賴氨酸的生物學(xué)功能及其在飼料中的應(yīng)用

李俊霖， 郭傳莊， 王松江， 王建彬， 隋松森

（諸城東曉生物科技有限公司，山東濰坊 262200）

1 賴氨酸的理化特性

賴氨酸（lysine），又名 2，6-二氨基乙酸，易溶于水，其存在形式有L-型和D-型兩種同分異構(gòu)體。因D-賴氨酸沒有生物活性，L-賴氨酸可以被生物體吸收利用（陳盼盼等，2017），所以目前市場需求較大的主要是L-賴氨酸，被廣泛應(yīng)用于食品加工、醫(yī)藥制劑、飼料添加劑等方面，其中被用于飼料添加劑的L-賴氨酸占總量的90%。L-賴氨酸常以鹽酸鹽和硫酸鹽的形式存在，呈白色或棕黃色粉末狀或顆粒狀。當(dāng)前，我國是L-賴氨酸第二大消費(fèi)市場，第一大L-賴氨酸生產(chǎn)國。

L-賴氨酸的生產(chǎn)方法有多種，有蛋白水解法、酶法、化學(xué)合成法、微生物發(fā)酵法等，其中微生物發(fā)酵是工業(yè)生產(chǎn)L-賴氨酸最主要的方法，其主要生產(chǎn)菌株為谷氨酸棒桿菌突變菌株 （趙德周，2017；李海英，2011）。利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)L-賴氨酸具有兩大獨(dú)特的優(yōu)勢：一是微生物代謝產(chǎn)生的賴氨酸全部為L-賴氨酸，這正是需要及廣泛應(yīng)用的類型；二是微生物發(fā)酵法具有反應(yīng)條件溫和、能源消耗少、提取分離方便、可實現(xiàn)清潔生產(chǎn)等優(yōu)點（楊永隨，2010）。

2 賴氨酸的生物學(xué)功能

賴氨酸被稱為生長性氨基酸，其最主要的生物學(xué)功能是參與合成機(jī)體蛋白，包括骨骼肌、多肽激素、血漿蛋白以及酶等多種關(guān)鍵蛋白質(zhì)。以血漿中白蛋白為例，膳食因素引起的血漿中必需氨基酸水平較低會抑制肝臟蛋白的基因轉(zhuǎn)錄，從而使血漿白蛋白的分?jǐn)?shù)合成率下降（Regmi等，2018）。田穎等（2019）通過試驗證實，膳食中缺乏賴氨酸會使大鼠血漿中賴氨酸水平偏低，進(jìn)而導(dǎo)致肝臟白蛋白的基因轉(zhuǎn)錄受抑制，造成血漿白蛋白的分?jǐn)?shù)合成率下降。另外，在禁食情況下，賴氨酸還是重要的能量來源之一，代謝能高達(dá)19.228 MJ/kg（Plumstead等，2007）。大量的研究表明，飼糧中添加適量的賴氨酸可以維持機(jī)體蛋白質(zhì)的穩(wěn)定，改善家禽及家畜的增重及酮體品質(zhì) （Dozier等，2008；Apple等，2004）。 而且，動物體內(nèi)具有免疫和防御功能的細(xì)胞因子和抗體大多以蛋白質(zhì)為主體。因此，賴氨酸與動物體的免疫功能密切相關(guān)。有報道表示，缺乏賴氨酸可能會造成動物單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)功能下降，特異性免疫反應(yīng)減弱（Calder等，2001）。 劉德超等（1994）以雞為例，發(fā)現(xiàn)飼糧中缺乏賴氨酸時，受禽分枝桿菌攻毒后結(jié)節(jié)指數(shù)比飼糧中賴氨酸充足的試驗組家禽雞高。

除此以外，賴氨酸還具有其他多種生物學(xué)功能。比如，賴氨酸在動物體內(nèi)可轉(zhuǎn)化生成肉堿，參與能量代謝，有利于膽固醇的降低。有研究表明，低賴氨酸的飼糧會導(dǎo)致大鼠出現(xiàn)脂肪肝、貧血、生長遲緩等癥狀。對于肉仔雞也有類似的試驗結(jié)論（斯日古楞，2004）。此外，賴氨酸對骨骼代謝也有重要影響，賴氨酸的缺乏會造成骨膠原蛋白的合成減少，進(jìn)而影響骨骼代謝（Hall等，1998）。有研究表明，L-賴氨酸對去卵巢的大鼠骨質(zhì)疏松模型的預(yù)防和治療具有顯著效果（高慶濤等，2006）。賴氨酸還對大腦等神經(jīng)系統(tǒng)的損傷有保護(hù)作用，姚煒等（2001）試驗結(jié)果顯示，賴氨酸可以減輕閉合性腦損傷大鼠的腦水腫病變，降低腦損傷大鼠的死亡率。另外，賴氨酸缺乏會使大腦杏仁核分泌5-羥色胺增加，并導(dǎo)致多巴胺、去甲腎上腺素等神經(jīng)遞質(zhì)分泌失調(diào)，進(jìn)而體現(xiàn)在情緒的調(diào)節(jié)方面。有報道稱，飼糧中賴氨酸缺乏會使大鼠在受電擊刺激時的焦慮程度明顯升高（Smriga等，2000）。

3 賴氨酸在飼料中的應(yīng)用

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，越來越多的人開始關(guān)注改善膳食營養(yǎng)、調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)，對優(yōu)質(zhì)健康肉質(zhì)品的需求日趨擴(kuò)大。因此，通過營養(yǎng)調(diào)控，研究飼糧配比是增強(qiáng)動物免疫力、減少抗生素使用、提高飼糧轉(zhuǎn)化率、改善肉用品質(zhì)的有效途徑，也是養(yǎng)殖業(yè)必然的發(fā)展趨勢。其中，賴氨酸作為飼糧中其他氨基酸添加量的參考指標(biāo)，一直是動物飼料營養(yǎng)的一個研究重點。

3.1 賴氨酸在魚類飼糧中的應(yīng)用 近年來，全球性海洋漁業(yè)資源因捕撈過度、環(huán)境污染的原因，捕獲量逐年銳減，與此同時，隨著人口的增加，需求量的增大，傳統(tǒng)的海洋和淡水捕撈已遠(yuǎn)不能滿足市場的需求。因此，開發(fā)魚類飼料，發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖引起人們的重視 （Adamidou等，2011）。Tantikitti和Chimsung等（2001）的研究表明，飼糧中添加賴氨酸可以提高試驗魚的攝食量。在對尖吻鱸和條紋石鮨等魚類的研究中發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加賴氨酸還可以提高試驗魚的增重率（周凡，2011）。Cheng等（2003）報道，飼糧中添加賴氨酸還能顯著降低試驗魚的總氨氮和磷的排泄量。此外，飼糧中添加賴氨酸還能提高試驗魚的非特異性和特異性免疫力，增強(qiáng)疾病抵抗力。趙春蓉等（2006）的研究顯示，日糧中添加賴氨酸可促進(jìn)幼建鯉腎和脾臟等免疫器官的生長。

3.2 賴氨酸在禽類飼糧中的應(yīng)用 由于家禽體內(nèi)沒有氨甲酰磷酸合成酶，不能獲得氨甲酰磷酸和鳥氨酸合成瓜氨酸，其所需精氨酸必須從體外獲得。對于家禽而言，精氨酸是必需氨基酸，參與機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞增殖、激素分泌等多項生命活動（Palencis等，2017；Sabry 等，2016）。 同時，賴氨酸是禽類的第二限制性氨基酸。賴氨酸的添加量直接影響著動物對于精氨酸的利用情況。精氨酸和賴氨酸之間存在著拮抗作用，當(dāng)飼糧中精氨酸的含量水平提高時，會引起賴氨酸的不足。董曉麗等（2019）研究表明，精氨酸和賴氨酸的比值為1.050～1.134時，肉雞體增重和飼料轉(zhuǎn)化率達(dá)到最佳，日增重比對照組提高2.67%，飼料轉(zhuǎn)化率比對照組降低4.6%。此外，周彥文等（2008）報道稱，賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸的配比對合浦鵝的生長性能、血液生化指標(biāo)、養(yǎng)分表觀代謝率以及肌肉品質(zhì)有著顯著影響。在其試驗條件下確定5～8周齡育成期合浦鵝飼糧中賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸的最適水平分別為0.88%、0.40%、0.44%。

不同的試驗對象，其飼糧的最適賴氨酸水平不同，同一試驗對象不同時期對飼糧中賴氨酸水平的需求也各不相同。例如，王一冰等（2019）報道稱，以黃羽雞為例，綜合考察日增重、料重比、酮體品質(zhì)、血清中尿酸、甘油三酯等含量以及氮代謝率等指標(biāo)，得出1～21日齡、22～42日齡、43～63日齡黃羽雞飼糧的最適賴氨酸水平分別為1.13%、1.00%和0.85%。甚至同一生長期的同一家禽，其性別也是影響賴氨酸需求量的一個因素。例如Corzo等（2006）發(fā)現(xiàn)，同一生長期的公雞比母雞的可消化賴氨酸需求量更大。但是，大量的研究報道可以確定的是，隨著飼糧中賴氨酸水平的不斷提高，試驗組禽類的日增重、平均日采食量、酮體品質(zhì)、氮代謝率、血清生化參數(shù)等多項指標(biāo)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且有最佳值。也就是說，飼糧中賴氨酸的水平顯著影響著禽類的生長性能以及能量代謝。

除了確定禽類養(yǎng)殖中飼糧的賴氨酸最適水平，有關(guān)賴氨酸調(diào)控肉雞生長發(fā)育、生理代謝以及免疫機(jī)能的分子機(jī)制也已有學(xué)者開始研究。張婷（2014）研究發(fā)現(xiàn)，賴氨酸對血清免疫球蛋白IgG有顯著影響。李燕蒙等（2019）表明，飼糧中賴氨酸缺乏或過量都可以導(dǎo)致肉雞生長性能的下降以及部分免疫器官的發(fā)育受阻，并可能通過調(diào)節(jié)脾臟中的多種細(xì)胞因子、抗菌肽CATH1和CATH3、趨化因子CXCL12及其受體CXCR4基因的表達(dá)來影響肉雞的免疫機(jī)能。

另外，飼糧的代謝能水平、粗蛋白質(zhì)水平以及氨基酸水平直接影響著動物排泄物的組成。如果飼糧配比不合理，排泄物中就會有未被消化的營養(yǎng)物，造成環(huán)境污染。楊桂芹等（2014）研究表明，飼糧代謝能（ME）和可消化賴氨酸水平（DLys）對肉仔雞排泄物的化學(xué)組成及主要臭氣化合物含量有直接影響。當(dāng)ME和DLys水平分別為12.55 MJ/kg和 0.80%（ME/DLys=1.549 MJ/g）或者 13.18 MJ/kg和 0.80%（ME/DLys=1.198 MJ/g）時，有利于減少肉仔雞排泄物中氮（N）、磷（P）、揮發(fā)性鹽基氮等主要臭氣化合物的含量。

3.3 賴氨酸在畜類飼糧中的應(yīng)用 在畜禽的養(yǎng)殖和生產(chǎn)中，賴氨酸是機(jī)體必需氨基酸之一（Lee等，2018）。已有研究表明，賴氨酸是豬飼料中的第一限制性氨基酸。飼糧中賴氨酸的水平影響畜類生長性能的試驗已有很多。賴氨酸在畜類養(yǎng)殖中添加功能與禽類的相類似，飼糧中適宜的賴氨酸水平顯著影響著畜類動物的生長性能、血清生化指標(biāo)以及免疫機(jī)能等。另外，賴氨酸是乳蛋白合成的必需氨基酸，同時也影響著乳糖的合成，進(jìn)而限制著奶牛的產(chǎn)奶量（Maxin 等，2011）。 陳璐（2018）研究表明，以奶牛乳腺上皮細(xì)胞（BMECs）為模型，賴氨酸對乳糖含量和乳糖合成基因葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白1（GLUT1）、己糖激酶Ⅰ（HKⅠ）和己糖激酶Ⅱ（HKⅡ）表達(dá)量的影響呈劑量依賴關(guān)系，當(dāng)細(xì)胞培養(yǎng)液中賴氨酸濃度為2.0～8.0 mmol/L時，促進(jìn)效果較好。為緩解我國飼用蛋白資源短缺及減少養(yǎng)豬業(yè)的氮排放，越來越多的學(xué)者開始研究低蛋白質(zhì)水平飼糧在肥育豬上的應(yīng)用。Zhou等（2018）研究表明，低蛋白質(zhì)水平飼糧中添加不同水平的賴氨酸可顯著影響斷奶仔豬的生產(chǎn)性能和腹瀉率。

4 展望

目前，養(yǎng)殖業(yè)中主要飼料原料玉米、小麥、大豆等農(nóng)作物中L-賴氨酸的含量很低，加之儲存、加工等過程中的損失，使得飼料中L-賴氨酸的含量普遍偏低，然而L-賴氨酸又是動物生長不可或缺的營養(yǎng)成分。因此，在飼料中添加L-賴氨酸是必不可少的。飼糧中L-賴氨酸的添加是其他氨基酸添加的參考基礎(chǔ)，添加量偏少或過多均會降低蛋白質(zhì)和氨基酸的表觀代謝率，影響其利用率，造成氮源的浪費(fèi)。適當(dāng)提高飼糧中的賴氨酸水平可以提高動物的采食量，但是過量會干擾其他氨基酸如組氨酸、精氨酸等在腸道內(nèi)的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)其他氨基酸的缺乏，還會造成飼糧成本的增加和浪費(fèi)。因此，研究飼料中L-賴氨酸的添加方式和科學(xué)配比，是提高飼糧轉(zhuǎn)化率、增強(qiáng)動物免疫力、促進(jìn)動物生長、降低養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)成本、實現(xiàn)綠色健康肉制品生產(chǎn)的有效途徑。

此外，隨著養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；图s化，動物排泄物的數(shù)量急劇增加，特別是一些排泄物含有大量的N、P以及揮發(fā)性有機(jī)化合物等，給人類的生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。而飼糧中的營養(yǎng)物質(zhì)水平直接影響著動物排泄物的組成。因此，在養(yǎng)殖過程中，選擇適宜的飼糧配比，提升養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量，對實現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的科學(xué)意義。