低蛋白質(zhì)飼糧添加谷氨酸對育肥豬蛋白質(zhì)利用和生產(chǎn)性能的影響

甄吉福 許慶慶 李 貌 孫志洪*

(1.西南大學生物飼料與分子營養(yǎng)實驗室，重慶 400715；2.西南大學動物科技學院，重慶 400715)

隨著養(yǎng)豬業(yè)的集約化發(fā)展，養(yǎng)豬業(yè)所產(chǎn)生的氮污染越來越嚴重。我國每年畜禽總氮排放量約為3 000萬t，其中單胃動物(主要是豬)的氮排放量約占57%。降低豬的氮排放量、減少養(yǎng)分浪費、降低對生態(tài)環(huán)境的破壞是我國養(yǎng)豬業(yè)今后研究的基本任務(wù)和急需解決的重大課題。其中，降低飼糧蛋白質(zhì)水平是降低豬氮排放量的通用技術(shù)。為了保證豬的生產(chǎn)性能，一般在降低飼糧蛋白質(zhì)水平時需補充必需氨基酸(essential amino acids，EAA)[1-5]；但當飼糧蛋白質(zhì)降低至一定水平時，即使補充EAA，豬的生產(chǎn)性能也會受到影響。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，降低飼糧蛋白質(zhì)水平時僅平衡EAA(賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸和蘇氨酸)會導致非必需氨基酸(non-essential AA，NEAA)的缺乏，從而引起大量EAA在肝臟中代謝轉(zhuǎn)化為NEAA，造成EAA的嚴重浪費[6]。谷氨酸(Glu)是極為重要的一種NEAA，在促進動物生長和維持機體健康方面發(fā)揮著重要作用[7-11]。本研究在低蛋白質(zhì)飼糧平衡4種EAA(賴氨酸、蛋氨酸、色氨酸和蘇氨酸)的基礎(chǔ)上添加Glu，研究這一營養(yǎng)調(diào)控措施對育肥豬蛋白質(zhì)利用、生產(chǎn)性能和物質(zhì)代謝的影響，為減少氮排放量和提高蛋白質(zhì)利用率提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計與試驗飼糧

試驗1為氮平衡試驗，選取6頭體重為(54.2±1.0) kg的“杜×長×大”三元雜交去勢公豬，試驗采用3×3有重復(fù)拉丁方設(shè)計，分為3期，每期7 d，試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。設(shè)計3種不同粗蛋白質(zhì)(CP)水平飼糧，分別為14.0% CP(對照組)、12.5% CP+Glu和11.0% CP+Glu，3組飼糧均添加0.1%的二氧化鈦作為指示劑。

試驗2為飼養(yǎng)試驗，采用完全隨機區(qū)組試驗設(shè)計，選取30頭體重為(57.4±0.2) kg的“杜×長×大”三元雜交去勢公豬，隨機分為3組，每組10個重復(fù)，每個重復(fù)1頭豬。試驗飼糧同試驗1，試驗期為35 d。

表1 試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平(風干基礎(chǔ))

續(xù)表1項目Items組別Groups14．0%CP12．5%CP+Glu11．0%CP+Glu蛋氨酸Met0．250．250．25蘇氨酸Thr0．560．560．55色氨酸Trp0．150．150．14纈氨酸Val0．680．590．57異亮氨酸Ile0．560．480．45亮氨酸Leu1．301．181．00苯丙氨酸Phe0．710．620．52組氨酸His0．420．370．31精氨酸Arg0．840．720．55非必需氨基酸NEAA丙氨酸Ala0．870．800．70天冬氨酸Asp1．401．200．93半胱氨酸Cys0．250．250．24谷氨酸Glu2．722．722．72甘氨酸Gly0．630．550．44脯氨酸Pro0．840．770．66絲氨酸Ser0．740．650．54酪氨酸Tyr0．520．460．37

1)預(yù)混料為每千克飼糧提供 Premix provided the following per kg of diets：VA 10 500 IU，VD 4 500 IU，VE 5.4 IU，VK 0.9 mg，VB64.6 mg，VB120.016 mg，生物素 biotin 0.05 mg，葉酸 folic acid 0.29 mg，尼克酸 nicotinic acid 29.2 mg，泛酸 pantothenic acid 9.5 mg，膽堿 choline 0.45 g，核黃素 riboflavin 3.2 mg，硫胺素 thiamine 1.0 mg，Zn (as zinc sulfate) 86 mg，F(xiàn)e (as ferrous sulfate) 97 mg，Mn (as manganese sulfate) 3.3 mg，Cu (as copper sulfate) 5.3 mg，I (as potassium iodide) 0.14 mg，Se (as sodium selenite) 0.265 mg。

2)代謝能為計算值，其余為實測值。ME was a calculated value, while the others were measured values.

1.2 飼養(yǎng)管理

2個試驗均在西南大學動物養(yǎng)殖基地進行。試驗1開始前1周將試驗豬置于代謝籠(1.50 m×0.75 m×0.68 m)中單籠飼養(yǎng)，以適應(yīng)環(huán)境和試驗飼糧。試驗2的試驗豬置于不銹鋼養(yǎng)殖籠中進行飼養(yǎng)。養(yǎng)殖房溫度控制在(25±1) ℃，試驗豬均自由采食、飲水。每天08:00和18:00進行飼喂，試驗期間保持圈內(nèi)清潔、干燥。試驗期間準確記錄每天飼糧的投喂量和剩余量。分別于試驗第1和35天08:00測量豬的空腹體重。

1.3 樣品采集與指標測定

1.3.1 氮平衡試驗

每期隨機采集各組飼糧3次，混合后粉碎過40目篩，常溫保存。參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[12]檢測飼糧的干物質(zhì)、CP、鈣、磷、粗纖維和氨基酸含量。

每期后3 d為糞樣與尿樣采集期。每天收集糞樣2次，早晚各1次，每次將糞樣混合均勻，然后取10%置于封口袋中，并添加10%的硫酸進行固氮(10 g糞樣∶1 mL硫酸溶液)，糞樣收集后于-20 ℃保存。每期結(jié)束后，將每頭豬3 d采集的糞樣進行混合，并在65 ℃烘箱中烘至恒重，室溫下回潮24 h，稱重并記錄，之后粉碎過40目篩，用密封袋保存于-20 ℃待測。收集全部尿液，首先在尿液收集器中加10 mL 10%硫酸，準確量取并記錄尿液體積(為防止殘渣掉入尿液，在漏斗處放上尼龍布；如尿液中有飼糧、糞等殘渣，需過濾后才能量取)，然后取5%裝入塑料瓶，于-20 ℃保存。待3 d樣品采集完畢，將每頭豬的尿液制成混合樣品。參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[12]檢測糞樣的干物質(zhì)和氮含量以及尿樣的氮含量。計算氮攝入量[(飼糧投喂量-剩余飼糧量)×飼糧氮含量]、糞氮(排糞量×糞氮含量)、尿氮(排尿量×尿氮含量)、總氮排放量(糞氮排放量+尿氮排放量)、氮沉積量(氮攝入量-糞氮排放量-尿氮排放量)、氮生物學價值[100×(食入氮-糞氮-尿氮)/(食入氮-糞氮)]。

1.3.2 飼養(yǎng)試驗

分別于試驗第1、18和35天隨機采集飼糧樣品，并按組將3次采集的飼糧樣品進行混合，粉碎過40目篩，常溫保存。測定指標與方法同1.3.1。計算平均日增重[(末重-初重)/試驗天數(shù)]、CP攝入量(采食量×飼糧CP含量)和日均CP攝入量/平均日增重。

飼養(yǎng)試驗結(jié)束后，分別從每組隨機挑選5頭豬，通過前腔靜脈采集血液，置于裝有肝素鈉的10 mL離心管中，在4 ℃、3 500 r/min條件下離心15 min，分離血漿，并保存于-80 ℃超低溫冰箱中。血漿葡萄糖、尿素氮和游離脂肪酸含量采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測定，嚴格按照說明書操作。

血液采集結(jié)束后，將豬進行屠宰，分離、結(jié)扎腸道。采集空腸黏膜樣品，用液氮速凍后置于-80 ℃超低溫冰箱保存?？漳c黏膜代謝產(chǎn)物葡萄糖、丙酮酸和乳酸含量采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測定，嚴格按照說明書操作。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗1數(shù)據(jù)采用SAS 9.0統(tǒng)計軟件中的MIXED模塊進行統(tǒng)計檢驗分析，統(tǒng)計模型中包含試驗豬的隨機因素和試驗期、試驗飼糧的固定因素。試驗2數(shù)據(jù)采用SAS 9.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)。差異顯著者采用LSD法進行多重比較，P<0.05為差異顯著。

2 結(jié) 果

2.1 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬氮平衡的影響

由表2可知，與對照組相比，低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu可顯著降低育肥豬的總氮攝入量、尿氮和總氮排放量(P<0.05)；11.0% CP+Glu組的氮生物學價值顯著高于對照組(P<0.05)。

表2 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬氮平衡的影響

同行數(shù)據(jù)肩標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.2 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬生產(chǎn)性能的影響

由表3可知，3組育肥豬的初重、末重和平均日增重無顯著差異(P>0.05)；與對照組相比，低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu可顯著降低CP攝入量和日均CP攝入量/平均日增重(P<0.05)。

2.3 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬血漿生化指標的影響

由表4可知，與對照組相比，低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu可顯著降低育肥豬的血漿葡萄糖、尿素氮和游離脂肪酸含量(P<0.05)。

2.4 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬空腸黏膜代謝產(chǎn)物含量的影響

由表6可知，11.0% CP+Glu組育肥豬的空腸黏膜葡萄糖和丙酮酸含量顯著高于對照組(P<0.05)；11.0% CP+Glu和12.5% CP+Glu組的空腸黏膜乳酸含量顯著低于對照組(P<0.05)。

表3 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬生產(chǎn)性能的影響

表4 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬血漿生化指標的影響

表5 低蛋白飼糧中添加Glu對育肥豬空腸黏膜代謝產(chǎn)物含量的影響

3 討 論

3.1 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬氮平衡的影響

目前，降低飼糧CP水平并補充重要EAA是降低豬氮排放量的通用技術(shù)[1-5]。飼糧CP水平每降低1%，豬總氮排放量約減少8%[5,11]。盡管研究已經(jīng)表明，飼糧CP水平降低2%～3%，育肥豬的氮沉積量無顯著變化[13-15]，但在實際生產(chǎn)中尤其是在集約化養(yǎng)殖場，低蛋白質(zhì)飼糧難以得到廣泛推廣。因此，有必要深入研究豬的氮排放規(guī)律，以揭示低蛋白質(zhì)飼糧的生長限制機制，為配制更為高效的飼糧提供科學依據(jù)。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，低蛋白質(zhì)飼糧僅平衡重要EAA會降低NEAA在門靜脈回流組織(胃、腸道、胰臟、脾臟和腹脂大網(wǎng)膜脂肪)中的凈吸收量，進一步導致肝臟動用大量EAA以轉(zhuǎn)化為NEAA，造成EAA的浪費以及氨基酸利用率的降低[16]。因此，推測低蛋白質(zhì)飼糧在平衡重要EAA的基礎(chǔ)上補充某些NEAA(如Glu)會解決傳統(tǒng)低蛋白質(zhì)飼糧的這一缺點。本研究結(jié)果顯示，飼糧CP水平降低21.4%時添加Glu能夠顯著降低育肥豬的總氮排放量，且對育肥豬的氮沉積量無負面影響。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能為：Glu是重要的NEAA，其在門靜脈回流組織中被大量代謝，只有小部分的Glu可從腸腔進入腸系膜靜脈[5,14]；低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu可增加對門靜脈回流組織的能量供應(yīng)，從而減少門靜脈回流組織對其他氨基酸的消耗，使得進入肝臟的氨基酸模式更為平衡，在肝臟中轉(zhuǎn)化為NEAA的EAA數(shù)量將大幅度降低；氨基酸的整體利用率得以提高，蛋白質(zhì)沉積量也得到提高。但本研究并未測定回腸末端氨基酸消化率、門靜脈氨基酸凈吸收率和肝臟中氨基酸的消耗量，因此，研究結(jié)果不能直接說明低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對飼糧氨基酸消化、吸收和代謝的影響，上述推測還需要進一步開展小腸瘺管、血插管試驗來驗證。

3.2 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬生產(chǎn)性能的影響

研究報道，在補充部分EAA的條件下，飼糧CP水平降低2%～3%對豬的生產(chǎn)性能無顯著影響[1,5]。但飼糧CP降低水平超過3%時豬的生產(chǎn)性能就會受到抑制[17-20]，導致低蛋白質(zhì)飼糧技術(shù)在集約化生產(chǎn)中難以得到廣泛應(yīng)用。本研究結(jié)果顯示，添加Glu后飼糧CP水平降低21.4%而對育肥豬的生產(chǎn)性能無顯著影響。試驗結(jié)果表明，Glu可解除傳統(tǒng)低蛋白質(zhì)飼糧對豬的生長限制作用。Glu的促生長作用與其代謝燃料功能密切相關(guān)：1)Glu雖然不是限制性氨基酸，但其在氨基酸代謝中具有特殊的地位；2)Glu在門靜脈回流組織中大量代謝供能，減少了其他可能限制生長的氨基酸的消耗；3)由于Glu是幾乎所有氨基酸代謝的中轉(zhuǎn)站，當其他氨基酸不足時，Glu可以通過轉(zhuǎn)氨基作用補充。除此之外，傳統(tǒng)低蛋白質(zhì)飼糧補充Glu對豬生產(chǎn)性能的影響還與Glu的其他生理功能密不可分，如Glu可減少體內(nèi)脂肪沉積、降低肌纖維直徑、提高飼料利用效率[21]。Feng等[22]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加谷氨酸鈉可通過增加消化道氨基酸轉(zhuǎn)運載體的表達量來提高空腸氨基酸的吸收量。Glu可降低豬的氧化應(yīng)激水平、緩解毒素引起的腸道損傷，從而在維持腸道和機體健康方面具有重要作用[23-24]。

3.3 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu對育肥豬物質(zhì)代謝的影響

葡萄糖是機體的主要供能物質(zhì)，在動物生命和生產(chǎn)活動中發(fā)揮著重要的作用；游離脂肪酸是脂質(zhì)代謝水平的重要指標，其含量的高低可以反映機體脂質(zhì)代謝的水平。本研究發(fā)現(xiàn)，低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu可降低育肥豬的血漿葡萄糖和游離脂肪酸含量。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能為：1)低蛋白質(zhì)組育肥豬用于供能的氨基酸少，因此育肥豬對葡萄糖和脂肪酸的利用程度高，造成血漿葡萄糖和脂肪酸含量低；2)低蛋白質(zhì)組育肥豬的糖異生作用和脂肪酸合成量低。血漿尿素氮是反映機體蛋白質(zhì)利用效率的一個重要指標，可認為氨基酸利用效率越高，血漿尿素氮含量越低。本研究發(fā)現(xiàn)，低蛋白質(zhì)組育肥豬的血漿尿素氮含量顯著降低，研究結(jié)果說明低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu，氨基酸用于分解代謝的數(shù)量顯著降低，這一結(jié)果與氮沉積和生產(chǎn)性能試驗的結(jié)果相一致。本試驗結(jié)果說明，低蛋白質(zhì)飼糧中補充Glu會增加胃腸道上皮組織對葡萄糖和脂肪酸的利用，從而減少氨基酸的氧化供能，使得更多的氨基酸能夠進入血液循環(huán)并用于合成機體蛋白質(zhì)，以保持低蛋白質(zhì)組育肥豬的正常生產(chǎn)性能。

4 結(jié) 論

① 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu可顯著降低育肥豬的總氮攝入量、尿氮和總氮排放量，提高蛋白質(zhì)利用效率。

② 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu可降低21.4%的飼糧CP含量而對育肥豬的生產(chǎn)性能無顯著影響。

③ 低蛋白質(zhì)飼糧中添加Glu可顯著降低育肥豬的血漿葡萄糖、游離脂肪酸含量，提高胃腸道上皮組織對葡萄糖的利用。

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