甜菜堿對(duì)熱應(yīng)激條件下肉鴨生物學(xué)功能的影響

韓浩月 譯自(2017)96:1212～1218

潘雪男 審 韓浩月 何閃 制表

熱應(yīng)激是最重要的環(huán)境應(yīng)激之一，挑戰(zhàn)著全球的家禽生產(chǎn)。在炎熱的季節(jié)，熱應(yīng)激伴隨著高濕會(huì)激活動(dòng)物機(jī)體的應(yīng)激機(jī)制，從而對(duì)畜禽生產(chǎn)和動(dòng)物福利產(chǎn)生不利影響。

家禽對(duì)熱應(yīng)激更為敏感，因?yàn)榧仪莸捏w溫相較于哺乳動(dòng)物的更高，沒有汗腺，并且全身覆蓋羽毛。由于這些生物學(xué)特性，當(dāng)處于熱應(yīng)激環(huán)境中時(shí)，家禽的采食量會(huì)減少，飼料轉(zhuǎn)化率和增重降低，進(jìn)而導(dǎo)致家禽生產(chǎn)出現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)家禽(包括鴨)受到熱應(yīng)激影響時(shí)，其血液學(xué)指標(biāo)會(huì)降低。血液學(xué)指標(biāo)是評(píng)估動(dòng)物健康水平和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的重要指標(biāo)，因?yàn)檠簩W(xué)指標(biāo)對(duì)家禽的應(yīng)激反應(yīng)十分敏感，可作為免疫功能的一般生物標(biāo)志物。熱應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致家禽體溫升高，血液pH 升高，氣喘。熱應(yīng)激期間家禽增加飲水量，會(huì)導(dǎo)致血液稀釋，從而降低血液中的脂質(zhì)水平、PCO2、HCO-3 和電解質(zhì)(Na+、K+和Cl-)濃度。

甜菜堿是甘氨酸的三甲基衍生物，是一種雙極性化合物，有3 個(gè)疏水性甲基(CH3) 和一個(gè)親水性羧基(COOH)。與膽堿和蛋氨酸類似，甜菜堿可作為甲基供體。甜菜堿提供的甲基可用于各種代謝過(guò)程中的甲基傳遞反應(yīng)，如蛋白質(zhì)合成、能量代謝以及肉堿和肌酸的合成。甜菜堿在動(dòng)物生產(chǎn)中的使用量逐步提高，因?yàn)檠芯堪l(fā)現(xiàn)其可以緩解動(dòng)物的高溫應(yīng)激，改善生長(zhǎng)性能。當(dāng)動(dòng)物暴露于高溫應(yīng)激中時(shí)，甜菜堿可調(diào)節(jié)滲透壓以防止脫水，保存細(xì)胞中的水分，并有助于維持動(dòng)物的消化率和生長(zhǎng)性能。此外，研究發(fā)現(xiàn)，在高溫環(huán)境下，甜菜堿可以減少動(dòng)物體內(nèi)鈉鉀泵(Na+/K+泵)消耗的能量，并將節(jié)約的能量用于動(dòng)物生長(zhǎng)。甜菜堿還有助于腸道黏膜的擴(kuò)張，從而提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。部分研究的試驗(yàn)結(jié)果相互矛盾，在熱應(yīng)激條件下，在肉雞日糧中添加 800 μg/kg～1 000 μg/kg 的甜菜堿，或在飲水中添加0.05%～0.10%的甜菜堿，可以提高肉雞的體重；而在飲水中添加0.10%～0.20%的甜菜堿，會(huì)導(dǎo)致肉雞的體重減輕。在正常的環(huán)境條件下，在日糧中添加0.50%的甜菜堿可提高鴨的增重，降低飼料轉(zhuǎn)化率。另有研究發(fā)現(xiàn)，夏季在日糧中添加1.5%的甜菜堿，可提高蛋鴨的產(chǎn)蛋性能。然而，夏季熱應(yīng)激對(duì)肉鴨影響的研究較少。短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFA)，如乙酸和丙酸，有益于家禽腸道中宿主菌的生長(zhǎng)，改善腸道中的微生態(tài)環(huán)境，使乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌在盲腸中充分定植，并可抑制有害菌在腸道中的定植。熱應(yīng)激通過(guò)減少肉雞腸道中的有益菌和SCFA 加劇應(yīng)激反應(yīng)，從而導(dǎo)致有害菌加速增殖。先前的研究表明，在高溫下，肉雞體內(nèi)的大腸桿菌、大腸菌群和需氧菌總數(shù)減少。眾所周知，乳酸桿菌可以激活動(dòng)物的腸道功能，而乳酸桿菌的增加似乎與大腸桿菌、大腸菌群和需氧菌總數(shù)的減少有關(guān)。乳酸桿菌分泌的細(xì)菌素可抑制有害菌的生長(zhǎng)，還可以產(chǎn)生SCFA，使腸道中的微生態(tài)環(huán)境更有利于有益菌的生長(zhǎng)。有人指出，在日糧中添加對(duì)盲腸微生態(tài)環(huán)境有益的有機(jī)酸，可以改善淋巴器官的重量。有關(guān)甜菜堿對(duì)處于熱應(yīng)激條件下的鴨的腸道中SCFA 水平和血液指標(biāo)影響的研究十分有限。因此，本研究旨在探討甜菜堿對(duì)熱應(yīng)激下鴨生物學(xué)功能的藥效學(xué)機(jī)制，試驗(yàn)結(jié)果有望為夏季熱應(yīng)激下提高鴨的生產(chǎn)力提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

從韓國(guó)京畿道楊平郡的一家孵化場(chǎng)隨機(jī)選擇360 羽剛出殼的肉用雛鴨(家鴨)，隨后隨機(jī)平均分入4 個(gè)處理中，每個(gè)處理設(shè)6 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)15 羽肉鴨，試驗(yàn)期為42 d。各處理或試驗(yàn)組按以下方式設(shè)置：C 組為熱應(yīng)激對(duì)照組，肉鴨飼喂不添加甜菜堿的日糧，生產(chǎn)中遭遇熱應(yīng)激刺激；T1 組、T2 組和T3組統(tǒng)稱為甜菜堿處理組，即肉鴨飼喂添加甜菜堿的日糧，添加水平分別為700 μg/kg、1 000 μg/kg 和1 300 μg/kg。甜菜堿購(gòu)自荷蘭Excentials 公司，為Beta-key 包被型甜菜堿(包被率為97%)。

1.2 試驗(yàn)日糧和飼喂管理

試驗(yàn)日糧能夠向肉鴨提供可滿足或略高于NRC(NRC，1994)規(guī)定的營(yíng)養(yǎng)水平。在育雛期(1～21 日齡)，肉鴨飼養(yǎng)于溫度為 26 ℃～33 ℃的正常環(huán)境中，自由采食和飲水，24 h 持續(xù)光照。在育成期(22～42 日齡)，肉鴨在飼喂試驗(yàn)日糧的同時(shí)還提供熱風(fēng)。為了制造熱應(yīng)激的條件，11:00～17:00 向鴨舍施加熱風(fēng)(溫度維持在33 ℃～43 ℃，相對(duì)濕度70%)，17:00～11:00 溫度維持在 22 ℃～26 ℃，相對(duì)濕度50%；試驗(yàn)在育成期一直重復(fù)這個(gè)循環(huán)。在整個(gè)試驗(yàn)期間，所有試驗(yàn)肉鴨均自由采食和飲水。在每個(gè)鴨欄的地板上鋪設(shè)10 cm 的稻殼作為墊料。試驗(yàn)的第1 天到第7 天，鴨舍內(nèi)的溫度保持在33 ℃，然后每周降低2 ℃～3 ℃，直到第21 天鴨舍內(nèi)的溫度不再降低。

2 結(jié)果

2.1 肉鴨的生產(chǎn)性能和血液學(xué)指標(biāo)

甜菜堿對(duì)肉鴨的增重、采食量和飼料轉(zhuǎn)化率(feed conversion ratio，F(xiàn)CR)的影響見表2。與熱應(yīng)激對(duì)照組(C 組) 肉鴨相比，甜菜堿處理組(T1 組、T2 組和T3 組)肉鴨的增重和采食量顯著提高(P＜0.05)。在肉鴨的FCR 上，甜菜堿處理組顯著低于熱應(yīng)激對(duì)照組，然而各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。這一結(jié)果表明，在炎熱的季節(jié)，甜菜堿可以減小由熱應(yīng)激導(dǎo)致的肉鴨生產(chǎn)性能降低幅度。熱應(yīng)激會(huì)引起肉鴨脫水，而甜菜堿作為甲基供體，可有效調(diào)控肉鴨體內(nèi)的滲透壓。動(dòng)物生產(chǎn)行業(yè)的部分研究所得結(jié)果存在矛盾，熱應(yīng)激時(shí)，在日糧中添加800 μg/kg～1 000 μg/kg 的甜菜堿，或在飲水中添加0.05%～0.10%的甜菜堿，可以提高肉雞的增重；然而，在飲水中添加0.10%～0.20%的甜菜堿，會(huì)導(dǎo)致肉鴨的體重減輕。不過(guò)有關(guān)熱應(yīng)激對(duì)鴨生產(chǎn)性能影響的研究很少。甜菜堿對(duì)肉鴨血液學(xué)指標(biāo)的影響結(jié)果見表3。相較于熱應(yīng)激對(duì)照組，甜菜堿處理組肉鴨的紅細(xì)胞和血小板的血液學(xué)指標(biāo)顯著升高(P＜0.05)。在肉鴨的紅細(xì)胞濃度方面，甜菜堿處理組高于熱應(yīng)激對(duì)照組，但各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。對(duì)于血細(xì)胞比容(haematocrit，HCT)，與熱應(yīng)激對(duì)照組相比，甜菜堿處理組提高36%，T1 組、T2 組和T3組提高的幅度依次增加。與熱應(yīng)激對(duì)照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血紅蛋白(hemoglobin，HGB) 的濃度提高21.98%，各甜菜堿處理組間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。與熱應(yīng)激對(duì)照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的紅細(xì)胞平均容量(mean corpuscular volume，MCV)、紅細(xì)胞平均血紅蛋白濃度(mean corpuscular hemoglobin concentration，MCHC)、紅細(xì)胞分布寬度(red cell distribution width，RDW)、血小板濃度(platelets，PLT)和平均血小板體積(mean platelet volume，MPV)變化顯著，但各甜菜堿處理組肉鴨間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。這些結(jié)果與Aengwanich(2007) 的研究結(jié)果相似，后者發(fā)現(xiàn)高溫應(yīng)激會(huì)降低肉雞的血液學(xué)指標(biāo)。這些結(jié)果表明，在日糧中添加甜菜堿，可以使處于熱應(yīng)激狀態(tài)下的肉鴨維持穩(wěn)定的血液學(xué)指標(biāo)，從而緩解熱應(yīng)激引發(fā)的損傷。在熱應(yīng)激狀態(tài)下，肉鴨體內(nèi)的HCT 減小與血細(xì)胞(包括白細(xì)胞)濃度降低有關(guān)，而這種沖淡現(xiàn)象是由紅細(xì)胞受損、紅細(xì)胞生成減少、紅細(xì)胞數(shù)量和大小減少所致；另外，由于處于熱應(yīng)激狀態(tài)，鴨會(huì)增加飲水量，這也會(huì)導(dǎo)致血細(xì)胞濃度降低。在熱應(yīng)激狀態(tài)下，肉鴨喂給添加了甜菜堿的日糧后，其血液學(xué)指標(biāo)值高于飼喂正常日糧的熱應(yīng)激對(duì)照組肉鴨的，這表明甜菜堿可能有助于蛋氨酸的生物合成和滲透壓調(diào)控。有人指出，本試驗(yàn)觀察到的大部分結(jié)果可能均與蛋氨酸的生成直接或間接相關(guān)。紅細(xì)胞數(shù)量的減少會(huì)引起出血性貧血和溶血性貧血，而血紅蛋白數(shù)量的減少會(huì)引起小紅細(xì)胞增多癥。紅細(xì)胞比容與紅細(xì)胞體積有很大的相關(guān)性；因此，當(dāng)紅細(xì)胞比容減小時(shí)，血紅蛋白和血紅素的水平會(huì)降低。MCHC代表平均血紅蛋白濃度的絕對(duì)值，MCHC 偏低與缺鐵性貧血有關(guān)。熱應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致家禽的血液變得稀薄，這是一種適應(yīng)性反應(yīng)，即使血漿體積沒有變化，也能使水分流失，包括從細(xì)胞內(nèi)滲透出的水分，從而降低HCT 和HGB 濃度。

2.2 血液中電解質(zhì)指標(biāo)

甜菜堿對(duì)處于熱應(yīng)激狀態(tài)下的肉鴨的血液pH 和電解質(zhì)的影響見表4。甜菜堿處理組肉鴨的血液pH 顯著低于對(duì)照組肉鴨的(P＜0.05)，而各甜菜堿處理組肉鴨差異不大。在熱應(yīng)激下，與各處理組相比，熱應(yīng)激對(duì)照組肉鴨具有最低水平的血液電解質(zhì)(P＜0.05)。甜菜堿處理組肉鴨血液中的Na+、K+和Cl-的濃度顯著高于熱應(yīng)激對(duì)照組肉鴨的。T1 組、T2 組、T3 組在肉鴨血液中Na+、K+和Cl-的濃度上沒有顯著差異。這些結(jié)果表明，在熱應(yīng)激狀態(tài)下，在日糧中添加甜菜堿，可以通過(guò)維持穩(wěn)定的血液電解質(zhì)水平緩解熱應(yīng)激對(duì)肉鴨的影響，從而調(diào)控滲透壓。細(xì)胞外部的滲透濃度會(huì)刺激甜菜堿滲透進(jìn)入細(xì)胞，并在巨噬細(xì)胞和腎細(xì)胞中積累。腸道所耗能量的30%～60%用于鈉鉀ATP 泵，該泵能使細(xì)胞中的水分含量保持平衡，在沒有甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)劑的情況下發(fā)揮關(guān)鍵作用。本試驗(yàn)中熱應(yīng)激對(duì)照組所得結(jié)果與其他研究者的文獻(xiàn)報(bào)告結(jié)果相一致，即在熱應(yīng)激下，家禽和水牛血液中Na+、K+和Cl-的水平下降。在熱應(yīng)激下，家禽會(huì)出現(xiàn)張口呼吸和不斷喘氣的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致家禽處于呼吸性堿中毒的痛苦狀態(tài)。在高溫環(huán)境中，家禽通過(guò)張口呼吸蒸發(fā)呼吸器官內(nèi)部的水分來(lái)散熱，這會(huì)增加血液中二氧化碳的排放量，進(jìn)而導(dǎo)致血液pH 升高，從而引起呼吸性堿中毒，后者可通過(guò)減少排尿時(shí)H+和K+之間的競(jìng)爭(zhēng)增加K+的損失。因此，當(dāng)血液中電解質(zhì)平衡以這種方式遭到破壞時(shí)，家禽的采食量和生產(chǎn)力會(huì)降低。在急性熱應(yīng)激期，家禽體溫的升高會(huì)降低Na+水平，細(xì)胞膜滲透性的改變會(huì)稀釋血液，致使K+從組織中滲出進(jìn)入血液。而熱應(yīng)激過(guò)后，K+的滲出現(xiàn)象減弱，多余的K+被排出體外，K+水平恢復(fù)到正常水平或較低的水平。血液中Cl-的減少是由于體液中需要更多的Cl-來(lái)補(bǔ)償酸性反應(yīng)，使血液pH 會(huì)正常化，因?yàn)檠簆H 因熱應(yīng)激引起的呼吸性堿中毒而升高。血液中電解質(zhì)含量的減小是由于通過(guò)尿液和汗液流失的電解質(zhì)增加所致，以緩解熱應(yīng)激。

2.3 血液氣體

表5 列出了甜菜堿對(duì)處于熱應(yīng)激中的肉鴨血液氣體濃度的影響。與熱應(yīng)激對(duì)照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血液氣體濃度顯著升高(P＜0.05)，血液中PCO2和PO2濃度顯著升高。對(duì)于肉鴨的細(xì)胞外液堿剩余(extracellular fluid base excess，BEecf) 濃度，甜菜堿處理組顯著低于熱應(yīng)激對(duì)照組(P＜0.05)，而各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。與熱應(yīng)激對(duì)照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血液含有更高濃度的HCO3和TCO2。上述結(jié)果表明，在日糧中添加甜菜堿，可通過(guò)維持穩(wěn)定的血液氣體濃度緩解肉鴨的熱應(yīng)激狀態(tài)。據(jù)報(bào)道，熱應(yīng)激會(huì)降低肉鴨血液中的PCO2水平；在熱應(yīng)激期間維持血液中的PCO2水平至關(guān)重要，這是因?yàn)樵跓釕?yīng)激條件下家禽會(huì)不斷喘氣，CO2會(huì)通過(guò)呼吸系統(tǒng)不斷呼出體外。

2.4 盲腸中SCFA 的組成

在熱應(yīng)激下，甜菜堿對(duì)肉鴨盲腸中SCFA濃度有較大的影響。與熱應(yīng)激對(duì)照組相比，甜菜堿處理組肉鴨盲腸中乙酸和丙酸的水平顯著升高，而丁酸、異丁酸、戊酸和異戊酸的濃度顯著降低(P＜0.05)，總SCFA 濃度顯著增加(P＜0.05)，但各甜菜堿處理組肉鴨之間沒有顯著的差異。上述結(jié)果表明，甜菜堿處理組肉鴨盲腸中SCFA 組成的變化可能是動(dòng)物免疫力提高的一個(gè)重要指標(biāo)，甜菜堿能夠通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道的微生態(tài)環(huán)境減輕熱應(yīng)激的影響。多項(xiàng)研究報(bào)道，在熱應(yīng)激條件下，肉雞腸道中乙酸和丙酸等SCFA 的水平降低，乳酸菌含量減少，這表明維持腸道微生物群的健康對(duì)減輕熱應(yīng)激的影響十分重要。

3 討論

本研究表明，與未添加甜菜堿的熱應(yīng)激對(duì)照組相比，日糧中添加甜菜堿能夠減緩或消除熱應(yīng)激對(duì)肉鴨的不良影響，使它們具有較為理想的增重、采食量、飼料轉(zhuǎn)化率和SCFA 組成，同時(shí)不同的甜菜堿添加量之間沒有顯著的差異。上述結(jié)果與其他的研究結(jié)果相一致，他們也發(fā)現(xiàn)在熱應(yīng)激下，日糧中添加甜菜堿可以提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能。綜上所述，本研究證明，在熱應(yīng)激條件下，日糧中添加700 μg/kg 的甜菜堿可以提高肉鴨生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，甜菜堿可以通過(guò)維持穩(wěn)定的血液學(xué)指標(biāo)和健康的腸道環(huán)境緩解熱應(yīng)激對(duì)肉鴨的影響。