胍基乙酸對畜禽生產(chǎn)性能與肉品質(zhì)的調(diào)控作用研究進(jìn)展

李文娟，王彥蘆，王煒康，吳啟超，馮小和，崔朝陽，姜耀文，張振威，楊紅建

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京 100193）

胍基乙酸（Guanidino Acetic acid，GAA）又名胍乙酸或乙酸胍，化學(xué)名稱N-咪基甘氨酸，通常為白色或為微黃色結(jié)晶性粉末或片狀結(jié)晶。GAA 在1928 年首次被英國科學(xué)家Hunter[1]發(fā)現(xiàn)，隨后由Weber[2]在狗和人的尿液中分離獲得。GAA 作為一種天然的氨基酸衍生物，是肌酸直接前體物質(zhì)。肌酸通常來源于動物性蛋白（如魚粉等副產(chǎn)品），而植物性蛋白飼料本身缺乏肌酸，因此必須通過內(nèi)源性重新合成或者采食動物性蛋白來補充肌酸。近年來，動物性蛋白在飼料中的應(yīng)用呈逐步減少或被禁用趨勢，而飼料加工熱處理更容易造成肌酸損失，通過外源性添加方式來補充肌酸日漸引起重視[3]。有研究表明，直接向飼料中添加肌酸或者肌酸水合物雖然有一定效果，但因其在飼料加工過程中不穩(wěn)定，而提高添加量會大幅增加飼料成本[4]。與肌酸或者肌酸水合物相比，GAA 因其制備方法簡單、生產(chǎn)成本低且更穩(wěn)定等優(yōu)點而備受青睞[5]。GAA 作為氨基酸類似物在2009 年被歐盟批準(zhǔn)作為家禽飼料添加劑[6]。2014 年，我國批準(zhǔn)將GAA 列為一種新型飼料添加劑，允許在畜禽飼料中進(jìn)行使用（中華人民共和國農(nóng)業(yè)部公告第2167號）。美國食品藥品管理局于2016 年發(fā)布條例，允許將GAA 作為精氨酸替代物和肌酸前體物質(zhì)在肉用仔雞和火雞飼料中使用，并且明確了GAA 的安全性和有效性，為GAA 在養(yǎng)殖行業(yè)的應(yīng)用提供有力支持。本文綜述了近年來GAA 作為一種畜禽新型營養(yǎng)性飼料添加劑在能量代謝、生長性能、屠宰性能、肉品質(zhì)及繁殖性能等方面的研究進(jìn)展，為其在飼料中的科學(xué)應(yīng)用提供參考。

1 GAA 在機體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化及其對能量代謝肌酸生成的調(diào)節(jié)作用

在人和動物體內(nèi)，現(xiàn)已證明GAA 是由L-精氨酸和甘氨酸主要在腎臟和胰腺中L-精氨酸甘氨酸脒基轉(zhuǎn)移酶（L-arginine：Glycine Amidino Transferase，AGAT） 的作用下在合成（圖1），GAA 經(jīng)血液循環(huán)轉(zhuǎn)移至肝臟中后被轉(zhuǎn)化為S-腺苷蛋氨酸（S-adenosylhomocysteine，SAM），之后在N-二甲基轉(zhuǎn)移酶（N-methyltransferase，GAMT）催化作用下，通過甲基轉(zhuǎn)移生成S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosylhomocysteine，SAH）和肌酸[7]。SAH 生成量可以反饋調(diào)節(jié)GAMT 活性繼而影響肌酸在機體內(nèi)的生成量。肌酸經(jīng)血液循環(huán)通過細(xì)胞膜上特定的轉(zhuǎn)運體-SLC6A8 轉(zhuǎn)運到肌肉組織中，在肌酸激酶的作用伴隨下三磷酸腺苷（ATP）分解生成二磷酸腺苷（ADP），為機體供應(yīng)能量，將磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給肌酸，繼而可生成磷酸肌酸，實現(xiàn)能量儲存。相反，當(dāng)機體能量不足時，磷酸肌酸可以釋放能量而生成肌酸[8]。此外，動物機體內(nèi)每天約有1.7%的肌酸和磷酸肌酸自然分解成肌酐并從尿液排出[9]。

圖1 胍基乙酸的代謝過程

由此可見，GAA 可以調(diào)節(jié)肌酸的生成量繼而在能量代謝中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)，GAA 是合成肌酸的直接前體物質(zhì)，肌酸是新陳代謝中重要的暫時儲存能量的場所，肌酸和磷酸肌酸的轉(zhuǎn)化過程是一個供能過程[10]，因此，添加GAA 能為細(xì)胞的能量代謝提供關(guān)鍵物質(zhì)[11]，并改善肌肉、腦組織中的能量需求[12]。

2 GAA 在豬、雞等單胃動物日糧中的飼用功效

2.1 日糧添加GAA 在調(diào)節(jié)機體肌酸和磷酸肌酸水平中的作用 Murakami 等[11]在肉用種鵪鶉日糧添加0.06%～0.24% 不同劑量GAA，發(fā)現(xiàn)鵪鶉蛋中GAA 呈線性升高，并可以提高孵化后仔鵪鶉肌肉GAA 含量，繼而表明添加GAA 可以提高繁殖性能與鵪鶉后代肌肉中肌酸含量。He 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在1～42 日齡肉仔雞日糧中添加0.06%～0.12% 4 個不同劑量GAA 可提高肉雞日增重與飼料效率(G:F)，并可線性提高血漿和腎臟中肌酸含量，而肝臟中GAA 與肌酸含量則出現(xiàn)下降。此外，Zhang 等[14]通過在夏季熱應(yīng)激條件下給28 日齡肉雞添加0%、0.06%和0.12% GAA，連續(xù)飼喂14 d，發(fā)現(xiàn)0.12%劑量組肝臟中SAH 含量與GAMT 活性增加，肌肉中肌酸轉(zhuǎn)運體mRNA 的表達(dá)增加，肉仔雞肌肉中肌酸和磷酸肌酸的含量提高，改善了由運輸造成的能量消耗。上述研究表明，在鵪鶉以及正常或者熱應(yīng)激條件下的不同日齡肉雞的日糧中添加0.06%～0.12% GAA 可以提高機體肌酸與磷酸肌酸含量，繼而改善能量代謝水平。

2.2 GAA 對豬、雞生長性能的影響 日糧中添加GAA 對豬、雞等單胃動物的促生長作用首先與GAA 參與機體組織蛋白質(zhì)合成代謝直接相關(guān)。通過日糧補充GAA 可以減少精氨酸和甘氨酸在機體內(nèi)的分解，促進(jìn)這些氨基酸更有效參與機體蛋白合成，繼而表現(xiàn)出促生長作用[15]。其次還可能與GAA 本身的生理調(diào)節(jié)功能有關(guān)，如GAA 可以刺激類胰島素生長因子IGF-1 的分泌，從而改善生長性能[16]。此外，日糧添加GAA 還可以促進(jìn)γ-氨基丁酸的分泌，從而促進(jìn)下丘腦分泌促生長激素釋放激素，并進(jìn)一步促進(jìn)腺垂體分泌生長激素[17]，促進(jìn)動物的生長。

2.2.1 GAA 對豬生長性能的影響 GAA 作為新型飼料添加劑，在哺乳仔豬、保育豬、生長豬和肥育豬的研究報道中出現(xiàn)較多。Mendon?a 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠母豬日糧中添加0.1% GAA 對母豬及仔豬的生長性能沒顯著影響。而Jayaraman 等[19]研究表明，0.12% GAA 可以提高斷奶仔豬的日增重和G:F，在屠宰前60 d 日糧中添加0.12%GAA 可以提高育肥豬出欄體重。李潔蕾等[20]研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加0.06% GAA 對保育豬的采食量無顯著影響，但可提高其平均日增重和G:F。He 等[21]在180 頭初始體重為53 kg 育肥豬前期日糧中分別添加0%、0.015%、0.03%、0.06%、0.12% GAA 可線性提高G:F，且0.03%GAA 劑量組飼料轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最大（0.35）。趙元等[22]在初始體重70 kg 育肥豬后期日糧添加0%～0.15% 4 個不同劑量GAA，發(fā)現(xiàn)育肥豬出欄體重、日增重及G:F 顯著增加。Li 等[23]研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加0.1% GAA 與添加0.8%一水肌酸均具有提高育肥豬平均日增重的效果，且GAA 效果更明顯，GAA 還可提高育肥豬采食量。上述研究結(jié)果表明，日糧添加GAA 對豬采食量影響不大，但對日增重和G:F 具有明顯改善作用；GAA 作用效果在妊娠母豬和哺乳豬日糧中效果不明顯，但當(dāng)添加GAA在0.05%～0.15%時，斷奶、保育和生長育肥豬作用效果更明顯。這些結(jié)果提示添加適宜劑量GAA 在促生長與改善G:F 方面具有明顯的促進(jìn)作用。

2.2.2 GAA 對家禽生長性能的影響 家禽生長速度快，生長周期短，對日糧中能量要求更高，近年來有關(guān)GAA 在肉雞上飼用效果研究報道較多。有研究表明，在雄性愛拔益加肉仔雞全期日糧中添加高劑量GAA（0.06%）時，可不需要額外添加蛋氨酸（Met），并發(fā)現(xiàn)在后期（22～42 日齡）日糧添加GAA 可以強化Met 飼用價值，并表現(xiàn)出更高的促生長作用[24]。?enesiz 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)日糧能量水平較低時會導(dǎo)致雄性Rose 肉雞體重和G:F 降低，而補充0.06% GAA 則能顯著增加體重和G:F。Majdeddin 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在25～42 d 雄性Rose308 肉仔雞日糧中添加0.06% GAA能獲得最大的平均日增重和G:F，但在日糧Met 含量過低或過高時，添加高劑量GAA（0.12%）則會對肉雞的生長性能產(chǎn)生負(fù)面影響。而Tossenberger 等[3]研究表明，添加 0%、0.06% 和0.6%GAA 對肉雞日增重?zé)o顯著影響，但在0.6% GAA 時可以提高G:F。DeGroot 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加精氨酸（0%、0.16%）可以增加15 d 及22 d 肉雞的體重，而添加GAA（0%、0.06%、0.12%）則有利于提高體增重，添加精氨酸或GAA 均能提高G:F。李子平等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在熱應(yīng)激狀態(tài)下，當(dāng)添加0.05%GAA 正常蛋白水平時肉雞日增重和G:F最高。日糧中GAA 添加劑量為0.06%～0.12%對肉雞具有明顯促進(jìn)作用，該劑量范圍與歐盟規(guī)定肉雞的GAA推薦添加量基本一致[29]。

2.3 GAA 對豬、雞等屠宰性能的影響 一般來說，畜禽的胴體重、屠宰率等屠宰性能與生長性能高度相關(guān)。He 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在育肥豬日糧中添加不同劑量GAA（0.03%、0.06%、0.09%和0.12%）有增加胴體重、胴體長度及瘦肉率的趨勢；趙元等[22]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加0%～0.15% 4 個劑量GAA 時，育肥豬屠宰后胴體重、屠宰率、瘦肉率和眼肌面積顯著提高，而背膘厚顯著降低了13.7%。Jayaraman 等[19]認(rèn)為育肥豬屠宰前25 d 日糧中添加0.12% GAA 可以提高瘦肉率，顯著降低背膘厚。日糧添加GAA 在肉雞上的報道較多，但結(jié)論不太一致。Metwally 等[30]報道在肉雞中添加GAA可能會增加胴體產(chǎn)量。Majdeddin 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，添加0%、0.06%、0.12%GAA 對Rose308 公雞在第10 天及25 天屠宰時的胴體特征無顯著影響。Fosoul 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加GAA 具有保護(hù)精氨酸的作用，且在0.18% GAA 對胴體參數(shù)有顯著影響。研究顯示，日糧添加0.025%、0.05% 和0.1% GAA 可使肉鴨腿肌率分別顯著提高0.56%、5.59%和2.61%[32]。綜上所述，日糧添加GAA 可不同程度改善豬和肉雞的屠宰性能。

2.4 GAA 對畜禽肉品質(zhì)的影響 畜禽肉品質(zhì)性狀是廣大消費者關(guān)心的重要經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)。研究表明日糧添加GAA 可以提高豬、雞等肌肉pH、剪切力，并減少滴水損失[22-23]。這可能是由于日糧中添加GAA 后肌酸/磷酸肌酸系統(tǒng)可以為宰后肌肉提供ATP，起到能量緩沖的作用，降低肌肉中乳酸及H+的生成，從而延緩pH 的下降。Zhang 等[14]研究表明，日糧添加一水肌酸和GAA 提高了育肥豬肌原纖維蛋白溶解度和calpain 1 mRNA 表達(dá)水平，降低了滴水損失和剪切力值。趙元等[22]研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加GAA 可使背最長肌、半腱肌中粗脂肪含量分別下降20.5%、16.0%，繼而提高瘦肉率。但Jayaraman 等[19]發(fā)現(xiàn)，在屠宰前60 d 育肥豬日糧中添加0.12% GAA 對肥育豬肉品質(zhì)無顯著影響。筆者認(rèn)為這可能與GAA 促進(jìn)脂肪分解或抑制脂肪合成代謝有關(guān)。在肉雞上，Tossenberger 等[3]飼喂含GAA（0%、0.06%和0.6%）日糧35 d 后，發(fā)現(xiàn)肉雞胸肌的肌酸含量顯著升高，從肌酸和磷酸肌酸供能的角度也能說明GAA可改善雞肉品質(zhì)。而Córdova-Noboa 等[33]在1 280 只1～55 日齡Rose708 肉雞日糧中添加0.06% GAA，未發(fā)現(xiàn)GAA 對肉雞的肉品質(zhì)性狀參數(shù)產(chǎn)生顯著影響，可能與雞的日齡有關(guān)。綜上所述，日糧中添加GAA 可不同程度改善pH、剪切力、滴水損失等肉品質(zhì)性狀，減少脂肪的沉積，繼而提高瘦肉率。

2.5 GAA 對繁殖性能及死淘率的影響 繁殖性能和死淘率與畜禽養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益直接相關(guān)，也是廣大養(yǎng)殖從業(yè)者比較關(guān)注的產(chǎn)業(yè)問題。張俊玲等[34]在妊娠后期和哺乳期母豬日糧中添加0.06% GAA，發(fā)現(xiàn)添加GAA 組初生仔豬弱仔率降低，斷奶仔豬的成活率提高4.09%，而對窩產(chǎn)仔數(shù)無明顯作用，可能是哺乳期仔豬從母乳中獲得肌酸，為自身提供能量，其次，由于添加GAA 而節(jié)約的精氨酸也由母乳供給仔豬，為仔豬生長提供蛋白合成的原料，從而提高后代的性能。Majdeddin 等[26]研究結(jié)果表明，日糧添加0.06% GAA 組肉仔雞死淘率為1.7%，較不添加GAA 組降低約60%。Tapeh 等[35]對20 只29 周齡的公雞飼喂不同濃度的GAA 日糧（0%、0.06%、0.12% 和0.18%），發(fā)現(xiàn)日糧中添加0.12%GAA 時，公雞精液的濃度、精子總數(shù)及精子的直線運動能力顯著升高，說明日糧添加GAA 可以提高精液品質(zhì)。Sharideh 等[36]研究了GAA 和L-精氨酸對肉雞孵化率及精子穿透能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，日糧添加GAA 對于提高繁殖性能有顯著的影響。此外，Murakami 等[11]報道日糧中添加GAA 可提高肉種鵪鶉種蛋率、孵化率、降低胚胎死亡率，顯著提高后代日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率。這與禽類特殊的生理環(huán)境相關(guān)，胚胎在孵化過程中完全依靠ATP 提供能量。GAA 對單胃動物繁殖性能和死淘率的影響一方面是添加后GAA 可以供能，另一方面是由于GAA 能影響精子的成活和活力，這也為養(yǎng)殖者在對于繁殖畜禽的飼養(yǎng)提供參考。

3 GAA 在反芻動物日糧中的飼用功效

與GAA 在豬、雞單胃動物上的研究相比，GAA在反芻動物上的研究較少，可能原因是2014 年GAA被申請了豬、雞飼料添加劑的專利，而專利的保護(hù)期為5 年。在反芻動物上，晁雅琳等[37]在120 只舍飼灘羊（體重20 kg 左右）日糧中分別添加0.04%、0.08% 和0.12% GAA，發(fā)現(xiàn)添加0.08%和0.12% GAA 能夠顯著提高平均日增重、肌肉中糖原、肌內(nèi)脂肪和蛋白質(zhì)含量及G:F，胴體脂肪含量顯著降低，且添加0.08% GAA凈肉率提高9.73%。劉博等[38]在48 只健康舍飼灘羊（體重22 kg 左右）飼糧中同時添加0.10%氮氨甲酰谷氨酸與0.08% GAA 時，發(fā)現(xiàn)灘羊平均日增重提高6.68%，飼料轉(zhuǎn)化效率也由5.82 改善到5.13，胴體重、屠宰率、瘦肉率、肌內(nèi)脂肪和大理石花紋評分顯著提高。此外，辛均平等[39]通過體外產(chǎn)氣法研究添加不同水平GAA對錦江黃牛瘤胃參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著GAA 添加量的提高，產(chǎn)氣量和MCP 顯著提高（0.4% 組最高），氨態(tài)氮濃度先增加后減少，推測日糧中添加GAA 可以改善錦江黃牛的瘤胃內(nèi)環(huán)境與發(fā)酵模式。上述研究表明，GAA 對于反芻動物的影響主要表現(xiàn)在提高日增重、G:F及肌內(nèi)脂肪，并且可能改善瘤胃內(nèi)環(huán)境及發(fā)酵模式。而GAA 隨日糧進(jìn)入瘤胃中是否會被瘤胃微生物分解，是否會經(jīng)瘤胃壁或小腸黏膜上皮吸收進(jìn)入機體血液循環(huán)目前的研究報道尚無法定論。

4 小 結(jié)

作為一種新型飼料添加劑，GAA 可以提高豬、雞等肌肉中肌酸水平，參與能量代謝調(diào)節(jié)，并與限制性氨基酸Met 協(xié)同促進(jìn)機體組織氨基酸合成代謝，表現(xiàn)出促生長與改善飼料轉(zhuǎn)化效率作用，減少脂肪合成，提高瘦肉率與嫩度，并對改善精液品質(zhì)具有促進(jìn)作用。相比而言，GAA 在牛、羊等反芻動物上的飼用功效與作用機理研究仍十分滯后，如GAA 在瘤胃內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化特性、代謝產(chǎn)物以及GAA 代謝與脂肪沉積的關(guān)系等有待于今后進(jìn)一步開展深入研究，以期為GAA 在畜禽養(yǎng)殖實踐中提供科學(xué)依據(jù)與應(yīng)用指導(dǎo)。