低蛋白日糧在不同生長(zhǎng)階段豬上的應(yīng)用研究進(jìn)展

鄧 盾，王 剛，陳衛(wèi)東，馬現(xiàn)永

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所/畜禽育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部華南動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省畜禽育種與營(yíng)養(yǎng)研究公共實(shí)驗(yàn)室/廣東畜禽肉品質(zhì)量安全控制與評(píng)定工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510640）

畜禽養(yǎng)殖行業(yè)給人們提供了優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)也帶來(lái)了較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。全世界80%的生豬養(yǎng)殖在中國(guó)，如何減少豬的氮排放對(duì)于解決我國(guó)養(yǎng)殖行業(yè)的污染問(wèn)題至關(guān)重要。飼料原料中過(guò)高比例的氮是增加污染的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，規(guī)?；B(yǎng)殖中約6成左右的氮以糞尿的形式排出體外，這不僅造成資源浪費(fèi)，還引起空氣、水域污染以及養(yǎng)殖環(huán)境惡化等問(wèn)題［1-3］。而且氨氣等含氮臭氣具有強(qiáng)刺激性，極易溶解在豬的眼結(jié)膜和呼吸道粘膜上，引起結(jié)膜炎、支氣管炎等系列炎癥［4-5］，嚴(yán)重時(shí)會(huì)降低動(dòng)物的采食量和日增重［6］，影響動(dòng)物福利［7］?？梢?jiàn)降低飼料中的氮比例，提高消化利用率對(duì)于養(yǎng)殖行業(yè)的節(jié)能減排意義重大［8］。

目前，豬日糧主要是以豆粕等高粗蛋白（Crude protein，CP）原料為基礎(chǔ)的配方飼料，其優(yōu)點(diǎn)是氨基酸種類(lèi)全面，營(yíng)養(yǎng)豐富。但是這部分氮營(yíng)養(yǎng)難以被動(dòng)物消化利用，而且豆粕等原料多依賴(lài)于進(jìn)口，一旦出現(xiàn)貿(mào)易摩擦，對(duì)我國(guó)養(yǎng)殖行業(yè)的發(fā)展將極為不利。低蛋白日糧通過(guò)添加合成氨基酸，減少了豆粕等蛋白飼料的使用。同時(shí)，由于添加了合成氨基酸，降低蛋白質(zhì)分解過(guò)程中的能耗和蛋白合成過(guò)程中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)，有利于機(jī)體的消化吸收，減少氮排放［9-11］。隨著合成生物學(xué)和氨基酸工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)氨基酸價(jià)格逐漸降低，低蛋白日糧的成本優(yōu)勢(shì)凸顯，必將成為飼料行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。本綜述對(duì)近年來(lái)有關(guān)低蛋白日糧在不同生長(zhǎng)階段豬上應(yīng)用的研究進(jìn)行了總結(jié)，以期為養(yǎng)殖行業(yè)的節(jié)能減排工作提供依據(jù)。

1 低蛋白日糧的概念及功能

低蛋白日糧是指將飼料中氮水平按豬的營(yíng)養(yǎng)需求NRC2012或我國(guó)《豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》（NY/T 65-2004）的推薦量降低1%～4%，并按照動(dòng)物不同生長(zhǎng)階段的營(yíng)養(yǎng)需求配制成的飼料。目前，不斷增大的環(huán)保壓力和日益緊張的飼料原料資源推動(dòng)著低蛋白日糧研發(fā)的飛速發(fā)展。按照添加氨基酸種類(lèi)的不同，低蛋白飼料大致可以分為3種：完全必需氨基酸平衡的低蛋白日糧、部分必需氨基酸平衡的低蛋白日糧和必需氨基酸+非必需氨基酸平衡的低蛋白日糧，其中以部分必需氨基酸（如：L-Lys，L-Thr，L-Trp，D,L-Met）平衡的低蛋白日糧為主。但無(wú)論哪種形式的低蛋白日糧，都應(yīng)根據(jù)氨基酸平衡理論和理想蛋白模型進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其總體的氮水平和能量水平都不應(yīng)低于機(jī)體需求量。

根據(jù)氨基酸平衡理論，所有的氨基酸都可以當(dāng)成可消化和代謝的蛋白質(zhì)，飼料中氨基酸的比例和含量應(yīng)與動(dòng)物機(jī)體一致或者接近，此時(shí)氨基酸利用率最高。但氨基酸的含量并非越多越好，過(guò)多氨基酸只能通過(guò)脫氨基作用，作為能源被利用，增加機(jī)體能耗和排泄量。研究證實(shí)，只要進(jìn)行科學(xué)配比設(shè)計(jì)，低蛋白日糧不僅不會(huì)降低豬的生產(chǎn)性能，而且對(duì)于降低飼料成本、減少氮排放、減少對(duì)豆粕等蛋白原料的進(jìn)口依賴(lài)度都大有益處。

2 低蛋白日糧在生豬養(yǎng)殖上的應(yīng)用

2.1 低蛋白日糧在母豬上的應(yīng)用

使用低蛋白日糧可明顯減低母豬養(yǎng)殖環(huán)境中的氮排放，從而有利于母豬健康狀況和采食量的提高。研究表明，16%低蛋白飼料能夠提高哺乳母豬的采食量2%，提高窩重10%，提高泌乳量8.5%，同時(shí)欄舍風(fēng)機(jī)位置的氨氣濃度從第3周開(kāi)始明顯減少 8.9%～10.9%［12］。陳軍等［13］使用了更低水平的粗蛋白日糧，對(duì)試驗(yàn)組妊娠期母豬飼喂9.5%的低蛋白日糧，對(duì)照組飼喂13.5%的粗蛋白日糧，結(jié)果試驗(yàn)組母豬的平均總產(chǎn)仔數(shù)、平均產(chǎn)活仔數(shù)、平均初生窩重均和對(duì)照組差異不顯著，但是氮的日排泄量和糞含氮量均顯著降低?？梢?jiàn)，在母豬養(yǎng)殖過(guò)程中應(yīng)用低蛋白日糧不會(huì)影響其生長(zhǎng)性能。而且多個(gè)研究表明，低蛋白日糧同樣適用于梅山母豬［13］、長(zhǎng)大二元雜交母豬［14］、金華初產(chǎn)母豬［15］等多個(gè)品種，不影響這些母豬的生長(zhǎng)和生產(chǎn)性能。

L-Lys是豆粕型日糧的第一限制氨基酸，對(duì)于母豬泌乳性能至關(guān)重要。降低母豬日糧的粗蛋白含量，但L-Lys的含量不能降低，泌乳母豬日糧中絕大多數(shù)L-Lys用于泌乳，在氨基酸平衡的低蛋白日糧中添加適當(dāng)?shù)腖-Lys有利于提高母豬的泌乳性能［16］。但是L-Lys含量并非越高越好，董志巖等［17］在母豬15.5%的低蛋白日糧中添加不同水平的賴(lài)氨酸(0.9%～1.05%)，發(fā)現(xiàn)0.90%添加組比1.00%和1.05%添加組的仔豬窩均增重提高了7.98%和9.81%，糞氮排放減少了15%左右。方桂友等［18］在夏季高溫條件下作了類(lèi)似實(shí)驗(yàn)，結(jié)果說(shuō)明減少2.5%的粗蛋白(15.5%)、添加0.83%L-Lys的平衡日糧，能顯著提高哺乳仔豬的平均日增重，減少母豬泌乳期失重，減少16.11%的糞氮排泄量。

2.2 低蛋白日糧在仔豬上的應(yīng)用

低蛋白日糧在仔豬中同樣應(yīng)用效果良好，大量的研究（表1）表明，適當(dāng)降低日糧蛋白質(zhì)水平、補(bǔ)充合成氨基酸，不會(huì)影響仔豬的生產(chǎn)性能，同時(shí)可有效降低仔豬的氮排放。羅增梅等［19］將粗蛋白含量為18%的小麥-豆粕型仔豬日糧減少至15%，結(jié)果仔豬血清中尿素氮水平減少了35.2%，同時(shí)日增重增加了0.71%，料肉比增加了3.76%。曹開(kāi)梅等［20］采用玉米-豆粕型日糧做了相似的研究，將18%粗蛋白的仔豬日糧減少至14%～17%不等，結(jié)果表明仔豬日糧中降低1%～3%粗蛋白對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能影響不顯著；但是繼續(xù)減少粗蛋白水平至14%則會(huì)降低動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。荊園園等［21］通過(guò)代謝組學(xué)分析，α-酮異戊酸和纈氨酸在14%粗蛋白日糧組顯著降低；與此相反，血清總膽固醇、游離脂肪酸和肝臟IGFBP-1的mRNA表達(dá)水平卻顯著升高，因此低蛋白日糧造成仔豬生長(zhǎng)受限，與肝臟IGF-Ⅰ和IGFBP-1的表達(dá)有關(guān)，肝臟纈氨酸和α-酮異戊酸等代謝關(guān)鍵物有可能在此過(guò)程中發(fā)揮重要作用［21-23］。

豆粕含有較高的粗蛋白，可采用棉籽粕等低蛋白飼料原料代替豆粕配制低蛋白日糧，但棉籽粕中含有游離的棉酚等生長(zhǎng)抑制因子，可能會(huì)抑制仔豬生長(zhǎng)，補(bǔ)充合成氨基酸不僅能平衡棉籽粕的粗蛋白水平，還可緩解抑制因子的抑制作用。宋陽(yáng)等［24］采用普通棉籽粕替代50%的豆粕，通過(guò)補(bǔ)充9種氨基酸，使仔豬的平均采食量、平均日增重以及G/F值達(dá)到與純豆粕日糧接近的效果。

低蛋白日糧結(jié)合其他一些技術(shù)可進(jìn)一步提高節(jié)氮減排的效果。如采用微粉碎技術(shù)能進(jìn)一步提高飼料利用率，減少氮排放。李偉躍等［25］將仔豬日糧粗蛋白降低1%，采用普通粉碎和超粉碎兩種方式加工原料，糞尿氮減排率分別顯著減少26.79%、32.89%。在低蛋白日糧中添加酶制劑（如蛋白酶、木聚糖酶等）也是提高營(yíng)養(yǎng)消化利用率的常用方式。竇勇等［26］研究發(fā)現(xiàn)，添加0.2%復(fù)合酶制劑，粗蛋白表觀(guān)消化率提高了19.83%，糞尿氮排放量降低42.27%，減排效果十分顯著。

表1 低蛋白日糧對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能的影響Table 1 Effect of low protein diets on growth performance of piglets

2.3 低蛋白日糧在生長(zhǎng)肥育豬上的應(yīng)用

生長(zhǎng)育肥階段是整個(gè)生豬飼養(yǎng)過(guò)程中飼料消耗最大的階段，占總耗料的2/3，如何降低這一部分能耗對(duì)于養(yǎng)殖行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。研究表明，降低生長(zhǎng)肥育豬日糧中的粗蛋白水平，對(duì)于減少氮排放效果顯著（表2）。日糧中蛋白水平每降低1%，氨氣排放量降低10%左右，總氮排放量降低8.0%［27］。吳東等［28］在生長(zhǎng)育肥階段使用14%和15%粗蛋白的低蛋白日糧，發(fā)現(xiàn)血清中的氮水平分別比17%粗蛋白日糧降低了16.05%和11.59%，糞便中氨氣分別減少了17%和14.6%；而飼喂13%和14% CP的低蛋白日糧較15% CP的高蛋白日糧，生豬血清中的氮水平分別降低了10.05%和17.31%，糞便中氨氣最高降低了15%。多數(shù)研究表明日糧降低1%～4%粗蛋白，對(duì)生長(zhǎng)豬和肥育豬的生長(zhǎng)性能、胴體性質(zhì)、肉品質(zhì)均無(wú)顯著影響［29］。

一些關(guān)鍵的氨基酸對(duì)生長(zhǎng)肥育豬的生長(zhǎng)性能有明顯影響［30］。目前，平衡低氮日糧一般添加了一些限制性的必需氨基酸，通常使用L-Thr、L-Trp、L-Lys、D,L-Met等［31］。李寧等［29］認(rèn)為降低L-Trp水平會(huì)顯著降低育肥豬平均日增重和采食量，而降低同樣水平的L-Thr則無(wú)顯著影響；通過(guò)分析血清中游離氨基酸含量發(fā)現(xiàn)，一些必需氨基酸如L-Ile和L-Val含量明顯升高，說(shuō)明缺乏L-Trp影響到其他氨基酸的利用，進(jìn)而干擾豬的其他生理代謝。該結(jié)論與Nathalie等［32］的研究結(jié)果基本一致，他們發(fā)現(xiàn)低蛋白飼料中L-Trp和L-Val的短缺將顯著影響豬的平均日增重。必需氨基酸中的一些支鏈氨基酸有利于肥育豬生長(zhǎng)性能和健康狀況的提升。Jiao等［33］認(rèn)為補(bǔ)充L-Trp、L-Ile和 L-Val比 補(bǔ) 充 L-lys、L-Thr和 D,L-Met更有利于肥育豬平均日增重的提高，同時(shí)IgG和IgA等免疫因子表達(dá)水平上升，有利于機(jī)體免疫力的提高。

另外，除了補(bǔ)充必需氨基酸外，一些非必需氨基酸也可調(diào)控生長(zhǎng)肥育豬對(duì)低蛋白日糧利用狀況。甄吉福等［34］在12.5%和11%的低蛋白日糧中補(bǔ)充L-Glu和其他一些必需氨基酸，發(fā)現(xiàn)添加L-Glu可降低育肥豬的尿氮和總氮排放量，提高蛋白質(zhì)利用效率，但對(duì)育肥豬的生產(chǎn)性能則無(wú)顯著影響。

表2 低蛋白日糧對(duì)生長(zhǎng)肥育豬生長(zhǎng)性能的影響Table 2 Effect of low protein diets on growth performance of growing and finishing pigs

3 生豬低蛋白日糧配制的相關(guān)問(wèn)題

3.1 采用凈能體系配制低蛋白日糧

目前，配制豬飼料普遍采用消化能和代謝能體系，但隨著研究深入，人們發(fā)現(xiàn)消化能和代謝能體系已不能完全滿(mǎn)足動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)的需求，越來(lái)越多的學(xué)者推薦使用凈能來(lái)配制日糧。凈能是指飼料的代謝能扣除飼料在體內(nèi)的熱增耗后剩余的能量，也是動(dòng)物采食飼料的總能減去糞便、尿液、氣體排放的能量。由于高蛋白、纖維素等飼料原料在消化過(guò)程中代謝時(shí)間延長(zhǎng)，過(guò)量的氮增加熱量的消化，降低了飼料的凈能。因此，飼料代謝能并不能完全反映飼料能值，而凈能相對(duì)而言更為準(zhǔn)確。低蛋白日糧中添加適當(dāng)?shù)陌被?，降低了機(jī)體對(duì)飼料代謝的能耗，因而有利于氮素營(yíng)養(yǎng)的吸收［35］。

大量研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，若不使用凈能體系配制低蛋白日糧，很容易導(dǎo)致生長(zhǎng)育肥豬胴體變肥［36-37］。這是因?yàn)椴捎孟芎痛x能配制的低蛋白日糧中，補(bǔ)充的氨基酸減少了蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)和機(jī)體代謝的能量損耗，氨基酸的脫氨作用也大大減少，多余的熱量被貯存為脂肪，使得胴體變肥［38］。準(zhǔn)確配制低蛋白日糧必須對(duì)飼料原料的凈能值進(jìn)行測(cè)定，但凈能值測(cè)定的過(guò)程比較繁瑣，這是制約其應(yīng)用的一大因素。在實(shí)際中，通常將氨基酸的總能值乘以0.75轉(zhuǎn)化為凈能值使用［39］。研究人員發(fā)現(xiàn)采用凈能體系能很好地解決低蛋白日糧致胴體變肥的問(wèn)題［38］，這一點(diǎn)得到了尹慧紅等［40］學(xué)者研究的證實(shí)，采用凈能體系配制低蛋白日糧飼喂育肥豬，即使粗蛋白降低4%，補(bǔ)充的合成氨基酸后也不影響機(jī)體胴體品質(zhì)和肌肉品質(zhì)。此外，不少研究表明，L-Lys在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育中具有重要作用，是第一限制氨基酸，日糧中L-Lys和能量的絕對(duì)數(shù)量和比例對(duì)機(jī)體蛋白質(zhì)和脂肪的沉積有顯著影響，采用L-lys/凈能比配制低蛋白飼料，能更好地平衡營(yíng)養(yǎng)，提高胴體性能［38,41］。

3.2 從滿(mǎn)足豬生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)兩角度配制低蛋白日糧

目前生豬飼料配制都有考慮到豬不同生長(zhǎng)階段的營(yíng)養(yǎng)需求特點(diǎn)，但很少有研究根據(jù)不同生長(zhǎng)階段生豬的生長(zhǎng)特點(diǎn)來(lái)配制低蛋白日糧。隨著氨基酸研究的深入，一些氨基酸功能逐漸被揭示出來(lái)，特別是一些支鏈氨基酸的功能，在不同生長(zhǎng)階段的豬中加入不同種類(lèi)的支鏈氨基酸有利于機(jī)體機(jī)能和生產(chǎn)性能的提升，如在母豬低蛋白日糧中添加L-Val和L-Ile等支鏈氨基酸可以有效提高母豬泌乳和生產(chǎn)性能［42］；在仔豬低蛋白日糧中添加L-Leu、L-Val和L-Ile等支鏈氨基酸能刺激蛋白合成和提高免疫力［43-46］，促進(jìn)仔豬健康生長(zhǎng)，減少抗生素使用；在生長(zhǎng)肥育豬低蛋白日糧中添加L-Arg，可提高瘦肉率、降低脂肪率、改善豬肉質(zhì)性狀［47］。因此，在低蛋白日糧配制過(guò)程中應(yīng)充分考慮豬的營(yíng)養(yǎng)需求和功能需求。

3.3 提升氨基酸制備工藝促進(jìn)低蛋白日糧的應(yīng)用

在整個(gè)豬養(yǎng)殖成本中，飼料成本占60%～70%，如何降低飼料成本是市場(chǎng)關(guān)注焦點(diǎn)。減少豆粕等高成本原料的使用是節(jié)約成本的關(guān)鍵。研究表明，在25 kg生長(zhǎng)豬上，減少日糧2%粗蛋白，成本可下降0.3元/kg；減少日糧3%粗蛋白，成本可下降0.5元/kg［48］。和玉丹等［49］研究指出，在50 kg中豬上，減少日糧3%粗蛋白，成本可減少0.17元/kg。此外，隨著環(huán)保壓力的增大，糞污處理成本在規(guī)模養(yǎng)殖中的比例逐漸增大，低蛋白日糧由于減少了氮排放，也將顯著減少環(huán)保處理成本。

盡管優(yōu)勢(shì)明顯，但低蛋白日糧在應(yīng)用過(guò)程中依然存在一些問(wèn)題。從營(yíng)養(yǎng)和功能角度，添加全部8種必需氨基酸和一些關(guān)鍵非必需氨基酸更能滿(mǎn)足動(dòng)物生長(zhǎng)需求。但由于氨基酸生產(chǎn)工藝和成本等原因，L-Lys、L-Thr、L-Trp工藝相對(duì)成熟，價(jià)格較低，現(xiàn)階段飼料和養(yǎng)殖企業(yè)主要采用添加一些低成本的限制性必需氨基酸來(lái)配制低蛋白日糧。但一些重要的氨基酸如L-Leu、L-Val和L-Ile等對(duì)豬的生長(zhǎng)性能有顯著影響［43-46，50］，卻很少添加。因此加強(qiáng)此類(lèi)氨基酸生產(chǎn)工藝的研發(fā)，是進(jìn)一步降低低蛋白日糧成本，提高養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

4 展望

隨著飼料短缺和環(huán)保問(wèn)題的日益緊迫，低蛋白日糧的研究和技術(shù)推廣勢(shì)在必行。大量研究表明，將豬各個(gè)階段的日糧粗蛋白水平降低2%～3%不會(huì)對(duì)豬的生長(zhǎng)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，相反對(duì)養(yǎng)殖成本的降低、豬的消化利用率的提高、氮?dú)馀欧诺臏p少等具有明顯效果。但是現(xiàn)階段低蛋白日糧在研究和應(yīng)用中存在一些問(wèn)題，例如飼料配制過(guò)程中仍采用以代謝能和消化能為基礎(chǔ)的配制方法為主，而以?xún)裟転榛A(chǔ)的飼料配制方法沒(méi)有得到廣泛推廣和應(yīng)用；此外鑒于L-Lys在動(dòng)物代謝中的重要地位，建議采用L-lys/凈能比配制低蛋白飼料，針對(duì)不同生長(zhǎng)階段豬研究合適的飼料凈能需求。此外，受制于氨基酸制備工藝，目前配制低蛋白日糧使用的還是L-Lys、L-Thr、L-Trp、D,L-Met部分必需氨基酸，而不是全部8種必需氨基酸，加強(qiáng)氨基酸制備工藝的研發(fā)，降低氨基酸使用成本是進(jìn)一步提高低蛋白日糧經(jīng)濟(jì)效益、提升低蛋白日糧使用效果的關(guān)鍵。盡管低蛋白日糧的使用效果顯著，但也要結(jié)合不同生長(zhǎng)階段豬的生長(zhǎng)特點(diǎn)配制低蛋白日糧，比如仔豬階段，過(guò)多減少粗蛋白含量會(huì)使機(jī)體生長(zhǎng)受限，也會(huì)導(dǎo)致母豬乳蛋白合成受到抑制，建議使用的粗蛋白水平比正常值低2%，相關(guān)研究也需進(jìn)一步加強(qiáng)，以提供優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效的低蛋白日糧。