微量元素氨基酸螯合物的營養(yǎng)作用機(jī)理

huoyanjun

微量元素氨基酸螯合物的營養(yǎng)作用機(jī)理

江南大學(xué)食品學(xué)院/樂國偉

摘 要  微量元素是動物維持生命和生產(chǎn)必不可少的營養(yǎng)素，直接或間接地參與機(jī)體幾乎所有生理和生化過程，其作用與動物生長和健康密切相關(guān)。微量元素添加劑經(jīng)歷了無機(jī)鹽類添加劑、簡單的有機(jī)物和氨基酸微量元素螯合物三個發(fā)展階段。氨基酸與肽的微量元素螯合物作為第三代微量元素添加劑，具有良好的生物穩(wěn)定性、易被消化吸收、生物學(xué)效價高等特點，認(rèn)識氨基酸與肽的微量元素螯(絡(luò))合物的吸收、代謝途徑及其作用機(jī)制，有助于其廣泛的推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞  微量元素；氨基酸螯合物；營養(yǎng)；機(jī)理

1  微量元素氨基酸螯合物化學(xué)性質(zhì)

    微量元素氨基酸螯合物對飼料有效成分破壞作用小。氨基酸微量元素螯合物因其金屬離子與氨基酸分子通過配位鍵結(jié)合后，使其分子內(nèi)電荷趨于中性，形成了較穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。配位體與金屬離子間的結(jié)合常數(shù)，影響穩(wěn)定性與利用能力，適宜的穩(wěn)定常數(shù)決定其在消化吸收以及在靶組織的釋放、利用能力。在體內(nèi)pH環(huán)境下，有效的保護(hù)了螯合物中的金屬離子，既有防止與飼料中植酸、磷酸根離子等的結(jié)合作用，又有阻止動物消化道中不溶性膠體的吸附作用，從而提高了動物機(jī)體對金屬離子的吸收。微量元素螯合物中的金屬離子在配位體如氨基酸的保護(hù)下，可有效地抵御與其他離子生成難溶的無機(jī)鹽，緩解礦物質(zhì)間的拮抗競爭作用。而氨基酸、肽的微量元素螯合物具有類似二肽的結(jié)構(gòu)，消減了氨基酸吸收與轉(zhuǎn)運的競爭。配位體的性質(zhì)，提供抗氧化性的功能基團(tuán)。同時，在體外減輕了金屬離子氧化還原反應(yīng)對維生素的破壞，從而減少了營養(yǎng)物質(zhì)的損失，增強(qiáng)了其吸收利用的程度。微量元素－氨基酸螯合物提高復(fù)合預(yù)混料中維生素的儲存穩(wěn)定性，明顯降低預(yù)混料中維生素?fù)p失率。

2  微量元素氨基酸吸收利用機(jī)制

    無機(jī)鹽微量元素必須借助輔酶的作用與氨基酸或其他物質(zhì)形成絡(luò)合物后才能被機(jī)體吸收[1]，吸收后金屬元素在血液中與某些蛋白結(jié)合，被運輸?shù)綑C(jī)體所需要的部位發(fā)生功效。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，有機(jī)微量元素如鋅在動物機(jī)體內(nèi)的吸收代謝與無機(jī)鹽不同，氨基酸及蛋白螯合物利用肽和氨基酸的吸收機(jī)制，不同于小腸中無機(jī)鋅的吸收機(jī)制,位于五元或六元環(huán)螯合物中心的金屬可以通過小腸絨毛刷狀緣，以氨基酸或肽的形式被吸收。研究表明，小肽能被完整地吸收，通過腸粘膜進(jìn)入血液循環(huán)，微量元素利用氨基酸或肽的吸收機(jī)制，可以使吸收和循環(huán)進(jìn)入機(jī)體的效率更高。氨基酸與肽螯合物既是機(jī)體吸收金屬離子的主要形式，又是動物體內(nèi)合成蛋白過程中的中間物質(zhì)，因此，而且可以減少許多生化過程，節(jié)約能量消耗，具有較高的生物學(xué)效價[2]。

    微量元素的代謝受穩(wěn)衡機(jī)制調(diào)控。研究表明，穩(wěn)衡調(diào)控在吸收、尿中排出、向腸腔的分泌、同紅細(xì)胞的交換、從肌肉中釋放幾個位點。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，腸道是微量元素穩(wěn)衡調(diào)控的主要場所,吸收與內(nèi)源分泌是機(jī)體穩(wěn)衡調(diào)控的主要方式。當(dāng)日糧供給水平較低時，吸收增加，排泄減少。排泄主要經(jīng)糞便。糞便中除來源于日糧中未吸收部分之外，還有相當(dāng)部分來自于唾液、肝臟、胰臟、腸粘膜細(xì)胞等向腸腔的內(nèi)源分泌。機(jī)體攝入量大時，肝臟、胰臟向小腸分泌的增加，從而使內(nèi)源排出增多，以達(dá)到調(diào)節(jié)營養(yǎng)的平衡。如鋅轉(zhuǎn)運載體蛋白-1(zinc transporter，ZnT)在十二脂腸和空腸基底膜細(xì)胞中廣泛存在，ZnT-1主要位于質(zhì)膜，承載鋅向細(xì)胞外運輸?shù)淖饔茫韵\過量可能導(dǎo)致的潛在毒性。ZnT-2在小腸、腎臟、胎盤、肝臟中表達(dá)較多，其將鋅從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到內(nèi)涵體或溶酶體。ZnT-3主要在腦、睪丸中表達(dá)，它將胞內(nèi)鋅轉(zhuǎn)運入囊泡。ZnT-4主要存于乳腺和質(zhì)膜，胞內(nèi)鋅轉(zhuǎn)運進(jìn)入囊泡。在生理條件下，鋅載體的表達(dá)與飼糧鋅濃度有密切的關(guān)系。另外，還有一種（divalent cation transporter，DCT）載體，主要在十二脂腸、空腸、腎、骨髓中表達(dá)；其主要功能是作為鋅載體。當(dāng)機(jī)體鋅缺乏時，加強(qiáng)鋅的轉(zhuǎn)運，從而增加吸收。用半定量RT-PCR法測定小腸ZnT1、ZnT4、DCT1、。結(jié)果表明，Zn-Met、ZnSO4處理顯著降低ZnT1、ZnT4、DCT1 mRNA表達(dá)量（P＜0.05）；Zn-Met組ZnT1、DCT1 mRNA表達(dá)量均顯著低于ZnSO4組（P＜0.05）；兩種鋅處理間ZnT4 mRNA表達(dá)量無明顯差異（P＞0.05），另外肽載體表達(dá)增強(qiáng)。這些結(jié)果表明，氨基酸螯合物吸收更快，使ZnT1、ZnT4及DCT1 mRNA表達(dá)快速下降，減少腸道中鋅的吸收，從而維持鋅的內(nèi)穩(wěn)態(tài)；動物機(jī)體內(nèi)金屬硫蛋白(metallothionein，MT)合成與日糧微量元素攝入量有關(guān)。禁食或飼喂高鋅的小鼠腸粘膜細(xì)胞中金屬硫蛋白表達(dá)顯著增強(qiáng)；但在常規(guī)劑量的鋅條件下，MT沒有明顯變化。小腸及肝臟MT-1 mRNA表達(dá)顯示MT促進(jìn)腸道對鋅的吸收和在粘膜細(xì)胞中滯留。細(xì)胞內(nèi)游離鋅濃度上升時，細(xì)胞MT合成增加，其與游離鋅螯合；相反，鋅濃度下降時，MT合成及穩(wěn)定水平下降，結(jié)合在MT中的鋅數(shù)量下降。鋅與MT結(jié)合的生物學(xué)效率受細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)影響。在小鼠肝臟、小腸MT-1 mRNA表達(dá)量，均為Control＜ZnSO4＜Zn-Met（P＜0.05）。蛋氨酸鋅的轉(zhuǎn)運效率明顯高于硫酸鋅，兩者轉(zhuǎn)運機(jī)制可能不同。由于無機(jī)鹽與氨基酸（肽）螯合物轉(zhuǎn)運機(jī)制不同，添加兩種微量元素更能夠加速吸收與利用。

3  微量元素氨基酸螯合物與機(jī)體氧化還原狀態(tài)

    消化道自由基的生成與微量元素的形式和濃度有關(guān)。微量元素螯合物由于其特殊的結(jié)構(gòu),具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，分子內(nèi)電荷趨于穩(wěn)定，防止由于金屬離子如鐵、銅、鋅二價離子誘發(fā)的自由基生成等作用，防止無機(jī)微量元素鐵誘導(dǎo)產(chǎn)生的氧化損傷作用。無機(jī)鹽金屬離子如鐵，作為變價元素，2～3價互換，催化H2O2形成OH..。同時，一些氨基酸、肽如蛋氨酸等配體本身具有清除自由基的能力, 從而影響腸粘膜細(xì)胞的功能、增殖、分化。

微量元素的缺乏或利用不良，影響過抗氧化酶的活性，將導(dǎo)致氧化還原等代謝過程紊亂，導(dǎo)致能量物質(zhì)趨向于流失或脂肪細(xì)胞，影響生長發(fā)育甚至發(fā)生貧血等疾病。高濃度的一些微量元素會誘發(fā)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致腸粘膜損傷，同時隨著微量元素濃度的提高，吸收效率降低。無極微量元素更易誘導(dǎo)H2O2生成羥自由基，具有潛在毒性，可引起細(xì)胞損害。同時，一定濃度的自由基可誘導(dǎo)胃、十二指腸以及胰腺分泌生長抑素(SS)表達(dá)與分泌，減緩胃腸道食糜通過速度，抑制胃泌素等腸道激素以及消化液與酶的分泌，降低ATP酶偶聯(lián)的轉(zhuǎn)運載體的功能，減緩營養(yǎng)素的吸收，總的效應(yīng)是減少游離基的生成，保護(hù)腸道粘膜細(xì)胞，但降低生長速度。許多微量元素本身有參與抗氧化酶體系的作用，如鐵、銅、錳、鋅、硒等。微量元素缺乏在一定程度上造成了小鼠的氧化損傷，會顯著提高血清MDA含量。如補(bǔ)鋅使之明顯下降（P<0.05）。有機(jī)、無機(jī)鋅源均顯著提高AKP、GSH-Px活性、T-AOC、T-SOD、CuZn-SOD（P<0.05），而Zn-Met組T-AOC、T-SOD顯著高于ZnSO4組（P<0.05）。添加鋅顯著降低NO含量（P<0.05），Zn-Met效果顯著強(qiáng)于ZnSO₄（P<0.05）。說明兩種鋅源均能提高機(jī)體的抗氧化能力，而Zn-Met效果強(qiáng)于ZnSO₄。

    有機(jī)微量元素能夠調(diào)節(jié)消化道氧化還原狀態(tài)，影響生長軸激素的分泌。鋅對維持機(jī)體正常生長具有重要作用，它對生長激素（GH）、胰島素樣生長因子I（IGF-I）、性腺激素等都有重要的影響。一般認(rèn)為，GH通過誘導(dǎo)合成IGF，尤其IGF-I而發(fā)揮作用。IGF-I可以降低機(jī)體組織的分解代謝，刺激細(xì)胞分裂、骨骼生長、蛋白質(zhì)合成等。鋅缺乏時會降低GH mRNA基因表達(dá)、機(jī)體GH水平或損害GH 與其受體間的結(jié)合，降低IGF-I、GHR基因表達(dá)量，從減緩動物生長[3]。鋅對維持機(jī)體正常生長具有重要作用，它對生長激素（GH）、胰島素樣生長因子I（IGF-I）、性腺激素等都有重要的影響。補(bǔ)鋅均能顯著提高IGF-I基因表達(dá)水平（P<0.05），與ZnSO4相比，Zn-Met更大幅度地提高IGF-I mRNA表達(dá)（P<0.05），從而有效地促進(jìn)小鼠生長（P<0.05）[4]。

    有機(jī)微量元素能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)，從而影響細(xì)胞增殖、凋亡的細(xì)胞過程。采用地噻咪松作為氧化應(yīng)激的誘導(dǎo)劑建立小鼠胸腺細(xì)胞凋亡模型；培養(yǎng)基中分別補(bǔ)加0、50、100、500、1000μM ZnSO4或Zn-Met，培養(yǎng)16小時；測定細(xì)胞凋亡率、細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度、DNA片段化等指標(biāo)[5]。結(jié)果表明，地噻咪松處理使自由基增加，細(xì)胞活力顯著下降，加鋅使之得到有效恢復(fù)；Zn-Met處理的細(xì)胞活力高于同劑量ZnSO4處理。兩種鋅源對地噻咪松誘導(dǎo)的胸腺凋亡均有抑制作用，且這種抑制作用具有劑量效應(yīng)。50、100、1000μM添加水平時，Zn-Met對細(xì)胞凋亡的抑制作用低于ZnSO4（P<0.05）；500μM時，兩種鋅源對凋亡的抑制作用相近（P>0.05）。氧化應(yīng)激時，鈣離子細(xì)胞內(nèi)流，隨鋅補(bǔ)加水平升高時，細(xì)胞培養(yǎng)上清液及胞內(nèi)GSH-Px、CuZn-SOD活性隨之增高；而胞內(nèi)鈣濃度隨鋅添加水平增加顯著降低（P<0.05）；Zn-Met對鈣離子濃度升高的抑制作用弱于同劑量ZnSO4（P<0.05）。Zn-Met提高細(xì)胞抗氧化的能力較強(qiáng)。細(xì)胞培養(yǎng)上清液中AKP活性隨鋅添加水平增加呈上升趨勢；當(dāng)添加劑量為1000&micro;M時，Zn-Met處理組顯著高于ZnSO4處理（P<0.05）。上述結(jié)果表明，兩種鋅源均能抑制地噻咪松體外誘導(dǎo)的胸腺細(xì)胞凋亡，其機(jī)制涉及細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度、氧化還原狀態(tài)的變化等生理生化過程。有機(jī)鋅有助于改善氧化還原狀態(tài)，影響消化道、免疫器官細(xì)胞的增殖、分化，影響消化液、酶的分泌等[6]。氨基酸微量元素螯合物的特性決定了緩解應(yīng)激，防止氧化應(yīng)激對機(jī)體的損傷從而提高生產(chǎn)性能。

4  微量元素氨基酸螯合物促生長作用

    微量元素氨基酸螯合物具有促生長作用。微量元素氨基酸螯合物生物學(xué)利用率高于無機(jī)鋅，能有效促進(jìn)動物生長。飼喂玉米淀粉—酪蛋白半純合基礎(chǔ)日糧，添加硫酸鋅和蛋氨酸鋅日糧，結(jié)果表明，在飼養(yǎng)前期蛋氨酸鋅促長效果優(yōu)于硫酸鋅（P<0.05）。盡管兩種鋅源對GH水平、GHR基因表達(dá)無顯著影響（P>0.05）；均能提高肝臟、血清鋅含量及血清AKP活性；蛋氨酸鋅處理組織鋅含量增加幅度略高于硫酸鋅處理（P>0.05）。但Zn-Met顯著提高IGF-I mRNA表達(dá)（P<0.05），從而有效地促進(jìn)小鼠生長（P<0.05）[7]。基因芯片的結(jié)果顯示，與硫酸亞鐵相比，蛋氨酸螯合鐵組肝組織珠蛋白與轉(zhuǎn)鐵蛋白合成相關(guān)基因，以及膽固醇、蛋白質(zhì)、ATP、脂肪合成相關(guān)基因明顯上調(diào)[8]，表明微量元素氨基酸螯合物通過調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝影響生長。

    在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用仔豬仔豬日糧中添加氨基酸微量元素螯合物能促豬生長，提高飼料利用率。給28日齡的斷奶仔豬分別飼喂30天氨基酸微量元素螯合物與無機(jī)鹽日糧，結(jié)果表明，仔豬平均日增重提高8.3％，飼料效率提高8.1％。以35日齡斷奶仔豬為試驗對象，試驗組飼料中添加0.04％的蛋氨酸鐵螯合物，對照組飼料中不添加蛋氨酸鐵螯合物。經(jīng)過30天的飼養(yǎng)試驗，結(jié)果表明：試驗組的日增重比對照組多增重77克，提高了25.4％，差異極顯著（P﹤0.01）；試驗組的平均采食量比對照組增加92克，提高了19.5％；試驗組的料重比比對照降低4.5％。在乳豬開料分別添加蛋氨酸鐵（100毫克／千克）和硫酸亞鐵2.5克／千克）進(jìn)行對比試驗，試驗組21日齡斷奶平均增重極顯著地高于對照組（P﹤0.01）；試驗組育成率比對照組提高8.3％；試驗組的白痢發(fā)病率比對照組降低13.88％。因此，氨基酸微量元素螯合物更有效地改善斷奶仔豬的生產(chǎn)性能，明顯提高哺乳仔豬斷奶窩重和斷奶成活率。

    生長育肥豬在肥育豬日糧中添加氨基酸微量元素螯合物，可以提高增重，提高飼料報酬。研究表明，蛋氨酸鐵組比硫酸亞鐵組生長豬日增重提高9.56％（P＜0．05），采食量提高1.88％（P＞0．05），飼料報酬提高7.09％（P＜0．05），血紅蛋白含量提高2.37。以部分螯合物形式的鐵鋅和輕基蛋氨酸鐵分別替代無機(jī)鹽，平均日增重分別提高2.8％和8.3％，降低料肉比4.1％和13.7％。據(jù)報道，在日糧中添加氨基酸微量元素螯合物，在不增加采食量的情況下，試驗組全期平均日增重較對照組高6.4％，改善飼料效率6.9％，與對照組比較差異顯著。使用氨基酸微量元素螯合物的投入產(chǎn)出比為1：19。

    在雞生產(chǎn)中的應(yīng)用蛋雞在蛋雞的日糧中添加氨基酸微量元素螯合物能有效提高產(chǎn)蛋性能，改善蛋殼質(zhì)量。國外研究發(fā)現(xiàn)，對飼喂氨基酸微量元素螯合物的產(chǎn)蛋雞的雞蛋成分進(jìn)行分析，蛋殼礦物質(zhì)元素的組分比例同對照組發(fā)生了較大的變化，蛋殼的結(jié)構(gòu)比無機(jī)組緊密，蛋黃中微量元素的含量高于無機(jī)組。用微量元素蛋氨酸螯合物飼喂42周齡的海蘭W－36蛋雞，結(jié)果在營養(yǎng)等價的日糧條件下，以螯合物形式提供微量元素和蛋氨酸的試驗組比等量補(bǔ)加無機(jī)鹽和蛋氨酸的對照組，其產(chǎn)蛋率、飼料效率和綜合經(jīng)濟(jì)效益分別提高了4.2％、4.37％、2.2％、2.2％。在蛋雞日糧中添加0.1克／千克的蛋氨酸銅，蛋雞的產(chǎn)蛋量和蛋殼的硬度顯著上升，軟殼蛋的比例和蛋重下降。還有飼喂試驗證明，給蛋雞飼喂復(fù)合氨基酸微量元素螯合物，比飼喂無機(jī)鹽增加產(chǎn)蛋率7％，料蛋比降低7％以上，死亡率、破蛋率減少8％～40％，產(chǎn)蛋高峰期延長，雞蛋質(zhì)量提高，蛋黃微量元素含量增加10％以上。

5  微量元素氨基酸螯合物對機(jī)體免疫功能的影響

    有機(jī)微量元素能夠調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力，提高抗病及抗應(yīng)激能力。微量元素氨基酸螯合物可減少吸收過程自由基的形成，能夠增強(qiáng)殺菌能力，提高免疫反應(yīng)，提高動物機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)，發(fā)揮抗病、抗應(yīng)激作用[9]，如有機(jī)鋅絡(luò)合物可有效地治療豬增生性腸炎，氨基酸螯合銅與抗生素有協(xié)同作用。在21日齡斷奶小鼠，隨機(jī)分為三組（對照組，硫酸鋅組和蛋氨酸組）；測定臟器指數(shù)、酸性α-萘酯酶染色陽性率（ANAE+）、IL-1、IL-2、血清溶血素、淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率（SI）、IgA、IgG、IgM等免疫學(xué)指標(biāo)；研究結(jié)果表明，基礎(chǔ)日糧中添加Zn-Met和ZnSO4均能有效改善小鼠免疫機(jī)能；與Control相比，兩種鋅源均能顯著提高胸腺指數(shù)、ANAE+、IL-2、SI、IgM、IgA、IgG（P<0.05）；Zn-Met組顯著升高脾臟指數(shù)、IL-1、溶血素、血清球蛋白（P<0.05）；Zn-Met組 ANAE+、IgA、IgG均優(yōu)于ZnSO4組。微量元素氨基酸螯合物促生長作用可有效提高機(jī)體免疫能力，有機(jī)的效果優(yōu)于無機(jī)鹽。

    在仔豬生后3天飼喂添加蛋氨酸鐵飼料，死亡率比飼喂添加硫酸亞鐵飼料降低30.4％。研究發(fā)現(xiàn)母豬、仔豬同時補(bǔ)飼氨基酸螯合鐵，極顯著提高了血清免疫球蛋白水平，顯著提高仔豬抗病能力，并明顯表現(xiàn)有協(xié)同增強(qiáng)免疫力的作用。給處于高溫環(huán)境中的豬補(bǔ)充300微克／千克吡啶羧酸鉻4周，具有緩解高溫應(yīng)激作用，提高日采食量3.9％，日增重提高16.7％（P＜0．05），料肉比下降12.2％（P＜0．05）。增強(qiáng)免疫力，提高抗病能力。

6  結(jié)語

    氨基酸微量元素螯合物對增加豬禽的采食量，提高生長速度和繁殖力，改善產(chǎn)品品質(zhì)和機(jī)體的免疫功能等均有不同程度的促進(jìn)作用，無論從提高豬禽生產(chǎn)的效益，還是從環(huán)境保護(hù)角度來講，以氨基酸（肽）微量元素螯合物作為豬禽日糧添加劑，具有廣泛的應(yīng)用前景。深入研究適合機(jī)體的最佳螯合物結(jié)構(gòu)形式、作用機(jī)制、最佳添加比例及劑量，以降低飼養(yǎng)成本，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[01]Ashmead H D., The poles of Amino Acid Chelates in Animal Nutrition. Noyes Publication[J], 1993(5):457~469

[02] AAFCO. 2001. Official Publication. Assoc. Amer. Feed Control Offic. Inc.

[03] Yu ZP, Le GW, Shi YH. Effect of zinc sulphate and zinc methionine on growth, plasma growth hormone concentration, growth hormone receptor and insulin-like growth factor-I gene expression in mice[J]. Clin Exp Pharmacol Physiol. 200532(4):273-278

[04]虞澤鵬,樂國偉,施用暉.不同鋅源對斷奶小鼠生長及機(jī)體抗氧化能力的影響[J].畜牧與獸醫(yī)，2005（4）: 3-5

[05]Ze-peng Y, Guo-wei L, Hong-yu H, Yun-yu W, Yong-hui S. Effect of different zinc sources and levels on inhibition of the apoptosis induced by glucocorticoid of thymocytes in vitro[J]. Biol Trace Elem Res，2005 105(1-3):215-27

[06]虞澤鵬,施用暉,黃紅宇,魏云玉,樂國偉,李呂木. 鋅源及鋅水平對體外培養(yǎng)胸腺細(xì)胞凋亡的影響及其機(jī)制[J].食品科學(xué)，2005，（2）：

[07]虞澤鵬,樂國偉,施用暉.不同鋅源對斷奶小鼠生長及機(jī)體抗氧化能力的影響[J].畜牧與獸醫(yī),2005 (4): 3～5

[08]王立寬,樂國偉,顧博,李亮,施用暉.蛋氨酸螯合鐵對大鼠肝臟物質(zhì)代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響[J]. 食品科學(xué),2006,27(12)

[09]Kidd M T.Effect of zinc-methionine and manganese methionine on the performance and immune response of young turkeys[J]. Poultry Science,1992(71):160.

zhoujian666

很好的資料，謝謝分享。。。