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導(dǎo)讀

    隨著我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展, 畜禽氮排放造成的環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。每年我國(guó)畜禽總氮排放量約為3000萬(wàn)t, 其中單胃動(dòng)物 (主要是豬) 的氮排放量約占57%。大量研究表明, 在生產(chǎn)中通過(guò)使用合成氨基酸配制低蛋白質(zhì)飼糧可以有效地降低蛋白質(zhì)飼料的使用, 同時(shí)能夠顯著地減少畜禽排泄物中氮污染物的含量, 極大程度地改善畜禽養(yǎng)殖造成的環(huán)境污染問(wèn)題。

    本課題組前期研究發(fā)現(xiàn), 在低蛋白質(zhì)飼糧中添加支鏈氨基酸 (BCAA) 可以顯著降低氮排放, 提高飼糧氮利用效率;在低蛋白質(zhì)飼糧中添加0.27%纈氨酸或者0.4%亮氨酸均顯著降低尿氮損失, 同時(shí)亮氨酸的添加能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)沉積, 顯著改善胴體品質(zhì)。亮氨酸是一種極為重要的支鏈氨基酸, 其在動(dòng)物機(jī)體蛋白質(zhì)代謝中發(fā)揮著不可替代的作用, 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于豬低蛋白質(zhì)飼糧中氨基酸添加的研究多局限于賴氨酸、蛋氨酸等, 對(duì)于低蛋白質(zhì)水平下生長(zhǎng)育肥豬飼糧中亮氨酸的添加水平及添加后對(duì)氮平衡的具體影響仍不清楚。因此, 本試驗(yàn)旨在研究低蛋白質(zhì)飼糧中添加亮氨酸對(duì)育肥豬氮平衡的影響, 以期為提高蛋白質(zhì)利用率, 同時(shí)降低生產(chǎn)中的氮排放提供科學(xué)依據(jù)。

1.1 試驗(yàn)飼糧

    參照NRC (1998) 理想氨基酸模式配制等消化能 (13.93 MJ/kg) 、等賴氨酸含量 (標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化賴氨酸為0.75%) 、除亮氨酸外相同氨基酸模式的正常蛋白質(zhì)飼糧 (粗蛋白質(zhì)含量為14.5%) 和4個(gè)添加不同水平 (0、0.4%、0.8%和1.2%) 亮氨酸的低蛋白質(zhì)飼糧 (粗蛋白質(zhì)含量為10.0%) 。試驗(yàn)飼糧營(yíng)養(yǎng)水平均滿足或高于我國(guó)《豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》 (NY/T 65—2004) 的推薦值, 試驗(yàn)飼糧組成見(jiàn)表1, 試驗(yàn)飼糧營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

   本試驗(yàn)選取10頭初始體重為 (70.7±3.1) kg的健康杜×長(zhǎng)×大雜交去勢(shì)公豬, 根據(jù)體重分為5組, 每組2頭豬, 采用5×5拉丁方設(shè)計(jì), 整個(gè)試驗(yàn)期為50 d, 共分為5期, 每期10 d, 前5 d為預(yù)試期, 后5 d為收集期。

1.3 飼養(yǎng)管理

     試驗(yàn)于農(nóng)業(yè)部飼料效價(jià)與安全監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心 (北京) 畜禽試驗(yàn)基地進(jìn)行, 采用全封閉式豬舍。豬舍溫度、通風(fēng)強(qiáng)度和濕度自動(dòng)化控制, 舍溫恒定為26℃。育肥豬單籠飼養(yǎng), 豬籠體積為1.25 m×0.80 m×1.00 m, 漏縫塑料地板, 不銹鋼可調(diào)式料槽, 乳頭式飲水器。每天08:00和16:00各飼喂1次, 試驗(yàn)開(kāi)始前5 d為預(yù)試期, 估測(cè)豬的大致采食量為2.5 kg/d, 每次喂料量相同, 動(dòng)物采食后自由飲水。按常規(guī)管理程序進(jìn)行驅(qū)蟲(chóng)和免疫。

1.4 樣品采集

    在收集期內(nèi)收集糞尿, 糞樣的收集采用全收糞法, 尿樣的收集采用全收尿法, 并記錄每期的飼糧采食量。在收集期內(nèi)準(zhǔn)確收集育肥豬所排糞便, 并將糞樣放入-20℃冰箱中保存。在收集期內(nèi)準(zhǔn)確收集育肥豬所排尿液, 向盛放尿樣的桶內(nèi)加入適量10%的硫酸 (98%的硫酸與水以體積比1∶9混合) 固氮, 每天準(zhǔn)確計(jì)量所收集尿樣的體積, 按5%取樣后放入-20℃冰箱中保存。每個(gè)收集期結(jié)束時(shí), 每只育肥豬空腹前腔靜脈采血10 mL, 3 500 r/min離心10 min, 分離血清, 于-20℃冷凍保存?zhèn)溆谩?/span>

1.5 檢測(cè)指標(biāo)與方法

1.5.1 飼糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的測(cè)定

     飼糧干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、鈣和總磷含量檢測(cè)參照AOAC (2000) 的方法。

    飼糧氨基酸含量的檢測(cè):試驗(yàn)飼糧樣品粉碎后分別在110℃下經(jīng)6 mol/L鹽酸水解24 h和0℃下經(jīng)過(guò)甲酸氧化16 h后再經(jīng)鹽酸水解24 h, 用氨基酸自動(dòng)分析儀 (S7130型, 德國(guó)Sykam公司) 測(cè)定15種氨基酸和含硫氨基酸含量;用4 mol/L氫氧化鈉在110℃下水解22 h后, 使用高效液相色譜儀 (LC-10A型, 日本島津儀器公司) 測(cè)定色氨酸含量。

1.5.2 氮平衡指標(biāo)的測(cè)定

    收集期結(jié)束后, 將4 d的糞樣混合、稱重并用四分法取鮮糞樣重的10%于65℃烘箱中烘干, 回潮24 h至恒重, 粉碎并測(cè)定糞樣中氮含量。

   收集期結(jié)束后, 把4 d所收取的全部尿樣充分混勻, 用于測(cè)定尿樣中氮含量。

   糞樣和尿樣中氮含量的測(cè)定方法同飼糧中氮含量的測(cè)定方法, 根據(jù)育肥豬的日采食量、日排糞量、日排尿量, 計(jì)算每日的氮攝入量、氮排出量和氮沉積量, 并計(jì)算氮沉積率。

氮沉積率 (%) =100×氮沉積量/氮攝入量。

1.5.3 氨基酸全腸道表觀消化率的測(cè)定

    凍干糞樣中氨基酸含量的測(cè)定方法同飼糧中氨基酸含量的測(cè)定方法, 根據(jù)育肥豬的日采食量和日排糞量, 計(jì)算氨基酸全腸道表觀消化率, 公式如下:

氨基酸全腸道表觀消化率( %) = 100×( 氨基酸攝入量－糞中氨基酸含量) /氨基酸攝入量。

1.5.4 血清尿素氮濃度的測(cè)定

    采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定血清尿素氮濃度。

2.1 低蛋白質(zhì)飼糧中添加不同水平亮氨酸對(duì)育肥豬氮平衡和血清尿素氮濃度的影響

    從表3中可以看出, 在粗蛋白質(zhì)含量為10.0%的低蛋白質(zhì)飼糧中添加低于1.2%的亮氨酸時(shí)對(duì)育肥豬的干物質(zhì)采食量無(wú)顯著影響 (P>0.05) 。從氮平衡的數(shù)據(jù)可以看出, 4個(gè)低蛋白質(zhì)飼糧組中育肥豬氮攝入量顯著低于正常蛋白質(zhì)飼糧組 (P<0.05) , 繼而氮排出量和氮沉積量也顯著低于正常蛋白質(zhì)飼糧組 (P<0.05) , 但是氮沉積率顯著高于正常蛋白質(zhì)飼糧組 (P<0.05) 。與未添加亮氨酸的低蛋白質(zhì)飼糧相比, 在粗蛋白質(zhì)含量為10.0%的低蛋白質(zhì)飼糧中添加少量 (0.4%) 的亮氨酸時(shí), 氮排出量顯著降低 (P<0.05) , 氮沉積量和氮沉積率出現(xiàn)顯著升高 (P<0.05) ;而當(dāng)亮氨酸添加水平繼續(xù)增加時(shí), 氮沉積量和氮沉積率又會(huì)出現(xiàn)顯著的下降 (P<0.05) 。

3.1 低蛋白質(zhì)飼糧中添加不同水平亮氨酸對(duì)育肥豬氮平衡和血清尿素氮濃度的影響

     氮是畜牧生產(chǎn)中造成環(huán)境污染的主要物質(zhì)之一, 近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外對(duì)于低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)生長(zhǎng)肥育豬氮排泄影響的研究較多。對(duì)于生長(zhǎng)育肥豬而言, 飼糧中63%的氮通過(guò)糞和尿排出體外, 既造成了氮的浪費(fèi)又污染了環(huán)境。大量研究表明, 在不影響生長(zhǎng)性能的前提下, 生長(zhǎng)肥育豬飼糧蛋白質(zhì)水平每降低1%, 豬氮排出量可減少8%～10%。Canh等發(fā)現(xiàn), 將飼糧蛋白質(zhì)水平降低2%～4%, 并添加賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸和色氨酸之后, 55 kg的生長(zhǎng)育肥豬糞氮排出量并未減少, 但尿氮排出量顯著下降, 飼糧蛋白質(zhì)水平每降低1%, 糞尿釋放出的氨氣會(huì)減少10.0%～12.5%。在本試驗(yàn)中, 粗蛋白質(zhì)含量為10.0%的低蛋白質(zhì)飼糧組的氮排出量比粗蛋白質(zhì)含量為14.5%的正常蛋白質(zhì)飼糧組低12.62%, 該結(jié)果與上述相關(guān)研究結(jié)果相一致, 說(shuō)明降低飼糧中的蛋白質(zhì)水平能減少氮排出, 減少養(yǎng)豬生產(chǎn)中氮的浪費(fèi), 緩解氮排放造成的環(huán)境污染。此外, 眾多研究發(fā)現(xiàn), 飼糧蛋白質(zhì)水平降低時(shí), 血漿尿素氮濃度隨之呈線性降低。本試驗(yàn)顯示, 低蛋白質(zhì)飼糧組與正常蛋白質(zhì)飼糧組相比, 育肥豬血漿尿素氮濃度出現(xiàn)顯著降低, 此結(jié)果進(jìn)一步印證了飼糧蛋白質(zhì)水平降低會(huì)降低氮排放。

    大部分氮損失與氮源的消化利用率低有關(guān), 因而提高飼糧中蛋白質(zhì)的利用效率非常重要。Rotz的研究表明, 在低蛋白質(zhì)飼糧添加合成氨基酸, 能夠通過(guò)改善氨基酸的平衡, 提高育肥豬的氮利用率, 顯著提升氮沉積率, 有效減少氮的損失。此外, 有試驗(yàn)證明, 低蛋白質(zhì)飼糧中添加支鏈氨基酸 (亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸) 能顯著改善斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能和氮利用效率。故而, 本試驗(yàn)進(jìn)一步研究了在低蛋白質(zhì)飼糧中添加不同水平度亮氨酸對(duì)育肥豬氮平衡的影響。

    已有研究表明, 在飼糧中添加過(guò)量 (3.12%) 的亮氨酸或α-酮戊己酸 (亮氨酸的轉(zhuǎn)氨產(chǎn)物) 會(huì)顯著影響斷奶仔豬的平均日采食量, 同時(shí)顯著降低平均日增重, 對(duì)斷奶仔豬的生長(zhǎng)產(chǎn)生有負(fù)面影響。因此, 在正式試驗(yàn)開(kāi)始之前, 本研究通過(guò)預(yù)試驗(yàn)研究了低蛋白質(zhì)飼糧中添加不同水平亮氨酸對(duì)育肥豬采食量的影響, 結(jié)果顯示, 當(dāng)亮氨酸添加水平高達(dá)1.8%和2.5%時(shí)會(huì)顯著降低育肥豬的采食量, 故而正式試驗(yàn)時(shí)設(shè)定的低蛋白質(zhì)飼糧中亮氨酸添加水平低于1.8%。正式試驗(yàn)所得結(jié)果與前人研究相一致, 即0.4%～1.2%的亮氨酸均未對(duì)育肥豬的采食量產(chǎn)生不良影響。

    亮氨酸作為蛋白質(zhì)合成的重要底物, 無(wú)法在哺乳動(dòng)物體內(nèi)合成。大量研究表明, 亮氨酸能夠有效地促進(jìn)蛋白質(zhì)合成, 抑制蛋白質(zhì)降解。Sugaw ara等研究發(fā)現(xiàn)在低蛋白質(zhì)飼糧中添加亮氨酸能夠緩解低蛋白質(zhì)飼糧引發(fā)的蛋白質(zhì)降解。近年的研究發(fā)現(xiàn)亮氨酸可以通過(guò)增強(qiáng)哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1 (mTORC1) 及活化其下游效應(yīng)物來(lái)刺激新生仔豬肌肉蛋白質(zhì)的合成。故而, 本試驗(yàn)在應(yīng)用粗蛋白質(zhì)含量為10.0%的低蛋白質(zhì)飼糧的基礎(chǔ)上添加了不同水平的亮氨酸, 結(jié)果表明亮氨酸的添加顯著提高了氮沉積率, 其中0.4%亮氨酸添加組效果最為顯著, 氮排出量較粗蛋白質(zhì)含量為14.5%的正常蛋白質(zhì)飼糧組低14.59%, 而氮沉積率則高出12.62%。出現(xiàn)該結(jié)果可能是由于支鏈氨基酸在低蛋白質(zhì)飼糧中的添加進(jìn)一步平衡了低蛋白質(zhì)飼糧的氨基酸平衡性, 從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮利用率的提升;同時(shí), 也可能是由于亮氨酸促進(jìn)了育肥豬肌肉及內(nèi)臟組織的蛋白質(zhì)合成速率, 從而提高了機(jī)體對(duì)氮的利用效率。而當(dāng)亮氨酸添加水平超過(guò)0.4%時(shí), 氮排出量反而有增高趨勢(shì), 同時(shí)氮沉積量顯著減少, 氮沉積率顯著降低, 這可能是亮氨酸添加過(guò)量打破了原有的氨基酸平衡, 影響了其他氨基酸的吸收和代謝, 繼而影響了整體氮代謝。

    以氮沉積量為效應(yīng)指標(biāo)的二次擬合曲線表明, 隨著飼糧中標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化亮氨酸與賴氨酸比值的提高, 氮沉積量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì), 同時(shí), 二次回歸方程評(píng)估生長(zhǎng)育肥豬飼糧中適宜的標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化亮氨酸與賴氨酸比值為1.65, 與0.4%亮氨酸添加組最為接近。目前關(guān)于亮氨酸最適添加水平的研究主要集中在仔豬和生長(zhǎng)豬階段, 對(duì)育肥豬的研究相對(duì)較少。Soumeh等研究發(fā)現(xiàn), 在8～12 kg仔豬低蛋白質(zhì)飼糧中添加亮氨酸使標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化亮氨酸與賴氨酸比值約為0.93時(shí), 促生長(zhǎng)效果最優(yōu);而Wessels等在35 kg生長(zhǎng)豬的研究中則發(fā)現(xiàn), 低蛋白質(zhì)飼糧中標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化亮氨酸與賴氨酸比值為1.08時(shí)生長(zhǎng)性能最佳。本試驗(yàn)主要研究了亮氨酸對(duì)育肥豬氮沉積的影響, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)在低蛋白質(zhì)飼糧中添加0.4%的亮氨酸使標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化亮氨酸與賴氨酸比值為1.65時(shí), 氮沉積效果最佳。對(duì)于育肥豬而言, 生長(zhǎng)性能的改變已經(jīng)很難顯著, 生產(chǎn)上的性能優(yōu)勢(shì)偏重于胴體組成, 期望通過(guò)添加亮氨酸達(dá)到提高氮沉積、改善胴體組成的效果, 有關(guān)在低蛋白質(zhì)飼糧中添加亮氨酸對(duì)于機(jī)體蛋白質(zhì)合成及胴體組成的影響還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3.2 低蛋白質(zhì)飼糧中添加不同水平亮氨酸對(duì)育肥豬氨基酸全腸道表觀消化率的影響

     氨基酸全腸道表觀消化率的結(jié)果顯示, 隨著亮氨酸添加水平的升高, 異亮氨酸和纈氨酸全腸道表觀消化率均出現(xiàn)了線性下降的趨勢(shì)。與未添加亮氨酸組相比, 1.2%賴氨酸添加組異亮氨酸和纈氨酸全腸道表觀消化率分別下降1.05%和1.50%。前人的試驗(yàn)證明, 在飼糧中補(bǔ)充亮氨酸會(huì)對(duì)血清中異亮氨酸和纈氨酸的濃度產(chǎn)生影響。

    亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸同屬于支鏈氨基酸, 支鏈氨基酸是動(dòng)物體自身不能合成而必須從飼糧中攝取的必需氨基酸。支鏈氨基酸在動(dòng)物體內(nèi)具有特殊的代謝途徑, 因而在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中發(fā)揮著重要而獨(dú)特的生物學(xué)功能。諸多研究已證明這3種支鏈氨基酸之間存在一定的拮抗作用, 即當(dāng)飼糧中任意一種支鏈氨基酸的含量過(guò)高, 將影響其他2種支鏈氨基酸的正常代謝。CervantesRamírez等報(bào)道, 在仔豬飼糧中添加0.50%的亮氨酸會(huì)顯著降低仔豬血清中異亮氨酸的含量。而王彬等的研究也發(fā)現(xiàn)斷奶仔豬采食添加中 (0.27%) 和高水平 (0.55%) 亮氨酸的低蛋白質(zhì)飼糧 (粗蛋白質(zhì)含量為16.90%) 3 h后, 血漿中纈氨酸和異亮氨酸的含量顯著降低, 這與本試驗(yàn)結(jié)論一致, 表明當(dāng)飼糧中添加的亮氨酸超過(guò)適宜水平時(shí), 會(huì)表現(xiàn)出支鏈氨基酸之間的拮抗作用, 影響機(jī)體對(duì)于異亮氨酸和纈氨酸的吸收。究其原因, 可能是由于支鏈氨基酸共用同一類型的降解酶和轉(zhuǎn)運(yùn)載體, 其在支鏈氨基酸轉(zhuǎn)移酶的作用下被初步分解為支鏈-α-酮酸, 隨后進(jìn)一步脫羧后其代謝物共同參與到三羧酸循環(huán)中, 三者之間存在著反饋抑制的機(jī)制, 故而平衡一旦被打破, 其中一種支鏈氨基酸含量的升高必然對(duì)剩余2種支鏈氨基酸的代謝造成影響。