周 華 陳代文 毛湘冰 何 軍 虞 潔鄭 萍 羅鈞秋 余 冰
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所,動(dòng)物抗病營(yíng)養(yǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,雅安 625014)
在仔豬飼糧中添加抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑可有效降低腹瀉發(fā)生率,然而公眾越來越擔(dān)憂人食用這些豬肉后具有誘發(fā)產(chǎn)生耐藥性菌株的潛在風(fēng)險(xiǎn),這促使研究人員尋找控制斷奶期腹瀉、維持腸道完整性的替代方法,其中降低飼糧蛋白質(zhì)水平同時(shí)補(bǔ)充合成氨基酸是控制仔豬斷奶后腹瀉的有效措施。近年來,大量的研究報(bào)道降低飼糧蛋白質(zhì)水平有利于減輕仔豬斷奶后腹瀉[1-7]。但有關(guān)低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)斷奶仔豬腸道結(jié)構(gòu)與功能的影響及其可能作用機(jī)制的報(bào)道較少。因此,本文旨在總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于低蛋白質(zhì)平衡氨基酸飼糧對(duì)斷奶仔豬腸道結(jié)構(gòu)與功能影響的研究,以促進(jìn)低蛋白質(zhì)飼糧在斷奶仔豬上的應(yīng)用及其研究的深入。
斷奶仔豬由于消化與免疫系統(tǒng)發(fā)育尚未完善,飼糧形態(tài)由母乳到固體飼料的轉(zhuǎn)變將會(huì)影響其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。未消化吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在腸道內(nèi)作為細(xì)菌的發(fā)酵底物而引起病原菌增殖,產(chǎn)生大量的毒性物質(zhì),從而導(dǎo)致腹瀉,損害腸道健康[8]。此外,豆粕是斷奶仔豬飼糧中常用的蛋白質(zhì)原料,其所含的大豆球蛋白(glycinin)和β-伴大豆球蛋白(β-conglycinin)是引起超敏反應(yīng)的主要抗原[9]。仔豬斷奶前后飼喂含大豆蛋白的飼糧會(huì)激發(fā)特異的暫時(shí)性小腸過敏反應(yīng),造成仔豬小腸絨毛受損,進(jìn)而導(dǎo)致消化吸收障礙、生長(zhǎng)受阻和腹瀉的發(fā)生[10-11]。因此,仔豬斷奶后飼喂高蛋白質(zhì)飼糧易引起腸道功能紊亂,進(jìn)而導(dǎo)致腹瀉。減少有害微生物發(fā)酵與抗原蛋白對(duì)腸道的損傷是提高機(jī)體免疫力、促進(jìn)腸道健康的重要手段。降低豆粕用量能夠直接減少飼糧中大豆抗原蛋白的含量,在理論上有利于斷奶仔豬腸道健康和生長(zhǎng)性能的發(fā)揮。
已有研究表明飼喂低蛋白質(zhì)飼糧有利于降低仔豬腹瀉[1-7]。仔豬飼喂低蛋白質(zhì)飼糧可減少對(duì)豆粕的攝入,減輕大豆抗原蛋白對(duì)腸道的免疫損傷[12],同時(shí)減少胃腸道內(nèi)用于細(xì)菌增殖的底物數(shù)量,有利于減輕仔豬腹瀉[13]。但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)高蛋白質(zhì)與低蛋白質(zhì)飼糧組的仔豬腹瀉情況沒有顯著差異[14-15]。產(chǎn)生不同結(jié)果的可能原因是試驗(yàn)所處的飼養(yǎng)環(huán)境不同,試驗(yàn)所處的環(huán)境清潔可能有利于腸道健康,使腹瀉率降低。此外,降低飼糧蛋白質(zhì)水平會(huì)導(dǎo)致氨基酸供給不平衡,影響生長(zhǎng)性能[16-18]。然而,當(dāng)飼糧蛋白質(zhì)水平降低程度在一定范圍內(nèi)且同時(shí)滿足仔豬氨基酸需要時(shí)對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能沒有顯著影響[4-5]。因此,降低飼糧蛋白質(zhì)水平的同時(shí)滿足氨基酸需要是減少斷奶仔豬腹瀉并維護(hù)其生長(zhǎng)性能與腸道健康的一種重要途徑。
腸道是機(jī)體重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收器官,也是機(jī)體對(duì)抗病原體與毒素入侵的保護(hù)屏障,腸道的健康發(fā)育對(duì)維持仔豬最佳生長(zhǎng)性能十分重要[19-20]。飼糧蛋白質(zhì)水平是影響斷奶仔豬腸道發(fā)育的重要因素,蛋白質(zhì)水平過低,氨基酸的供給不能滿足生長(zhǎng)需要,生長(zhǎng)受阻;蛋白質(zhì)水平過高,造成氨基酸浪費(fèi)同時(shí)致使進(jìn)入后腸的蛋白質(zhì)腐敗加強(qiáng),引起有害微生物的增殖,損害腸道健康。因此,飼喂低蛋白質(zhì)且氨基酸平衡的飼糧對(duì)仔豬腸道健康發(fā)育是有益的,但關(guān)于低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)斷奶仔豬腸道結(jié)構(gòu)與功能的影響因素及其可能作用機(jī)制還沒有完全探明,需要作進(jìn)一步的研究。
小腸絨毛是仔豬消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要部位,絨毛萎縮意味著絨毛吸收細(xì)胞減少,分泌細(xì)胞增多,腸道黏膜萎縮,造成吸收能力下降。隱窩深度反映了隱窩細(xì)胞的增殖率和成熟度。隱窩增生表明細(xì)胞增殖率增加,細(xì)胞成熟度下降,消化酶的合成和分泌減少。研究報(bào)道,隨著飼糧蛋白質(zhì)水平的增加,斷奶仔豬十二指腸和回腸隱窩深度顯著增加,小腸各段絨毛長(zhǎng)度/隱窩顯著降低[21]。Gu等[22]在斷奶仔豬空腸段也觀察到了相似的結(jié)果。這說明對(duì)于消化系統(tǒng)發(fā)育尚未完善的斷奶仔豬來說,飼喂高蛋白質(zhì)飼糧將影響腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)。然而,Opapeju等[3]研究得出,粗蛋白質(zhì)(CP)水平為17%的低蛋白質(zhì)飼糧組仔豬回腸隱窩深度顯著低于CP水平為21%的飼糧組,有利于仔豬腸道形態(tài)發(fā)育。但需要指出的是飼糧蛋白質(zhì)水平降低程度不應(yīng)超過一定范圍,大量的研究報(bào)道,飼糧蛋白質(zhì)水平降低2~4個(gè)百分點(diǎn)對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能沒有顯著影響[1,4-5,14-15],而超過 4 個(gè)百分點(diǎn)后生長(zhǎng)性能降低[5-6,15]。其可能的原因是飼糧蛋白質(zhì)水平過低導(dǎo)致氨基酸供給不足,影響生長(zhǎng)發(fā)育。Opapeju等[3]的研究報(bào)道,飼喂低蛋白質(zhì)飼糧雖顯著降低仔豬回腸隱窩深度,但小腸重量卻顯著低于飼喂高蛋白質(zhì)飼糧。同時(shí)鄧敦[23]研究得出仔豬飼糧蛋白質(zhì)水平從20.7%降至12.7%時(shí)已不能滿足仔豬的氨基酸需要,顯著降低內(nèi)臟及肌肉組織的蛋白質(zhì)合成。因此,在降低飼糧蛋白質(zhì)水平的同時(shí)確保氨基酸供給充足非常重要。Zhang等[24]研究得出,在CP水平為17.1%的低蛋白質(zhì)飼糧中僅添加賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、色氨酸會(huì)顯著降低仔豬十二指腸、空腸、回腸的絨毛長(zhǎng)度,而在CP水平為17.9%的低蛋白質(zhì)飼糧中同時(shí)添加支鏈氨基酸(包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸)能修復(fù)受損的絨毛。Ren等[25]也指出,CP水平為17.25%不添加氨基酸的低蛋白質(zhì)飼糧組仔豬腸絨毛長(zhǎng)度顯著低于對(duì)照組(CP水平為23.16%),而平衡滿足所有必需氨基酸需要的低蛋白質(zhì)飼糧組(CP水平為17.32%)的絨毛長(zhǎng)度與對(duì)照組相比差異不顯著。上述結(jié)果進(jìn)一步說明降低飼糧蛋白質(zhì)水平的同時(shí)提供充足的氨基酸供給對(duì)于腸道發(fā)育的重要性。動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的需要實(shí)質(zhì)上是對(duì)氨基酸的需要,高蛋白質(zhì)飼糧能通過高蛋白質(zhì)水平來滿足動(dòng)物對(duì)限制性氨基酸的需要;與高蛋白質(zhì)飼糧相比,低蛋白質(zhì)飼糧的限制氨基酸種類較多,限制程度也較大,飼糧限制性氨基酸的滿足程度制約了低蛋白質(zhì)飼糧蛋白質(zhì)水平的降低[26-27]。仔豬飼糧蛋白質(zhì)水平降低程度超過一定范圍僅僅添加前4種限制性氨基酸(賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、色氨酸)不能滿足腸道發(fā)育的需要。因?yàn)轱暭Z蛋白質(zhì)水平下降程度越大,可能引起的必需氨基酸種類與數(shù)量缺乏越多。然而,Yue等[5]研究表明,滿足所有必需氨基酸供給時(shí)飼糧蛋白質(zhì)水平從23.1%降低至18.9%時(shí)對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能、十二指腸、空腸的絨毛長(zhǎng)度沒有影響,但降至17.2%時(shí)顯著降低生長(zhǎng)性能及十二指腸、空腸的絨毛長(zhǎng)度;同時(shí)指出當(dāng)飼糧蛋白質(zhì)水平降至17.2%時(shí)谷氨酰胺與精氨酸可能是維持腸道發(fā)育與生長(zhǎng)性能的必需氨基酸。Deng等[28]也得出了與之相似的推測(cè),且有報(bào)道指出飼糧中添加谷氨酰胺或精氨酸有利于仔豬生長(zhǎng)[29-30]。但岳隆耀[31]在研究中發(fā)現(xiàn)飼糧 CP水平從21%降至17%時(shí),即使平衡必需氨基酸,對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能也有明顯抑制,進(jìn)一步補(bǔ)充谷氨酰胺沒有表現(xiàn)出預(yù)期的正效果,反而顯著抑制生長(zhǎng),且CP水平為17%的飼糧補(bǔ)充必需氨基酸和精氨酸與僅僅補(bǔ)充必需氨基酸相比,對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能僅有明顯的改善或有改善的趨勢(shì)。綜合以上研究發(fā)現(xiàn),低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能及腸道發(fā)育的影響可能還存在除氨基酸種類以外的其他影響因素。有學(xué)者指出,以添加合成氨基酸形式降低飼糧蛋白質(zhì)水平是有一定限度的,飼糧完整蛋白質(zhì)的某些特殊生理作用是合成氨基酸無法替代的[32]。蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)作用并非僅僅提供氨基酸,動(dòng)物需要一定量的完整蛋白質(zhì)才能達(dá)到最佳的生長(zhǎng)效率[33]。尹慧紅[27]指出,低蛋白質(zhì)飼糧的小肽水平比傳統(tǒng)高蛋白質(zhì)飼糧低,限制了機(jī)體蛋白質(zhì)的沉積速度。另外,低蛋白質(zhì)飼糧下氨基酸平衡模型有待優(yōu)化,正常飼糧蛋白質(zhì)的氨基酸模型不能簡(jiǎn)單應(yīng)用到低蛋白質(zhì)飼糧中。張桂杰[34]和謝春元[35]分別在生長(zhǎng)豬與肥育豬上研究了低蛋白質(zhì)飼糧下標(biāo)準(zhǔn)回腸可消化含硫氨基酸、蘇氨酸、色氨酸與賴氨酸的適宜比例,得出的結(jié)果均高于NRC(2012)[36]的推薦水平。除此之外,有學(xué)者認(rèn)為在低蛋白質(zhì)飼糧中還可能存在電解質(zhì)的不平衡[33]。然而,目前對(duì)這些假設(shè)或可能影響因素的研究鮮有報(bào)道,因此低蛋白質(zhì)飼糧在仔豬上應(yīng)用與推廣前還需要作進(jìn)一步的研究。
飼糧組成影響仔豬消化酶的分泌,郝瑞榮等[37]發(fā)現(xiàn)飼糧蛋白質(zhì)水平從24%降至20%時(shí)對(duì)仔豬胃、十二指腸和空腸內(nèi)容物酶的活性無顯著影響,而當(dāng)降至18%時(shí)仔豬胃蛋白酶、十二指腸胰蛋白酶及空腸糜蛋白酶的活性顯著下降。鄧敦[23]在生長(zhǎng)豬研究也發(fā)現(xiàn)飼糧蛋白質(zhì)水平降低4.6百分點(diǎn)(由18.2%降至13.6%)顯著降低胰蛋白酶與十二指腸蛋白酶活性。其可能的原因是飼糧蛋白質(zhì)水平降低幅度太大,氨基酸供給不足,已不能滿足動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要,從而影響消化酶活性。然而,Yue等[5]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)平衡滿足所有必需氨基酸時(shí)飼糧蛋白質(zhì)水平從23.1%降至18.9%時(shí)對(duì)仔豬空腸乳糖酶、蔗糖酶和麥芽糖酶活性沒有顯著影響,而進(jìn)一步降至17.2%時(shí),乳糖酶、蔗糖酶和麥芽糖酶活性顯著下降,進(jìn)而猜想低蛋白質(zhì)飼糧添加滿足必需氨基酸需要的同時(shí)還可能存在非必需氨基酸(精氨酸與谷氨酰胺)的缺乏。可Ewtushik等[38]報(bào)道,與對(duì)照組相比,飼糧添加精氨酸或谷氨酸對(duì)斷奶仔豬空腸近端乳糖酶、蔗糖酶和麥芽糖酶的活性沒有顯著影響。猜測(cè)可能還存其他更多非必需氨基酸的缺乏或其他的影響因素,需要作進(jìn)一步的研究。在生長(zhǎng)豬上,魯寧[39]研究發(fā)現(xiàn),飼糧蛋白質(zhì)水平降低4個(gè)百分點(diǎn)(由18%降至14%)后胃蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的活性無顯著變化;張桂杰[34]研究得出,飼糧蛋白質(zhì)水平降低3.8 個(gè)百分點(diǎn)(由18.3%降至14.5%)對(duì)回腸內(nèi)二糖酶和胰蛋白酶的活性沒有顯著影響,推測(cè)可能是由于生長(zhǎng)豬腸道發(fā)育已經(jīng)較為完善所致。
豆粕中所含的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白是引起超敏反應(yīng)的主要抗原[9]。仔豬斷奶前后飼喂含大豆蛋白的飼糧會(huì)激發(fā)特異的暫時(shí)性小腸過敏反應(yīng),影響仔豬腸道免疫。而減少仔豬階段飼糧中豆粕的含量是減少抗原蛋白,減輕過敏反應(yīng),利于腸道免疫的直接方法。但在減少豆粕用量降低飼糧蛋白質(zhì)水平的同時(shí)保證充足氨基酸的供給對(duì)于機(jī)體免疫防御非常重要。鄧敦[23]研究發(fā)現(xiàn)飼糧蛋白質(zhì)水平降低8個(gè)百分點(diǎn)(由20.7%降至12.7%)顯著影響血漿免疫球蛋白A(IgA)和免疫球蛋白G(IgG)濃度,而IgA主要是由腸系膜淋巴組織中的漿細(xì)胞產(chǎn)生,IgA缺乏將導(dǎo)致腸屏障功能削弱;IgG是動(dòng)物自然感染和人主動(dòng)免疫后,機(jī)體所產(chǎn)生的主要抗體,人和動(dòng)物血清中含量最高,在機(jī)體防御中發(fā)揮抗感染、中和毒素及調(diào)理作用。岳隆耀[31]對(duì)斷奶仔豬腸道蛋白質(zhì)組研究發(fā)現(xiàn),氨基酸平衡的低蛋白質(zhì)組仔豬空腸免疫防御功能增加,但部分氨基酸營(yíng)養(yǎng)不足會(huì)導(dǎo)致腸道細(xì)胞生長(zhǎng)增殖受限。不添加氨基酸的低蛋白質(zhì)組仔豬空腸對(duì)碳水化合物和脂類轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝加強(qiáng),能量需要增加。不添加氨基酸的低蛋白質(zhì)組仔豬空腸的纖毛動(dòng)力蛋白比氨基酸平衡的低蛋白質(zhì)組少,表明沒有添加氨基酸的低蛋白質(zhì)組中氨基酸營(yíng)養(yǎng)水平較低,影響了腸絨毛運(yùn)動(dòng)蛋白的合成。此外,鄧敦[23]應(yīng)用 Western blotting方法,從蛋白質(zhì)翻譯水平上[真核起始因子4E結(jié)合蛋白1(4E-BP1)、核糖體S6激酶1(S6K1)、哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、真核起始因子4E(eIF4E)和真核起始因子4G(eIF4G)]解釋低蛋白質(zhì)飼糧補(bǔ)充必需氨基酸影響機(jī)體蛋白質(zhì)合成的內(nèi)在機(jī)制,得出降低飼糧蛋白質(zhì)水平(由20.7%降至12.7%)顯著降低仔豬胰腺、肺、肝臟、腎、胃和背最長(zhǎng)肌蛋白質(zhì)合成,是由于減少肌肉和肝臟4EBP1磷酸化以及肝臟mTOR磷酸化,增加肌肉4E-BP1與eIF4E的結(jié)合,抑制肝臟eIF4E·eIF4G復(fù)合物的形成。降低飼糧蛋白質(zhì)水平時(shí)會(huì)引起氨基酸缺乏,當(dāng)不能滿足仔豬需要時(shí)將影響機(jī)體蛋白質(zhì)的合成,致使腸道的防御能力和抗感染能力下降,免疫機(jī)能減弱。因此,低蛋白質(zhì)飼糧條件下,飼糧氨基酸平衡能否滿足需要是仔豬維持良好免疫功能的基礎(chǔ)。
小腸各段pH以及微生物降解產(chǎn)物(氨氮和胺)濃度是衡量腸道健康和微生物活性的指標(biāo)。因豆粕的系酸力顯著高于玉米和小麥等能量飼料,因此高蛋白質(zhì)飼糧具有較高的緩沖效應(yīng),也是腸道pH增大的原因之一。較高的腸道pH有利于細(xì)菌增殖,但降低飼糧蛋白質(zhì)水平,將減少豆粕用量,增加飼糧玉米的含量。因此,理論上,降低飼糧蛋白質(zhì)水平會(huì)降低仔豬腸道pH。Nyachoti等[15]指出飼糧蛋白質(zhì)水平從23%降至17%時(shí)回腸食糜pH呈二次性下降。但Htoo等[14]研究指出不同蛋白質(zhì)水平飼糧組仔豬回腸食糜、盲腸食糜pH沒有顯著差異。此外,因斷奶仔豬消化吸收系統(tǒng)發(fā)育尚未完善,當(dāng)采食高蛋白質(zhì)飼糧時(shí)未消化的CP和碳水化合物等進(jìn)入后腸道作為微生物發(fā)酵和增殖的底物,使大腸桿菌等腐敗菌大量繁殖,大腸桿菌等有害菌增殖發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生氨和多胺等物質(zhì)。氨影響腸道上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化,同時(shí)引起腹瀉[40]。對(duì)于豬,微生物發(fā)酵主要在回腸后段與大腸,給予仔豬低蛋白質(zhì)飼糧將減少未消化蛋白質(zhì)進(jìn)入后腸道的量,從而減少有害菌在仔豬腸道的增殖及相關(guān)毒素的產(chǎn)生。許多學(xué)者通過研究得出飼喂低蛋白質(zhì)飼糧有利于降低仔豬后腸食糜氨氮濃度[6,14-15],有益于仔豬腸道健康。此外飼糧組成是影響胃腸道微生態(tài)的主要因素[41-42]。降低飼糧蛋白質(zhì)水平并添加必需氨基酸時(shí)替代了飼糧中部分豆粕,將會(huì)改變飼糧組成的比例,使得飼糧中纖維、非淀粉多糖的含量隨之變化,而飼糧纖維、非淀粉多糖的含量都將會(huì)對(duì)腸道微生物的活力產(chǎn)生影響,特別是在盲腸與結(jié)腸。因此,低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)仔豬腸道微生態(tài)的影響也需要作進(jìn)一步的研究。
本文主要綜述了玉米-豆粕型低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)仔豬腸道健康影響的研究,通過減少豆粕用量配制低蛋白質(zhì)飼糧,可以有效節(jié)約蛋白質(zhì)飼料資源,減輕豆粕中大豆抗原蛋白引起對(duì)仔豬的超敏反應(yīng),降低未消化蛋白進(jìn)入仔豬后腸的量,減少后腸微生物發(fā)酵與增殖的底物數(shù)量,減少有害腐敗微生物的大量繁殖,減少氨和多胺等有害物質(zhì)的產(chǎn)生,減輕對(duì)腸道結(jié)構(gòu)與功能的損傷,從而降低仔豬腹瀉,保護(hù)腸道健康。此外,低蛋白質(zhì)飼糧條件下氨基酸供給不能滿足仔豬生長(zhǎng)需要時(shí)不僅影響其生長(zhǎng)性能,同時(shí)影響腸道形態(tài)、消化酶活性及腸道免疫功能,而氨基酸平衡的低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能及腸道結(jié)構(gòu)與功能是有益的,但其中仍然存在諸多問題,有待進(jìn)一步探討。首先,需要進(jìn)一步研究不影響斷奶仔豬生長(zhǎng)性能同時(shí)更好保護(hù)腸道健康的適宜飼糧蛋白質(zhì)降低水平,降低程度太大易引起氨基酸大量缺乏;其次,低蛋白質(zhì)飼糧條件下,蛋白質(zhì)水平降低不同程度所需平衡的氨基酸種類與數(shù)量需要進(jìn)一步研究,以避免氨基酸的浪費(fèi)或氨基酸供給不足而導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育受阻;再次,其他飼糧類型的低蛋白質(zhì)飼糧中氨基酸限制性順序、需要量、平衡模式也需要做進(jìn)一步研究;此外,降低飼糧蛋白質(zhì)水平通過添加合成氨基酸來平衡飼糧時(shí)生長(zhǎng)性能仍受限制,單體合成氨基酸可能不能完全替代完整蛋白質(zhì)在體內(nèi)發(fā)揮的生理作用,或低蛋白質(zhì)飼糧條件下可能還存在其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的不平衡,對(duì)此需要做進(jìn)一步研究;最后,目前關(guān)于低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)斷奶仔豬腸道健康影響的研究揭示現(xiàn)象的較多,對(duì)其中深層次的途徑與機(jī)制研究較少,需要做深入研究。
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