精氨酸生素在豬營養(yǎng)中的研究與應(yīng)用

謝植鑫，蘇江偉，劉 璐，康會(huì)芳，梁明振

（廣西大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南寧 530004）

精氨酸（Arg）于1886年被提取于植物豆苗中，1895年被發(fā)現(xiàn)存在于哺乳動(dòng)物的蛋白質(zhì)中，其分子式為C6H14N4O2，學(xué)名為2-氨基-5-胍基戊酸，相對(duì)分子質(zhì)量為174.20，是一種顯堿性的氨基酸。Arg作為仔豬體內(nèi)的一種限制性氨基酸，Arg不足，限制其生長發(fā)育，Arg可以促進(jìn)仔豬的生長，增強(qiáng)其免疫力，緩解斷奶給仔豬帶來的應(yīng)激，降低其腹瀉率[1-3]。Arg是動(dòng)物體內(nèi)最大的供氮氨基酸，是動(dòng)物體內(nèi)NO合成的唯一前提物[4]。Arg也是一種條件性必需氨基酸，當(dāng)成年動(dòng)物生病或腸道受損，Arg可改善腸道微生態(tài)環(huán)境，對(duì)動(dòng)物的健康生長起著重要作用[5]。在生產(chǎn)實(shí)踐中，外源性添加Arg和過量的Arg具有一定毒副作用，加上價(jià)格高，限制了其在生產(chǎn)中的運(yùn)用。因此，對(duì)于內(nèi)源性合成精氨酸，是近幾年的研究熱點(diǎn)[6]。精氨酸生素（AAA）是N-2酰谷氨酸（NAG）的穩(wěn)定類似物，對(duì)內(nèi)源性精氨酸合成具有重要作用[7]。

1 精氨酸生素的理化性質(zhì)

AAA化學(xué)名N-氨甲酰谷氨酸（NCG），是NAG穩(wěn)定的具有活性的并且可食用類似物，分子式為C6H10N2O5，相對(duì)分子質(zhì)量為190.15。純品的AAA為白色晶體粉末或無色半透明晶體，微溶于氯仿、四氯化碳、苯等有機(jī)溶劑，易溶于水，等電點(diǎn)為3.02。AAA有多個(gè)活性基團(tuán)，主要集中在羧基和C2上的氨甲?；?。當(dāng)AAA遇強(qiáng)堿時(shí)，羧基（C1和C5）容易與五氯化磷、乙酰氯等反應(yīng)并生成酰氯；遇堿性或弱酸性時(shí)，AAA上的-NH2有強(qiáng)的親核作用[8]。

2 精氨酸生素調(diào)節(jié)內(nèi)源性精氨酸合成機(jī)理

動(dòng)物體對(duì)于外源性Arg具有一定的頡頏作用，主要與色氨酸、賴氨酸和組氨酸發(fā)生頡頏作用，這不僅直接影響Arg的消化吸收，也間接影響了其他氨基酸的消化吸收[9]。Zhan等發(fā)現(xiàn)，在14日齡仔豬飼糧中添加精氨酸1.2%，與對(duì)照組相比，其生長性能降低，血清中賴氨酸也顯著降低[3]。動(dòng)物體內(nèi)Arg經(jīng)過一氧化氮酶（NOS）催化生成NO，通過結(jié)構(gòu)酶或誘導(dǎo)酶來脫氨基生成NO，Arg是生成NO的唯一前提物[4-5]。當(dāng)動(dòng)物體飼喂過多的外源Arg時(shí)，動(dòng)物體內(nèi)NO含量會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速增加，此時(shí)NO對(duì)機(jī)體有顯著的副作用，過量的NO對(duì)機(jī)體的Arg/NO信號(hào)通路造成嚴(yán)重?fù)p壞，損害機(jī)體[10]。由于外源性Arg的極限，其及毒副作用的不可避免性，因此，內(nèi)源性Arg的調(diào)節(jié)及其合成途徑受到更加廣泛的關(guān)注。

對(duì)于哺乳仔豬來說，腸道是Arg的主要合成場所，而Arg合成代謝過程中，所需的NAG會(huì)隨著時(shí)間增長而逐步降低，影響Arg的合成，而AAA是NAG的類似物，可以通過調(diào)節(jié)氨甲酰磷酸合成酶，促進(jìn)Arg合成，從而提高Arg含量[7]。對(duì)于斷奶仔豬來說，由于脫離母乳和環(huán)境改變等因素很容易引起斷奶仔豬應(yīng)激，此時(shí)腸道會(huì)產(chǎn)生皮質(zhì)醇，而過多的皮質(zhì)醇會(huì)促進(jìn)精氨酸酶的合成，從而使Arg被降解，而通過加入AAA可以降低應(yīng)激率，降低皮質(zhì)醇分泌，從而降低精氨酸酶合成，保護(hù)了Arg不被分解。Arg在體內(nèi)主要參與鳥氨酸循環(huán)（也稱尿素循環(huán)），在精氨酸水解酶的作用下分解為尿素和鳥氨酸，尿素進(jìn)入血液，而鳥氨酸在特異的鳥氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體系作用下由胞液進(jìn)入線粒體，在線粒體合成瓜氨酸，在轉(zhuǎn)運(yùn)載體作用下，瓜氨酸進(jìn)入胞液，在精氨酸代琥珀酸合成酶的作用下與天冬氨酸反應(yīng)生成精氨酸代琥珀酸，再經(jīng)精氨酸代琥珀酸裂解酶作用分解為精氨酸和延胡索酸，此反應(yīng)是在胞液中進(jìn)行的[11]。在鳥氨酸循環(huán)中，NAG是氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ（CPS-Ⅰ）代謝變構(gòu)啟動(dòng)劑，CPS-Ⅰ能催化機(jī)體合成氨基甲酰磷酸，在線粒體中鳥氨酸轉(zhuǎn)化為瓜氨酸過程中需要氨基甲酰磷酸（CP）?？芍琋AG是Arg代謝合成過程中內(nèi)源性必要的輔助因子[12]。AAA穩(wěn)定性強(qiáng)，不易被細(xì)胞內(nèi)氨基酸代謝酶或脫?；杆纸?，是NAG穩(wěn)定的類似物，可以參與鳥氨酸循環(huán)，啟動(dòng)CPS-Ⅰ，對(duì)內(nèi)源性Arg的合成起到了重要作用[13]。

3 精氨酸生素的合成方法

AAA又稱NCG，其最新合成方法是先將L-谷氮酸、甲醇、硫酸混合起來反應(yīng)，反應(yīng)后的混合液用三乙胺調(diào)節(jié)pH，得到L-γ-谷氨酸甲醋；然后將產(chǎn)物L(fēng)-γ-谷氨酸甲醋與甲醇和二硫化碳的混合，再往混合液中通NH3至飽和，密封，濃縮除氨后得γ-甲醋-L-谷氨酸-N-氨基酸鹽濃縮液；再加熱并加入乙酸，降壓除去二硫化碳，得到最終產(chǎn)物NCG粗品；最后用具有活性的炭先脫色、再重結(jié)晶得成品。AAA合成方法簡單，原料豐富，價(jià)格低。

4 精氨酸生素在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 精氨酸生素在仔豬飼養(yǎng)中的應(yīng)用

4.1.1 哺乳仔豬

對(duì)于哺乳仔豬來說，Arg是一種必需氨基酸[14]。由于哺乳仔豬自身生長、代謝迅速，對(duì)Arg的需要量較高，由于內(nèi)源性合成精氨酸及母乳供應(yīng)Arg不足，滿足不了仔豬需要量。缺乏Arg仔豬會(huì)出現(xiàn)生長緩慢，腸道發(fā)育緩慢，此時(shí)仔豬往往容易出現(xiàn)腹瀉狀況；同時(shí)也影響心血管、免疫、神經(jīng)系統(tǒng)等發(fā)育，此時(shí)仔豬往往由于抵抗力低，易生病，影響生產(chǎn)。Arg缺乏也阻礙了其他氨基酸的代謝，從而導(dǎo)致血氨濃度過高，仔豬往往會(huì)出現(xiàn)高氨，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)死亡。在鳥氨酸循環(huán)過程中，NAG是重要的輔助因子，在線粒體中促進(jìn)氨甲酰磷酸合成后與鳥氨酸結(jié)合生成瓜氨酸，但NAG受胞液中代謝酶的影響，外源的NAG很難從胞液進(jìn)入線粒體，影響Arg的生成。AAA是NAG的類似物，其性質(zhì)較穩(wěn)定，不受胞液中的氨基酸代謝酶的影響，能從胞液有效的進(jìn)入線粒體，啟動(dòng)內(nèi)源性Arg合成分泌，提高體內(nèi)Arg含量，對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)起到積極作用[15]。AAA能促進(jìn)哺乳仔豬的生長性能，促進(jìn)內(nèi)臟器官發(fā)育，提高血液精氨酸濃度。陳楠對(duì)7日齡的哺乳仔豬每日進(jìn)行NCG灌服，試驗(yàn)期14 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)灌服NCG 100和150mg·kg-1的仔豬相比對(duì)照組日增重顯著提高14.8%和20.1%（P＜0.05），仔豬體重顯著提高10.5%和14.6%（P＜0.05），臟器（心臟、肝臟、腎臟）指數(shù)也相應(yīng)提高[16]。Frank等對(duì)9日齡的哺乳仔豬進(jìn)行NCG 50 mg·kg-1灌喂2次·d-1，研究發(fā)現(xiàn)，到了17日齡，相比對(duì)照組，仔豬體重提高25%，血清精氨酸提高32%[17]。Wu等每日兩次對(duì)4日齡哺乳仔豬進(jìn)行NCG 50mg·kg-1灌喂2次·d-1，連續(xù)灌喂10 d，結(jié)果顯示，哺乳仔豬體重增加61%，血清Arg濃度增加68%[14]。

4.1.2 精氨酸生素在斷奶仔豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

斷奶仔豬由于脫離母乳，加上胃腸道消化系統(tǒng)發(fā)育不完善，易受到環(huán)境變化和周邊病原微生物等諸多因素的影響，且此時(shí)仔豬生理變化較快，對(duì)Arg需要量較高，對(duì)飼料營養(yǎng)成分和原料組成要求嚴(yán)格，動(dòng)物機(jī)體內(nèi)會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)Arg不足，進(jìn)而導(dǎo)致生長受阻，表現(xiàn)為亞健康狀態(tài)，此時(shí)，動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)斷奶綜合征，導(dǎo)致仔豬食欲不強(qiáng)、飼料利用率低、生長率低、免疫功能下降，出現(xiàn)腹瀉、水腫、僵豬甚至死亡等現(xiàn)象。在生產(chǎn)中，仔豬由于斷奶應(yīng)激，對(duì)腸道黏膜造成了一定的損害，添加Arg可有效的保護(hù)腸道黏膜免受損害，刺激腸道發(fā)育。研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加AAA，可以緩解斷奶給仔豬帶來的應(yīng)激反應(yīng)和腹瀉率，改善腸道環(huán)境，提高仔豬生長性能及免疫力[18]。吳信等在21日齡斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加AAA 0.08%，進(jìn)行7 d試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，AAA組的平均日增重和日采食量都顯著提高（P＜0.05），腹瀉率下降18.13%，腸道絨毛高度有提高的趨勢及其回腸上皮杯狀細(xì)胞數(shù)量也有增加趨勢[19]。AAA也可以促進(jìn)斷奶仔豬內(nèi)臟器官的發(fā)育，促進(jìn)仔豬健壯快速生長。彭瑛等在21日齡斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加AAA 0.09%，試驗(yàn)7 d，結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，AAA 0.09%組平均日采食量和日增重顯著提高（P＜0.05），血清尿素氮和堿性磷酸酶活性顯著降低（P＜0.05），肝臟、腎臟、脾臟和心臟重量都高于對(duì)照組[1]。周笑梨等研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加NCG 0.1%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NCG有助于提高斷奶環(huán)江香豬腸道內(nèi)容物中有益菌的數(shù)量，抑制有害菌繁殖，從而改善腸道微生物環(huán)境[20]。AAA也可提高動(dòng)物機(jī)體對(duì)自由基的抑制作用，降低自由基的含量，從而提高機(jī)體的抗氧化能力。高運(yùn)苓等在斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加AAA 0.08%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AAA可以降低血液丙二醛含量，提高斷奶仔豬的抗氧化功能，緩解斷奶引起的氧化應(yīng)激和腸道黏膜損傷[21]。

4.2 精氨酸生素在母豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

母豬妊娠階段對(duì)于繁殖母豬來說是一個(gè)非常重要的階段，其營養(yǎng)狀況對(duì)胎兒的存活率和生長發(fā)育影響較大。Arg對(duì)于妊娠母豬來說是一種重要的氨基酸，是機(jī)體重要的營養(yǎng)物質(zhì)，能為母體提供NO，而NO對(duì)母豬的心血管發(fā)育具有重要意義。NO是機(jī)體內(nèi)皮素的釋放因子，對(duì)母體血管有十分重要的調(diào)節(jié)作用，能夠促進(jìn)母體對(duì)胚胎營養(yǎng)的輸送。有研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠30～40 d，豬尿囊液中Arg濃度于與初期相比增加23倍[22]。而Arg能提高胎盤合成NO及多胺的含量，NO和多胺是胚胎形成、血管生成及胎兒健康發(fā)育的重要調(diào)控物[23]。對(duì)于泌乳母豬來說，在泌乳母豬飼糧中添加Arg 1%能提高血清中部分氨基酸濃度，改善泌乳母豬的新陳代謝和免疫機(jī)能，縮短母豬斷奶后的發(fā)情間隔[24]。劉星達(dá)等對(duì)母豬妊娠后期（第80天～分娩）在基礎(chǔ)日糧中添加AAA 0.04%、0.08%、0.12%，試驗(yàn)結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，日糧添加AAA 0.08%顯著提高窩活仔數(shù)及活仔初生窩重（P＜0.05），顯著提高血漿Arg及NO濃度（P＜0.05），也提高了催乳素含量，AAA有效促進(jìn)母豬內(nèi)源性Arg的合成，提高母豬繁殖性能[25]。AAA對(duì)母豬機(jī)體免疫體系也有重要作用。楊平在妊娠母豬第30～90 d飼喂NCG 0.1%，發(fā)現(xiàn)機(jī)體血清IgG、IgM抗體水平顯著升高（P＜0.05）[26]。江雪梅等研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠母豬日糧中添加NCG 0.1%，窩產(chǎn)仔數(shù)提高0.55頭，仔豬初生窩重提高1.39 kg，血漿亮氨酸、苯丙氨酸、瓜氨酸和脯氨酸濃度顯著提高（P＜0.05）[27]。

5 小結(jié)

Arg促進(jìn)了仔豬生長發(fā)育及機(jī)體蛋白質(zhì)的合成，增強(qiáng)免疫力，提高了母豬繁殖性能，在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于外源性Arg具有一定的頡頏作用，主要與賴氨酸、色氨酸及組氨酸發(fā)生頡頏，且其價(jià)格高，影響Arg全面推廣及使用，因此，通過研究內(nèi)源性調(diào)控對(duì)動(dòng)物機(jī)體內(nèi)Arg的合成具有重要意義。AAA作為NAG的類似物，穩(wěn)定性強(qiáng)，不受胞液中氨基酸代謝酶的影響，因此外源添加AAA可調(diào)節(jié)內(nèi)源性Arg的合成，提高機(jī)體內(nèi)Arg水平，對(duì)動(dòng)物體的健康生長具有重要意義，對(duì)養(yǎng)豬業(yè)的長期發(fā)展更具重要意義。AAA作為一種新型、綠色、高效的飼料添加劑，價(jià)格便宜，其效果優(yōu)于外源添加Arg，在豬生產(chǎn)中值得全面的推廣與使用。對(duì)于AAA在豬各個(gè)階段的使用量，在哺乳仔豬建議每日2次灌服50mg·kg-1；對(duì)于斷奶仔豬，建議添加量為0.08%；對(duì)于妊娠母豬，建議添加量0.1%。

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