泡方法不能將茶葉的營養成分全部提取出來供人體吸收，一些難溶性或不溶性的成分，諸如維生素A、K、E及絕大部分蛋白質、碳水化合物、部分礦物質等仍留存于茶渣中。如果采用納米技術將食品級茶葉廢棄物加于利用，將茶葉進行粉碎，制成納米級茶葉粉，其中的大多數營養物質能夠直接被動物所消化吸收利用。據日本報道，在培育肥豬的過程中，加喂適量的綠茶粉末，可使“茶葉豬”肉的核酸含量增加20％，膽固醇含量降低10％，味道更加鮮美可口。茶末喂豬還可使豬的抗病性增強、育肥時間縮短（從斷奶至出欄約100天），成本低且無副作用。
2．1．2糧食副產品類如麥麩、米糠、豆餅等，經研究發現其營養價值比較高，但由于纖維素、抗營養因子等因素的影響，不能為動物大量利用。如加工成納米級產品，其社會效益和經濟效益可觀。
納米技術還可將纖維素粉碎成單一葡萄糖和纖維二糖等，使地球上豐富的有機物成為人、畜可以利用的營養物質和化工原料。
2．2微量元素添加劑
微量元素添加劑的添加形式第一代是無機，第二代是有機，第三代是氨基酸螫合物，第四代微量元素將會是納米微量元素。無機微量元素的利用率較低，在30％左右，而納米微量元素的利用率幾乎可以達到100％。這一點是可以肯定的，納米微量元素可以不通過離子交換，直接滲透，從而大大提高了吸收的速度和利用率。例如，硒是動物必需微量元素，是谷胱甘肽氧化物酶等酶的活性中心成分。硒的一個顯著特征是，它的營養劑量與毒性劑量之間范圍較窄。因此，開發利用低毒高效硒制品，備受世界各國的重視。與無機硒相比，有機硒的吸收利用價值較高，急性毒性較小，被認為是較好的硒制品，有機硒已逐步取代無機硒而得到普遍應用。但有機硒的低毒高效特征并不比無機硒具有非常強的優勢，甚至兩者的亞慢性毒性劑量是非常接近的。研究結果表明，與其它形態硒相比，納米硒具有較強的低毒高效優勢。納米硒對小鼠免疫系統的保護研究已經取得了較理想的結果。在急性毒性（LD50）方面，無機硒為15mg／kg，有機硒為30～40mg／kg，納米硒則為113mg／kg。在亞慢毒性方面，飼料中無機硒或有機硒的含量在4～5mg／kg時，即可導致大鼠體重下降和肝硬化；如果是納米硒，硒含量在6mg／kg時，也不發生上述現象。由此說明納米硒與有機硒或無機硒相比，毒性明顯下降。
2．3獸藥
獸藥采用納米技術后，藥效能夠大幅度提高，從而大大降低了使用劑量，可以在不換藥的前提下解決藥物殘留問題。藥物納米載體具有高度靶向性、藥物控制釋放、提高難溶藥物的溶解率和吸收率等優點，能提高藥物療效和降低毒副作用。例如，納米氧化鋅是面向21世紀的新產品，是飼料行業中優秀的氧化鋅產品，具備一般氧化鋅無法比擬的性能。因為納米氧化鋅有極強的化學活性，能與多種有機物發生氧化反應（包括細菌內的有機物），從而把大部分病菌和病毒殺死。有關的定量試驗表明，在5分鐘內納米氧化鋅的濃度為1％時，金黃色葡萄球菌的殺菌率為98．86％，大腸桿菌的殺菌率為99．93％。研究表明，飼料中添加納米氧化鋅，比一般氧化鋅藥效大幅度提高，并具有高吸收率、劑量小的特點。
3防疫診斷
一段時間里，人們無論是打開電視機，還是翻開報紙，似乎所有的媒體都在或多或少地提到這兩個名詞--“口蹄疫”、“禽流感”，一時間鬧得沸沸揚揚。口蹄疫是一種人畜共患的傳染病。禽流感病自1997年在香港爆發并引起人感染死亡后，已被列為嚴重危害養雞業和影響人類健康的烈性疾病。針對禽流感、口蹄疫等危害特別嚴重的畜禽傳染病，國家“863”計劃投入大量資金重點研制安全性好的單價或多價新型基因工程疫苗。用納米技術所制的攜帶各種疫苗并能精確釋放的微芯片，只要一次性植入動物體內，就可預防各種傳染病的發生。這樣不但避免現行多次免疫接種造成的應激給生產帶來的損失，而且可以大大提高免疫效果，徹底改變現行免疫程序。因此，采用納米技術可以很好地解決一直困繞我們的禽流感、口蹄疫問題。
4畜禽產品質量
用納米技術生產的藥物，由于大大地提高藥效，減少了用藥量，所以可解決畜禽產品藥物的殘留問題，提高畜禽產品的質量。用納米超微薄膜包裝禽蛋，用抗菌納米塑料袋包裝畜禽肉，可大大延長產品保質期。該項技術已在一些地方得到應用。
5環境保護
由于納米技術的應用大大提高了飼料的消化利用率，減少了糞便的排出量，減少了氮、磷的排出量，從而減少了糞便中的氮、磷以及有毒有害元素對土壤、水、空氣等的污染。隨著納米技術的悄然崛起，納米環保也會迅速來臨。納米技術在未來的綠色革命中將大顯身手，給環境保護帶來突破性變化。
以上是筆者對納米技術在畜牧業中應用前景的展示。就目前而言，我國的納米科技還處在研究和開發階段，離整體產業化還有相當大的距離。正如中科院副院長、我國納米研究首席科學家白春禮院士所說：“盡管納米技術已經走入百姓的生活，但是納米科技要象信息技術一樣產生廣泛而又深刻的影響，那將是二、三十年以后的事情。”總之，納米材料是人類史的又一里程碑。由于納米技術的出現，在今后30年中，人類文明所經歷的變化將會比剛剛過去的整個20世紀還要多得多。納米技術可使傳統畜牧業產品“舊貌換新顏”，把納米材料添加到傳統畜牧業產品中，可改進或獲得一系列的功能，這種改進并不見得昂貴，但卻使產品更具市場競爭力。利用納米技術將制造出各種各樣具有“特異功能”的新材料，將會引起畜牧行業的重大變革，納米技術將引領21世紀畜牧革命。
