劉漢鎖 樸香淑* 馬 紅 賀平麗 劉 利
(1.中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院,動物營養(yǎng)學國家重點實驗室,北京100193;2.天津中升飼料有限公司,天津300380)
仔豬早期斷奶技術(shù)是近年來規(guī)?;i養(yǎng)殖過程中的重要環(huán)節(jié),該技術(shù)能縮短母豬哺乳時間,充分發(fā)揮母豬繁殖性能并且能最大化利用豬舍空間[1]。然而,早期斷奶技術(shù)會造成一系列的仔豬應激反應,使體內(nèi)自由基增多,進而導致仔豬氧化損傷,自主免疫功能降低。斷奶仔豬的免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育完全,抗病力較弱,許多飼養(yǎng)管理、環(huán)境因素及飼糧組成等均能導致仔豬腹瀉,增重減緩,甚至大量死亡[2-3]。由此可見,心理、營養(yǎng)和環(huán)境等應激均可能造成畜禽腸道黏膜受損,胃腸酶活性降低,進而會以腹瀉形式排出腸內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)。實際生產(chǎn)過程中,主要通過添加抗生素或高劑量氧化鋅抑制仔豬腹瀉,促進仔豬生長,提高飼料報酬,進而緩解早期斷奶導致的仔豬應激反應[4]。然而,高劑量氧化鋅長期使用會引起畜禽糞便重金屬污染,從而污染環(huán)境。2017年,我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部2625號公告下調(diào)仔豬飼糧中鋅的含量,規(guī)定仔豬飼糧中使用氧化鋅或堿式氯化鋅不超過1 600 mg/kg(以鋅元素計)[5]。在替抗限鋅的畜牧業(yè)發(fā)展背景下,開發(fā)可替代抗生素的產(chǎn)品及高效氧化鋅對促進飼料工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展、確保畜產(chǎn)品安全具有積極作用。
近年來,通過對氧化鋅進行分子結(jié)構(gòu)或活性的改變以提高其利用效率成為緩解斷奶仔豬腹瀉的研究熱點。納米氧化鋅是經(jīng)化學反應獲得的納米量級(1~100 nm)新型鋅源,其表面原子數(shù)增多,且因原子配位不足及高的表面能,使其表面原子具有高的活性,加之通過恒溫碳化技術(shù)、多次置換技術(shù)以及低溫烘焙技術(shù)使其具備主成分含量高、重金屬含量低、顆粒均勻度好、納米化程度高和納米顆?;钚愿叩忍攸c,因此性能及活性方面優(yōu)于普通氧化鋅[6]。此外,鈍化氧化鋅通過煅燒工藝及鈍化工藝,將氧化鋅去靜電處理,以消除靜電團聚,使其流散性能更佳。與普通氧化鋅相比,鈍化氧化鋅通過去極性修飾及鈍化修飾等工藝技術(shù)使其在酸性環(huán)境中成膜狀態(tài),以減少其在胃部的損耗,因此過胃性能好,腸道釋放較為完整,有效含量高。
因此,本試驗選用納米氧化鋅和鈍化氧化鋅與普通氧化鋅進行比較,探討不同形式的氧化鋅(普通氧化鋅、鈍化氧化鋅和納米氧化鋅)對斷奶仔豬生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)消化率、腹瀉率、血清抗氧化能力以及腸道健康等方面的影響,為不同形式氧化鋅在仔豬生產(chǎn)上的應用提供依據(jù)。
試驗以普通氧化鋅(鋅含量≥75.0%)、納米氧化鋅(鋅含量≥70.7%,比表面積為32 m2/g)和鈍化氧化鋅(鋅含量≥76.0%,比表面積為12.98 m2/g)為材料。
本試驗采用完全隨機區(qū)組設計,將144頭健康三元(杜×長×大)雜交斷奶仔豬[(6.42±0.51) kg]分為3個組,每組6個重復,每個重復8頭豬。試驗期28 d,分為前期(第1~14天)和后期(第15~28天)2個階段。各組分別為:普通氧化鋅組(在前期基礎(chǔ)飼糧中添加1 600 mg/kg普通氧化鋅,后期添加110 mg/kg,以鋅元素計);鈍化氧化鋅組(在前期基礎(chǔ)飼糧中添加1 600 mg/kg鈍化氧化鋅,后期添加110 mg/kg,以鋅元素計);納米氧化鋅組(在前期基礎(chǔ)飼糧中添加1 600 mg/kg納米氧化鋅,后期添加110 mg/kg,以鋅元素計)。基礎(chǔ)飼糧為玉米-豆粕型,參照NRC(2012)配制,其組成及營養(yǎng)水平見表1。
表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平(風干基礎(chǔ))
續(xù)表1項目 Items第1~14天 Days 1 to 14第15~28天 Days 15 to 28三氧化二鉻 Cr2O30.250.25預混料 Premix1)0.500.50合計 Total100.00100.00營養(yǎng)水平 Nutrient levels2)消化能 DE/(MJ/kg)14.4114.07粗蛋白質(zhì) CP17.1316.62鈣 Ca0.800.70總磷 TP0.650.60標準回腸可消化賴氨酸 SID lysine1.351.23標準回腸可消化蛋氨酸 SID methionine0.420.37標準回腸可消化蘇氨酸 SID threonine0.790.73標準回腸可消化色氨酸 SID tryptophan0.220.20
本試驗在中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料工業(yè)中心動物試驗基地展開。試驗采用全封閉式豬舍,試驗期室內(nèi)溫度為24~26 ℃,相對濕度為60%~70%。試驗仔豬分欄飼養(yǎng)于1.5 m×1.5 m的漏縫式地板圈內(nèi),粉料飼喂,自由飲水和采食,按常規(guī)管理程序進行驅(qū)蟲和免疫。試驗全程按照中國農(nóng)業(yè)大學動物福利的相關(guān)標準執(zhí)行。
1.4.1 生長性能
在試驗第1、14和28天時,對各重復仔豬分別稱量個體重并記錄數(shù)據(jù),稱重前12 h停止投喂飼糧。計算平均日增重(average daily gain,ADG)、平均日采食量(average daily feed intake,ADFI)和料重比(feed to gain ratio,F(xiàn)/G)。
1.4.2 腹瀉率
試驗期每天09:00和16:00逐頭檢查仔豬腹瀉情況,觀察欄內(nèi)稀糞是否存在及仔豬肛門紅腫情況。糞便黏稠度評分等級為:1,固體堅硬糞便;2,略微松軟糞便;3,軟便、部分成形;4,半液體狀糞便;5,糞水分離、水樣、不成形[7]。連續(xù)2 d,糞便評級為4或5則被定義為腹瀉。按如下公式計算腹瀉率:
腹瀉率(%)=100×仔豬腹瀉頭次總和/
(仔豬頭數(shù)×試驗天數(shù))。
1.4.3 營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率
試驗開始之前,每個組取約500 g飼糧樣品,用于測定飼糧中各營養(yǎng)物質(zhì)含量。在試驗每個階段最后3 d收集糞便,以測定營養(yǎng)物質(zhì)的表觀消化率。為確保取樣不被污染,收糞前,清理漏縫地板上的殘余糞便。每重復采集糞量約200 g,將收集到的糞樣混勻放入無菌自封袋內(nèi),-20 ℃保存。所有糞便樣本取樣結(jié)束后,于65 ℃烘箱中干燥72 h,回潮24 h,粉碎過40目篩。
飼糧和糞樣中干物質(zhì)(DM)、粗灰分(Ash)和粗蛋白質(zhì)(CP)含量分別按照GB/T 6435—2014、GB/T 6438—2007和GB/T 6432—1994方法測定[8-10];飼糧和糞樣中鈣(Ca)和總磷(TP)含量分別按照GB/T 6436—2002和GB/T 6437—2002方法測定[11-12];飼糧和糞樣中總能(GE)采用氧彈式熱量計(6300型,Parr公司,美國)進行測定;飼糧和糞樣中鉻元素含量采用原子吸收光譜儀(Hitachi Z-5000,日本)進行測定[13]。按照如下公式計算各營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率:
某營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率(%)=100-100×
(飼糧中鉻元素含量/糞樣中鉻元素含量)×
(糞樣中該營養(yǎng)物質(zhì)含量/飼糧中
該營養(yǎng)物質(zhì)含量)。
1.4.4 血清抗氧化能力
試驗第14天和第28天分別從每重復中選1頭生長狀況良好的仔豬進行頸靜脈采血5 mL,靜置后3 000 r/min離心15 min,吸取上層液血清至1 mL離心管中,-20 ℃保存待測。樣品由北京萊博特瑞生物技術(shù)有限公司檢測抗氧化指標,包括血清超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性、丙二醛(MDA)含量以及總抗氧化能力(T-AOC),所用試劑盒購自南京建成生物工程研究所,依照試劑盒說明書進行操作。
1.4.5 腸道形態(tài)
試驗第28天,每個組挑選4個重復,每個重復隨機選取1頭豬屠宰取十二指腸、空腸和回腸片段并貯存于10%甲醛溶液中固定、脫水、透明和石蠟包埋后進行切片,蘇木精-伊紅染色后晾干制片。使用真彩圖像分析軟件采集切片圖像,在每個切片上選取至少10個典型視野(絨毛清晰完整),測量絨毛高度和隱窩深度[14],并計算絨毛高度/隱窩深度(V/C)值。
1.4.6 緊密連接蛋白表達
空腸黏膜樣品中所含的總蛋白按照ProteoJETTM總蛋白提取試劑盒(Fermentas,Hanover,MD)所述方法提取,使用二喹啉甲酸(BCA)蛋白測定試劑盒(Applygen Technologies, Rockford,IL)測定蛋白濃度,等數(shù)量的蛋白質(zhì)提取物在10%的十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)上進行分離,并轉(zhuǎn)移到聚偏二氟乙烯膜(Bio-Rad Laboratories,Hercules,CA)上;室溫下用5%脫脂牛奶溶液封膜2 h,然后用稀釋的閉鎖小帶蛋白-1(ZO-1)、封閉蛋白(occludin)(Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA)抗體孵育,再與辣根過氧化物酶結(jié)合的二抗孵育后,信號通過奧德賽紅外成像系統(tǒng)(LI-COR Biosciences,Lincoln,NE)顯示。使用Quantity One軟件(BioRad Laboratories,Hercules,CA)進行印跡分析,隨后計算ZO-1、occludin和閉合蛋白(claudin)-1的帶強比值。
1.4.7 血清、肝臟和消化道食糜中鋅含量
將于-80 ℃保存的肝臟組織、胃、盲腸及結(jié)腸食糜置于4 ℃解凍,隨后放入凍干機中凍干,室溫下回潮24 h,制成風干樣,裝入密封袋保存待測。食糜和肝臟中鋅元素含量按照GB/T 13885—2003方法,使用原子吸收光譜儀(Hitachi Z-5000,日本)測定[15]。
試驗數(shù)據(jù)采用SAS 9.2統(tǒng)計軟件中的GLM以ANOVA方法進行分析,腹瀉率用卡方檢驗統(tǒng)計,以重復為統(tǒng)計單位。若組間差異顯著,采用Duncan氏法進行多重比較。結(jié)果用最小二乘法的平均值和均值標準誤表示,P≤0.05為差異顯著,0.05
不同形式氧化鋅對斷奶仔豬生長性能和腹瀉率的影響見表2。試驗前期(第1~14天),與普通氧化鋅組相比,鈍化氧化鋅組斷奶仔豬第14天體重和ADG顯著提高(P<0.05),F(xiàn)/G顯著降低(P<0.05);鈍化氧化鋅組和納米氧化鋅組腹瀉率顯著降低(P<0.05);各組ADFI無顯著差異(P>0.05)。試驗后期(第15~28天),各組斷奶仔豬ADG、ADFI、F/G及腹瀉率均無顯著差異(P>0.05)。試驗全期(第1~28天),與普通氧化鋅組相比,鈍化氧化鋅組和納米氧化鋅組斷奶仔豬腹瀉率顯著降低(P<0.05),但ADG、ADFI和F/G均無顯著差異(P>0.05)。
不同形式氧化鋅對斷奶仔豬營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響見表3。試驗前期,各組斷奶仔豬營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率均無顯著差異(P>0.05);試驗后期,與普通氧化鋅組相比,鈍化氧化鋅組斷奶仔豬有機物和粗蛋白質(zhì)表觀消化率顯著提高(P<0.05),鈍化氧化鋅組和納米氧化鋅組干物質(zhì)、總能、鈣和磷表觀消化率顯著提高(P<0.05)。
不同形式氧化鋅對斷奶仔豬血清抗氧化能力的影響見表4。試驗前期,各組斷奶仔豬血清GSH-Px和SOD活性、T-AOC以及MDA含量均無顯著差異(P>0.05);試驗后期,與普通氧化鋅組相比,納米氧化鋅組斷奶仔豬血清MDA含量顯著提高(P<0.05),各組血清SOD和GSH-Px活性以及T-AOC均無顯著差異(P>0.05)。
表2 不同形式氧化鋅對斷奶仔豬生長性能和腹瀉率的影響
表3 不同形式氧化鋅對斷奶仔豬營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響
表4 不同形式氧化鋅對斷奶仔豬血清抗氧化能力的影響
不同形式氧化鋅對斷奶仔豬血清、肝臟和消化道食糜中鋅含量的影響見表5。與普通氧化鋅組相比,鈍化氧化鋅組和納米氧化鋅組斷奶仔豬肝臟和胃食糜中鋅含量顯著提高(P<0.05),血清以及盲腸和結(jié)腸食糜中鋅含量無顯著差異(P>0.05)。
表5 不同形式氧化鋅對斷奶仔豬血清、肝臟和消化道食糜中鋅含量的影響
不同形式氧化鋅對斷奶仔豬腸道形態(tài)的影響見表6。與普通氧化鋅組相比,鈍化氧化鋅組斷奶仔豬十二指腸V/C值有降低趨勢(P=0.09);各組斷奶仔豬空腸和回腸絨毛高度、隱窩深度和V/C值均無顯著差異(P>0.05)。
不同形式氧化鋅對斷奶仔豬空腸緊密連接蛋白表達的影響見表7。與普通氧化鋅組相比,納米氧化鋅組斷奶仔豬空腸occludin表達量顯著提高(P<0.05);同時,納米氧化鋅組空腸ZO-1(P=0.08)和claudin-1(P=0.07)表達量有升高的趨勢。
在集約化生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中,氧化鋅主要在斷奶仔豬飼糧中被廣泛應用。氧化鋅可緩減仔豬斷奶期前14 d的斷奶應激、采食量下降、消化不良及免疫力較低等,但長期使用氧化鋅會使土壤金屬污染、鋅源浪費并損害動物健康,進而危害食品綠色安全。因此,積極開發(fā)能夠節(jié)省鋅源、減少污染危害且能促進動物健康生長的新型氧化鋅產(chǎn)品勢在必行。生長性能是豬生產(chǎn)過程中反映豬健康狀態(tài)的重要指標,研究表明,氧化鋅能夠提高斷奶仔豬ADG[16]。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),與普通氧化鋅相比,飼糧添加鈍化氧化鋅可顯著提高斷奶仔豬試驗前期ADG。一個原因可能是斷奶仔豬采食飼糧后,由于鈍化作用致使鈍化氧化鋅進入胃之后減少了胃酸對氧化鋅的破壞,這提高了其耐酸性,使得其與普通氧化鋅相比到達腸道的有效成分較多[17];另外一個原因是因為仔豬生長性能與采食量有直接的關(guān)系,鋅作為唾液蛋白酶的組成成分,能夠影響口腔上皮結(jié)構(gòu)和代謝功能,進而影響采食量和ADG[18]。
表6 不同形式氧化鋅對斷奶仔豬腸道形態(tài)的影響
表7 不同形式氧化鋅對斷奶仔豬空腸緊密連接蛋白表達的影響
早期斷奶仔豬消化系統(tǒng)和免疫器官發(fā)育不完善,營養(yǎng)物質(zhì)在消化道內(nèi)無法被充分吸收利用,這使得其易被病原菌侵害,抵抗力較差。此外,環(huán)境變化及斷奶應激等會導致仔豬生長滯緩、食欲下降、腹瀉加劇及體重驟減,甚至死亡[19]。腹瀉是豬生產(chǎn)過程中經(jīng)濟損失的重要原因之一,飼糧中添加抗生素或氧化鋅來緩解仔豬腹瀉已成為行業(yè)的共識,其可改善仔豬生長性能,降低經(jīng)濟損失。然而,普通氧化鋅較低的吸收率及糞便中高排出量的危害日益顯著[20]。研究表明,低水平的納米氧化鋅(800 mg/kg)可能潛在的替代藥理水平的氧化鋅(3 000 mg/kg),以提高生長性能和降低腹瀉率[21]。本試驗結(jié)果表明,與普通氧化鋅相比,飼糧添加1 600 mg/kg鈍化氧化鋅和納米氧化鋅可顯著降低斷奶仔豬腹瀉率,降低腹瀉程度強于普通氧化鋅。鈍化氧化鋅與普通氧化鋅的抗腹瀉機制區(qū)別在于前者經(jīng)過鈍化工藝防止氧化鋅在胃內(nèi)酸化為鋅離子,耐酸性增強,使氧化鋅有效進入腸道后釋放產(chǎn)生的表面活性成分較普通氧化鋅更多。胡彩虹等[22]研究表明,在飼糧中添加含0.3 g/kg鋅的納米氧化鋅可提高斷奶仔豬ADG,并降低早期斷奶仔豬(5.7 kg)的腹瀉率,表現(xiàn)出與含3.0 g/kg鋅的普通氧化鋅類似的效果。Sun等[23]研究表明,含有0.4~0.6 g/kg鋅的納米氧化鋅能夠顯著提高斷奶仔豬ADG和降低腹瀉率。納米氧化鋅降低腹瀉優(yōu)于普通氧化鋅的原因是其有高活性及高表面效應,其表面原子數(shù)量多于普通氧化鋅,加之較高的表面能、強電子得失能力和氧化還原性,導致納米氧化鋅與細菌有較強親和力,進而抑制細菌,降低腹瀉。
動物采食量受到與攝食相關(guān)的神經(jīng)肽基因表達,而鋅能調(diào)控垂體中這類基因表達[24]。本試驗研究表明,與普通氧化鋅相比,斷奶仔豬飼糧添加鈍化氧化鋅和納米氧化鋅顯著提高了飼糧總能、干物質(zhì)、鈣和磷表觀消化率。許梓榮等[25]研究發(fā)現(xiàn),高鋅能顯著提高仔豬的干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)表觀消化率。然而,辜玉紅等[18]研究表明,高鋅對斷奶仔豬干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)表觀消化率無顯著影響,這與本試驗結(jié)果不一致,可能與飼糧營養(yǎng)水平及動物采食量等因素相關(guān)。
血清鋅含量能夠反映飼糧鋅在動物體內(nèi)的利用率及體內(nèi)鋅營養(yǎng)水平[26]。研究發(fā)現(xiàn),斷奶仔豬飼糧添加氧化鋅可提高血清鋅含量,添加低水平鋅對血清鋅含量無影響[27]。本試驗結(jié)果顯示,各組斷奶仔豬血清鋅含量無顯著差異,可能與飼糧營養(yǎng)水平和氧化鋅添加劑量一致有關(guān)。組織中鋅含量可反映鋅的利用率。飼糧中的鋅經(jīng)小腸消化后進入血液,肝臟中可沉積67%~80%的鋅,它是動物機體鋅營養(yǎng)狀況的敏感組織[28]。研究表明,飼糧添加800 mg/kg納米氧化鋅可提高斷奶仔豬血漿、肝臟、胰腺和脛骨中的鋅含量[21]。與本試驗結(jié)果相似,鈍化氧化鋅組和納米氧化鋅組斷奶仔豬肝臟組織和胃食糜中鋅含量高于普通氧化鋅組,說明鈍化氧化鋅和納米氧化鋅中鋅的吸收率優(yōu)于普通氧化鋅。研究表明,納米粒子可以提高生物利用度,增強氧化鋅的吸收[21]。
SOD活性能夠反映機體清除自由基的能力[29],GSH-Px是機體催化過氧化物分解的酶[30]。李大剛等[31]研究發(fā)現(xiàn),鋅和硒互作可改善GSH-Px活性,增強機體抗氧化能力。本試驗中,各組斷奶仔豬血清GSH-Px活性差異不顯著,可能是因為試驗期仔豬已處于良好抗氧化狀態(tài)。MDA含量反映機體細胞氧化損傷的程度。研究發(fā)現(xiàn),與無機鋅相比,有機鋅可提高蛋雞體內(nèi)的SOD活性,降低MDA含量[32]。Sun等[23]研究表明,飼糧添加含0.4~0.6 mg/kg鋅的納米氧化鋅后,斷奶仔豬血清MDA含量顯著降低。本試驗結(jié)果與前人研究結(jié)果不一致,可能與飼糧營養(yǎng)水平和納米氧化鋅的添加劑量等因素相關(guān),具體機制還需要進一步研究。
小腸是單胃動物營養(yǎng)物質(zhì)的主要吸收部位,絨毛使腸內(nèi)表面積增大,進而促進營養(yǎng)完整吸收。絨毛高度與腸道吸收能力相關(guān)[33],隱窩是維持絨毛不斷更新的主要區(qū)域,V/C值能反映腸道發(fā)育狀況[34]。仔豬斷奶應激導致絨毛萎縮及隱窩深度增加,造成營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收不充分,導致腹瀉。研究表明,飼糧添加氧化鋅能夠提高斷奶仔豬回腸V/C值[35]。本試驗結(jié)果表明,與普通氧化鋅相比,飼糧添加鈍化氧化鋅和納米氧化鋅對斷奶仔豬十二指腸、空腸和回腸絨毛高度、隱窩深度和V/C值均無顯著影響,表明鈍化氧化鋅和納米氧化鋅可以與普通氧化鋅在維持腸道形態(tài)方面達到同樣的效果。
仔豬腸道上皮細胞間緊密連接復合體由跨膜蛋白復合體和胞漿蛋白構(gòu)成,其中ZO-1、occludin和claudin是保護腸道健康的重要蛋白分子[36]。提高ZO-1的表達量可降低腸道通透性[37],提高occludin的表達量可增強腸道屏障功能以阻止有害物質(zhì)入侵[38],claudin的磷酸化失調(diào)會損傷腸道屏障功能,導致腸道通透性增加[39]。Zhang等[40]研究表明,飼糧添加氧化鋅可提高occludin和ZO-1基因表達量,減少腸道損傷。Dokladny等[41]研究表明,ZO-1、occludin和claudin能維持上皮屏障功能及防止病原微生物侵入機體。Roselli等[42]研究表明,飼糧添加氧化鋅可提高斷奶仔豬回腸黏膜occludin和ZO-1基因表達量,使腸道通透性發(fā)生改變。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),與普通氧化鋅相比,飼糧添加納米氧化鋅顯著提高斷奶仔豬空腸occludin表達量,且有提高空腸ZO-1和claudin-1表達量的趨勢。原因可能是納米氧化鋅粒徑更小,比表面積更大,可以暴露更多的氧化鋅分子,從而使更多的氧化鋅在腸道中發(fā)揮作用[42]。
與普通氧化鋅相比,飼糧添加鈍化氧化鋅和納米氧化鋅可改善斷奶仔豬飼糧營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率和空腸緊密連接蛋白的表達,降低腹瀉率,對仔豬腸道健康和生長性能具有積極作用。