飼糧中添加膳食纖維對肉雞生長性能和腸道健康影響的Meta分析

何文鋒 張 咪 楊亞晉 范 蕭 劉莉莉 郭愛偉

(西南林業(yè)大學生命科學學院,昆明 650224)

膳食纖維(dietary fiber,DF)一詞最早由澳大利亞科學家Hipsley于1953年提出的,DF是動物不能消化的植物細胞壁組分,主要包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[1],迄今為止DF的定義仍存在爭議,國際上還沒有達成普遍的共識。目前DF普遍接受的定義為“DF是不能被人類內(nèi)源性消化酶所消化的所有多糖和木質(zhì)素”。動物營養(yǎng)學家對DF則采用生理學或化學上的定義,從生理學上定義為DF是“抵抗動物酶降解的食物成分”,從化學上定義為DF是非淀粉多糖(NSP)和木質(zhì)素的總和[2]。DF根據(jù)溶解性可分為可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF)和不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber,IDF),根據(jù)在腸道微生物的發(fā)酵與否可分為可發(fā)酵膳食纖維(fermentable fiber,FF)和不可發(fā)酵膳食纖維(non-fermentable fiber,NFF)。SDF主要包括果膠、樹膠和部分半纖維素等,由于其高的持水性和黏性,可延緩胃腸道的排空速度,此外,SDF在腸道微生物發(fā)酵后產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFAs);而IDF主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素以及幾丁質(zhì)等,IDF可增加腸道內(nèi)容物在腸道運輸速率和保水能力,縮短不易消化食物在結(jié)腸中的發(fā)酵時間,增加糞便體積等[3-4]。

20世紀70年代后,為了提高家禽的生長性能,家禽養(yǎng)殖尤其是肉雞生產(chǎn)中普遍采用高能量、高蛋白質(zhì)、低纖維的配合飼料,極大地提高了家禽的生產(chǎn)水平,而DF被認為是一種抗營養(yǎng)因子,沒有引起動物營養(yǎng)學家的關(guān)注[5]。因此,在相當長的一段時間內(nèi),在肉雞飼糧中盡可能限制纖維性飼料的添加,商業(yè)配合飼料中通常最多含有2%～3%的粗纖維(CF)[6]。隨著全球飼料中禁抗的呼聲越來越高,動物營養(yǎng)學家又開始關(guān)注DF對動物腸道健康的影響。Desai等[7]用剝奪DF的小鼠模型研究表明,長期或間接性剝奪小鼠飲食中的DF,則導致腸道菌群利用宿主分泌的黏蛋白作為營養(yǎng)源,造成小鼠腸道黏液層變薄,腸道屏障損傷,而用鼠檸檬梭桿菌(Citrobacterrodentium)感染小鼠,發(fā)現(xiàn)剝奪DF組小鼠腸道中有更多病原菌進入腸上皮并促成致命性結(jié)腸炎;結(jié)果提示,DF不足造成的腸道菌群降解結(jié)腸黏膜屏障并增加病原體敏感性;而富含DF組的小鼠具有完整的屏障功能,腸道病原體易感性降低,提示DF具有保護腸道健康的作用。此外,也有研究也發(fā)現(xiàn),低DF或剝奪DF飲食會增加機體炎癥性腸炎(IBD)、腹瀉等慢性疾病發(fā)生的幾率[8-9]。

近年來,在家禽上的許多研究證實,添加適量的DF可以改善肉雞生長性能、飼料轉(zhuǎn)化效率、腸道發(fā)育、腸道黏膜形態(tài),通過促進腸道上皮細胞的增殖來促進腸道的發(fā)育,增強腸道免疫或降低腸道炎癥,維持腸道微生物多樣性等方面來調(diào)控腸道健康[2,10]。但DF是否是家禽的必需營養(yǎng)素仍存在很多爭議,為了深入闡明DF對肉雞生長性能和腸道健康的影響規(guī)律,本研究對已發(fā)表的關(guān)于DF對肉雞生長發(fā)育及腸道健康方面影響的文章進行了Meta分析,為DF在肉雞生產(chǎn)中的合理使用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 文獻檢索

利用Web of Science (WOS)、PubMed、中國知網(wǎng)、萬方等數(shù)據(jù)庫檢索文獻,英文數(shù)據(jù)庫檢索詞包括:dietary fiber or dietary fibre、broiler chickens or broilers、performance;中文數(shù)據(jù)庫檢索詞包括:膳食纖維、肉雞、生長性能;將檢索詞在數(shù)據(jù)庫進行自由組合后檢索并收集全部DF與肉雞相關(guān)的文獻。論文發(fā)表時間在2007年1月至2022年12月,共檢索到1 077篇文獻,按照納入及排除標準篩選(圖1),去除重復文獻,排除綜述性文獻、會議文獻,通過篩選檢索到文獻的標題、摘要和全文后,共有27篇文獻符合Meta分析的要求,總計5 310羽肉雞,平均每個研究197羽肉雞,納入本次Meta分析中(表1)。在納入Meta分析的文獻中,DF添加量在0.01%～10.00%,添加的DF源主要包括大豆殼(SH)、甜菜漿(SBP)、蘆筍修剪物(TABP)、麥麩(WB)、柑橘渣(CP)、花生莢(PP)、向日葵殼(SFH)、橄欖粉(OM)、果聚糖(FRT)、微粉化不溶性纖維(MIF)、燕麥殼(OH)、蘋果渣(AP)、草莓渣(SP)、低聚木糖(XOS)、菊粉(INU)、阿拉伯樹膠(AS)、木質(zhì)素(LI)、稻殼(RH)、纖維素(CEL)、羧甲基纖維素(CMC)、菊苣(FC)等。納入分析的27篇文獻中,試驗飼糧中CF含量在1.43%～6.17%,中性洗滌纖維(NDF)含量在5.60%～13.84%,酸性洗滌纖維(ADF)含量在1.60%～6.03%。

表1 納入文獻特征匯總

圖1 文獻篩選流程

1.2 納入文獻標準

納入文獻試驗設計為完全隨機對照試驗,試驗中的每個組設有5個及以上重復,研究對象為肉雞,研究用的飼糧以玉米-豆粕型為主。Meta分析考察的肉雞生長性能指標包括平均日增重(ADG)、終末體重(FBW)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G),腸道組織形態(tài)指標包括回腸絨毛高度(VH)、隱窩深度(CD)、絨毛高度/隱窩深度(VH/CD)及肌胃相對重量(GRW)。

1.3 文獻篩選標準

文獻中明確試驗動物為肉雞,排除蛋雞和火雞的文獻,排除試驗方法不明確、缺少對照組、試驗重復數(shù)低于5,測定指標或指標數(shù)據(jù)不全以及與同類文章差異過大的文獻,排除會議文獻、綜述性文獻,排除數(shù)據(jù)不全、重復報道的文獻。

1.4 數(shù)據(jù)提取和處理

每篇文獻提取的基礎數(shù)據(jù)包括該研究的作者、論文發(fā)表年份、試驗的重復數(shù)、每個重復肉雞的數(shù)量、試驗天數(shù)、纖維源的添加水平等指標,并在文中明確纖維源是SDF或IDF。

1.5 統(tǒng)計與分析

運用Review Manager 5.3軟件進行Meta分析,對納入研究采用固定效應模型(I2<50%且P>0.05)或者隨機效應模型(I2≥50%或P<0.05)進行異質(zhì)性分析,計算合并效應值(MD)、95%置信區(qū)間(95%CI)及相應顯著性概率(P值)。若存在異質(zhì)性,則進行亞組分析,繪制森林圖,對納入文獻的結(jié)果指標進行發(fā)表偏倚分析并繪制漏斗圖,運用Stata 12.0軟件進行Egger線性回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼糧中添加DF對肉雞生長性能的影響

2.1.1 ADG

飼糧中添加DF對肉雞ADG的影響Meta分析見圖2,結(jié)果表明,與不添加DF的對照組相比,試驗組95%CI落在無效線的右側(cè)且沒有與無效線相交,提示肉雞的ADG與納入DF之間具有顯著的相關(guān)性(P<0.05),表明飼糧中添加DF顯著提高了肉雞ADG(MD=1.01,95%CI為0.29～1.72,P=0.006 00);并對纖維類型進行了亞型分析,結(jié)果表明SDF和IDF對肉雞ADG的影響存在差異,飼糧中添加IDF可顯著提高了肉雞的ADG(MD=1.34,95%CI為0.56～2.12,P=0.000 70),而添加SDF對肉雞ADG的影響不顯著(MD=0.69,95%CI為-0.65～2.03,P=0.310 00)。

Experimental:試驗組 experimental group;Control:對照組 control group;Mean Difference:均值差 mean difference;Study or Subgroup:研究或亞組;Mean:平均值;SD:標準差 standard deviation;Total:樣本數(shù) sample number;Weight:權(quán)重;IV:逆方差 inverse variance;Random:隨機;95%CI:95%置信區(qū)間 95% confidence interval;Subtotal:亞組總體;Heterogeneity:異質(zhì)性檢驗;Test for overall effect:總效應量檢驗;Test for subgroup differences:亞組差異檢驗;df:自由度 degree of freedom;Favours [experimental]:試驗組獲益;Favours [control]:對照組獲益。下圖同 the same as below。

2.1.2 FBW

飼糧中添加DF對肉雞FBW的影響Meta分析見圖3,納入飼糧中添加DF與肉雞FBW影響的相關(guān)研究。結(jié)果表明,飼糧中添加DF可顯著改善肉雞FBW(I2=99%,MD=45.05,95%CI為16.68～73.42,P=0.002 00)。

圖3 飼糧中添加DF對肉雞FBW的影響

2.1.3 ADFI

飼糧中添加DF對肉雞ADFI的影響Meta分析見圖4(P<0.05,I2=96%),采用隨機效應模型分析表明,與對照組相比,飼糧中添加DF對肉雞ADFI無顯著影響(MD=0.29,95%CI為-0.59～1.17,P=0.520 00);亞組分析結(jié)果顯示,飼糧中添加IDF(MD=-0.01,95%CI為-1.11～1.09,P=0.980 00)和SDF(MD=0.71,95%CI為-0.68～2.10,P=0.320 00)均對肉雞的ADFI無顯著影響,表明飼糧中添加DF總體上對肉雞ADFI的影響不顯著。

圖4 飼糧中添加DF對肉雞ADFI的影響

2.1.4 F/G

飼糧中添加DF對肉雞F/G的影響Meta分析見圖5(P<0.05,I2>50%),采用隨機效應模型進行分析表明,與對照組相比,試驗組的總效應量小于對照組,在整個試驗期肉雞飼糧中添加DF顯著降低了F/G(MD=-0.04,I2=99%,95%CI為-0.06～-0.01,P=0.008 00);亞組分析結(jié)果顯示,飼糧中添加IDF顯著降低了肉雞的F/G(MD=-0.04,95%CI為-0.06～-0.02,P=0.000 60),而添加SDF對肉雞F/G無顯著影響(MD=-0.04,95%CI為-0.09～0.01,P=0.090 00)。

圖5 飼糧中添加DF對肉雞F/G的影響

2.2 飼糧中添加DF對肉雞腸道形態(tài)的影響

2.2.1 回腸VH

飼糧中添加DF對肉雞回腸VH的影響Meta分析見圖6(P<0.05,I2>50%),采用隨機效應模型進行分析表明,飼糧中添加DF顯著提高了肉雞的回腸VH(MD=36.58,95%CI為14.22～58.94,P=0.001 00),亞組分析結(jié)果表明,飼糧中添加IDF極顯著提高了肉雞的回腸VH(MD=50.37,95%CI為24.22～76.51,P=0.000 20),而飼糧中添加SDF對肉雞的回腸VH無顯著影響(MD=17.00,95%CI為-5.51～39.50,P=0.140 00)。

圖6 飼糧中添加DF對肉雞回腸VH的影響

2.2.2 回腸CD

飼糧中添加DF對肉雞回腸CD的影響Meta分析見圖7(P<0.05,I2>50%),采用隨機效應模型進行分析表明,飼糧中添加DF對肉雞的回腸CD無顯著影響(MD=5.51,95%CI為-1.83～12.86,P=0.140 00);亞組分析結(jié)果表明,飼糧中添加IDF(MD=7.26,95%CI為-2.38～16.91,P=0.140 00)和SDF(MD=3.01,95%CI為-3.1 ～9.13,P=0.330 00)對肉雞的回腸CD無顯著影響。

圖7 飼糧中添加DF對肉雞回腸CD的影響

2.2.3 回腸VH/CD

飼糧中添加DF對肉雞回腸VH/CD的影響Meta分析見圖8(P<0.05,I2>50%),采用隨機效應模型分析表明,飼糧中添加DF對肉雞的回腸VH/CD無顯著影響(MD=0.06,95%CI為-0.01～0.14,P=0.090 00);亞組分析結(jié)果表明,飼糧中添加IDF顯著提高了肉雞的回腸VH/CD(MD=0.25,95%CI為0.17～0.32,P<0.000 01),飼糧中添加SDF對肉雞的回腸VH/CD無顯著影響(MD=-0.27,95%CI為-0.79～0.29,P=0.360 00)。

圖8 飼糧中添加DF對肉雞回腸VH/CD的影響

2.3 飼糧中添加DF對肉雞肌胃發(fā)育的影響

飼糧中添加DF對肉雞GRW的影響Meta分析見圖9,納入肉雞飼糧中添加DF與GRW的相關(guān)研究。結(jié)果顯名,飼糧中添加DF可顯著提高肉雞GRW(MD=0.16,95%CI為0.11～0.21,P<0.000 01),提示飼糧中添加DF可促進肉雞肌胃的發(fā)育。

圖9 飼糧中添加DF對肉雞GRW的影響

2.4 發(fā)表偏倚分析

對納入文獻進行發(fā)表偏倚分析結(jié)果見表2和圖10,結(jié)局指標ADG、FBW、ADFI、F/G、VH、VH/CD及GRW的P值分別為0.849 00、0.561 00、0.816 00、0.225 00、0.946 00、0.152 00、0.132 00,即P>0.05,顯示納入的指標不存在發(fā)表偏倚,其中CD的P值為0.041 00,即P<0.05,顯示納入的指標存在發(fā)表偏倚。結(jié)局指標ADG、FBW、ADFI、F/G、VH、CD、VH/CD及GRW納入文獻的效應指標散點圖顯示,圖中散點基本位于中線兩側(cè),對稱性較好,說明本研究選擇的文獻研究樣本量大,結(jié)果準確性高,發(fā)表偏倚程度較小,選取的論文具有代表性,結(jié)果的可靠性高。

表2 發(fā)表偏倚Egger檢驗

A:平均日增重 average daily gain (ADG);B:終末體重 final body weight (FBW);C:平均日采食量 average daily feed intake (ADFI);D:料重比 feed/gain (F/G);E:絨毛高度 villus height (VH);F:隱窩深度 crypt depth (CD);G:絨毛高度/隱窩深度 villus height/crypt depth (VH/CD);H:肌胃相對重量 gizzard relative weight (GRW)。

3 討 論

肉雞生長性能是由腸道組織形態(tài)、腸道營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、腸道發(fā)育、腸道微生物等參數(shù)所表現(xiàn)出的綜合表型特征,研究表明,改善腸道組織形態(tài)和促進器官發(fā)育可以增加養(yǎng)分的吸收,表現(xiàn)在生長性能的增加和腸道健康[37,38]。而DF一方面由于其組成、理化特性、顆粒大小、添加水平的差異,另一方面考慮到家禽遺傳特性(慢速肉雞或快速肉雞)、生理狀況、飼糧能量、蛋白質(zhì)、脂肪水平等的差異[20,36,39-40],加上家禽消化道獨特性,添加不同來源的DF對家禽生長性能和腸道健康的影響存在差異,尤其是DF的溶解性或發(fā)酵特性。研究表明,添加適量的IDF時會改善肉雞生長性能和腸道健康,將燕麥殼和大豆殼等IDF(3%～5%)添加飼糧中,可顯著降低肉雞的F/G(2%),提高FBW(2%～5%)[40-42]。而添加SDF在對家禽生長性能的影響與IDF存在明顯的差異,研究表明,添加SDF可提高肉雞的F/G,在飼糧中添加3%的高甲基化果膠,可使肉雞F/G顯著提高(28%)[43],添加0.3%的可溶性纖維如瓜爾膠時,肉雞的F/G提高了5%,但與對照組差異不顯著[44],這與本研究Meta分析的結(jié)果不盡相同,這一方面與飼糧中添加量有關(guān)系,另一方面還與SDF的黏性和發(fā)酵特性有關(guān),可溶性DF果膠是一種在腸道快速發(fā)酵和具有黏性的DF,其可能在腸道快速發(fā)酵導致后腸微生物失調(diào)和養(yǎng)分利用效率下降,最終導致肉雞的生長性能降低。而IDF或低發(fā)酵DF可改善腸道的組織形態(tài),促進腸道發(fā)育,從而改善肉雞的生長性能。以上研究表明,肉雞對飼糧中DF的需求理論上應該包含一定比例的IDF和一定比例的SDF,而且SDF和IDF有一個適宜比例(SDF/IDF),目前在家禽上關(guān)于適宜IDF/SDF研究缺乏相關(guān)的證據(jù),今后應該進一步開展此方面的研究工作,為在家禽生產(chǎn)中科學、合理利用纖維性物質(zhì)提供科學依據(jù)。

家禽為了維護正常的消化生理和腸道蠕動,需要在飼糧中提供一定量的DF[22],而DF在家禽胃腸道中發(fā)揮作用取決于其化學結(jié)構(gòu)、粒度和添加量[39,45]。研究表明,飼糧中添加DF后家禽腸道對其產(chǎn)生快速的適應性變化,如改變腸道長度、VH、CD以及食糜通過腸道速率和腸道重量[3,5,46]。腸道VH和上皮細胞排列的改善被認為是可以增加營養(yǎng)吸收,含2.8%～9.0% CF的飼糧(等氮等能)飼喂火雞,結(jié)果表明,中等纖維飼喂時小腸所有絨毛數(shù)量和長度增加[47],而高纖維飼糧對家禽是不利的,在飼糧中添加7.5%的豌豆皮或SBP會增加肉雞小腸黏膜表面的磨損,絨毛縮短,同時會增加黏液的分泌[48]。此外,高DF會導致肉雞對蛋白質(zhì)的消化吸收降低和氨基酸內(nèi)源性損失,在飼糧中添加8%的纖維素會導致肉雞腸道中蛋白質(zhì)和氨基酸的損失和死亡率增加[49],會降低消化酶活性和營養(yǎng)物質(zhì)的消化率[11],這可能也是飼喂高DF的弊端之一,在這種情況下,應該通過營養(yǎng)策略在高DF飼糧中適當增加一些功能性氨基酸以抵消這種變化,確保家禽最佳的生長速度。但目前尚不清楚肉雞飼糧中DF的閾值,DF的類型、來源及飼料配方參數(shù)都可能會影響這一閾值[11],今后應該加強此方面的研究。本研究Meta分析的結(jié)果表明,添加適量的DF會改善肉雞腸道組織形態(tài),促進腸道發(fā)育,而過量則對腸道發(fā)育是不利的。

研究表明,家禽消化道能夠迅速對食物組成的變化做出適應性調(diào)整,DF會影響家禽消化道的長度和重量,尤其是肌胃變化最明顯[50],研究表明,DF會刺激肌胃肌肉活動,其結(jié)果會導致肌胃重量增加,一個發(fā)育良好的肌胃擁有更強壯的肌肉組織和更強的研磨能力,可改善腸道的蠕動能力,進而降低病原微生物在肌胃下腸段定植的風險,從而降低和緩解沙門氏菌和球蟲[51]等引起的腸道疾病,最終提高養(yǎng)分的利用效率、腸道健康和家禽生長性能。O’Dell等[52]研究發(fā)現(xiàn),當飼糧缺乏DF時,肉雞肌胃發(fā)育不良,而且缺乏DF與家禽養(yǎng)殖過程中雛雞出現(xiàn)的腺胃炎有很大的關(guān)聯(lián),當肉雞飼喂包含完整谷物成分的飼糧時,腺胃擴張的發(fā)生率降低,同時證實了家禽腺胃-肌胃區(qū)域的正常發(fā)育依賴于飼糧中的結(jié)構(gòu)性成分,主要是DF[53]。Jiménez-Moreno等[54]研究表明,在飼糧中添加3%的SBP或燕麥殼會增加肉雞GRW,在36日齡肉雞飼糧中,將燕麥殼或SBP的添加量增加到5%,結(jié)果提高了肌胃的重量,并降低了肌胃pH。這與本研究Meta分析結(jié)果一致,即飼糧中添加DF可顯著提高肉雞GRW。一般情況下,飼料在肌胃的滯留時間在0.5～1.0 h,當添加DF后飼料在肌胃的滯留時間會增加到2.0 h[55]。研究表明,添加6%的木屑可降低肉雞F/G(1.1%),但與對照組差異不顯著,同時會增加腺胃和肌胃的重量,降低小腸的相對重量[40]。同樣,添加3%的燕麥殼和大豆殼可增加肉雞肌胃的重量,并改善了飼料轉(zhuǎn)化率[22]。肌胃重量的增加是由于DF的存在使飼料在肌胃存留時間延長而導致體積增加的結(jié)果。纖維素、木質(zhì)素和阿拉伯木聚糖等DF的存在也可以調(diào)節(jié)小腸、胰腺和盲腸的重量,這可以改善營養(yǎng)物質(zhì)的總腸道表觀保留率[22,41,56-57]。研究表明,在1～4周齡火雞飼糧中添加6%和9%的CF,火雞對粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和總能的消化率降低,而在第8周齡時,這種情況消失了[47],這種變化是由于胃腸道及時補償DF變化的能力,從而提高了營養(yǎng)物質(zhì)的利用能力。添加3%麥麩的雞表現(xiàn)出GRW和胰淀粉酶和胰蛋白酶活性的增加,這與營養(yǎng)物質(zhì)消化率的增加有關(guān)[29],這種適量的不可消化DF如纖維素、木質(zhì)素可上調(diào)了機體消化酶活性,導致其淀粉、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的消化率增加[58],從而適應含有DF的飼糧。

以上研究表明,肉雞對含DF的飼糧有一個逐步的適應過程,添加DF后肉雞通過增加肌胃重量和腸道長度,通過延長食物在肌胃停留時間,刺激消化酶的分泌,改變腸道微生物等來逐步適應DF,肉雞對DF的適應也存在一個劑量-時間效應。此外,肉雞在不同生長階段對DF的需求存在一個閾值,即肉雞對飼糧中DF的需求有一個最低值和最大值,由于DF組成的復雜性以及來源、理化性質(zhì)的不同,肉雞飼糧中DF的閾值可能存在差異。因此,今后應用現(xiàn)代分子生物學、組學技術(shù)與傳統(tǒng)動物營養(yǎng)學技術(shù)手段相結(jié)合,進一步加強DF和IDF、FF和NFF以及SDF/IDF、FF/NFF對肉雞生長性能、腸道健康的調(diào)控機制以及在肉雞不同階段DF的最適添加量和閾值,為DF在家禽生產(chǎn)中的應用提供科學依據(jù)。

4 結(jié) 論

① 飼糧CF含量在1.43%～6.17%,添加DF顯著提高了肉雞FBW、ADG及回腸VH、GRW;顯著降低了F/G,而對ADFI及回腸CD和VH/CD的影響差異不顯著。

② 飼糧CF含量在1.43%～6.17%,添加IDF顯著提高了肉雞ADG及回腸VH、VH/CD,顯著降低了F/G;飼糧CF含量在2.07%～4.69%,添加SDF對肉雞ADFI、ADG、F/G及回腸VH、CD、VH/CD的影響不顯著。

③ 為了維持肉雞正常的生理功能、生長性能和腸道健康,在飼糧中需要有一定量的DF,而且IDF和SDF對肉雞生長性能和腸道健康的影響存在差異;此外,肉雞對DF的需求可能存在一個閾值。