低蛋白日糧補(bǔ)充合成氨基酸研究進(jìn)展

csg0210

低蛋白日糧補(bǔ)充合成氨基酸研究進(jìn)展

Advances of application of synthetic amino acids in

low-protein ration

王旭1
李曉潔1
譙仕彥1
潘寶海1
王德輝2

（1國(guó)家飼料工程技術(shù)研究中心， 北京　 100094）

（2長(zhǎng)春大成實(shí)業(yè)集團(tuán)， 長(zhǎng)春　 130111）

Wang Xu Li Xiaojie Qiao Shiyan Pan Baohai and Wang Dehui

(National Feed Engineering Technology Research Center Beijing 100094)

摘 要：近年來(lái)，公眾越來(lái)越關(guān)注畜牧業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境所造成的負(fù)面影響。解決該問(wèn)題的有效方法是降低氮攝入量和保持氨基酸的充足供給以滿(mǎn)足動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要。通過(guò)營(yíng)養(yǎng)學(xué)技術(shù)，提高豬的飼料轉(zhuǎn)化效率，減少排污(糞尿)，已成為當(dāng)前營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。其中最有效的方法之一是在日糧配合過(guò)程中使用合成氨基酸，降低日糧蛋白質(zhì)水平，而不影響動(dòng)物生產(chǎn)性能。隨著研究的深入，已經(jīng)使合成氨基酸的應(yīng)用從節(jié)約蛋白質(zhì)飼料到降低畜禽應(yīng)激、減輕畜禽排泄物導(dǎo)致的環(huán)境污染和充分滿(mǎn)足畜禽的營(yíng)養(yǎng)生理需要上來(lái)。研究表明，通過(guò)補(bǔ)充合成氨基酸，可降低日糧蛋白質(zhì)水平(2%-4%)，減少氮的排出量。日糧蛋白質(zhì)水平每降低一個(gè)百分點(diǎn)，氮排出量大約減少8%。
關(guān)鍵詞：豬 低蛋白質(zhì)日糧 合成氨基酸 氮 環(huán)境污染
keywords：swine
low-protein ration synthetic amino acids nitrogen environmental pollution
近年來(lái)，公眾越來(lái)越關(guān)注畜牧業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境所造成的負(fù)面影響。隨著畜牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和集約化程度的不斷提高，畜牧生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢物和糞尿，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，極大的影響了居民的生活環(huán)境質(zhì)量和身體健康。其中，氮和磷是畜禽糞便中造成環(huán)境污染的主要物質(zhì)，大部分氮損失與氮源的消化吸收效率低有關(guān)，因而提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效率是非常重要的。
畜禽飼養(yǎng)密度的增加及環(huán)保要求（如降低糞中氮和磷對(duì)土壤和水的污染）的提高迫使人們提出一種新的畜禽飼養(yǎng)策略。解決該問(wèn)題的主要辦法是使用利用率比較高的飼料原料以降低糞中氮的排出量。眾所周知，合成氨基酸有助于提高氨基酸（氮）的消化率，并且可促進(jìn)瘦肉組織的高速增長(zhǎng)，這是合成氨基酸在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的重要作用之一。Kerr 和Easter（1995）就提出日糧中蛋白質(zhì)（需要補(bǔ)充合成氨基酸）降低一個(gè)百分點(diǎn)，糞便中氮的排出量就會(huì)降低8%。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，飼料級(jí)賴(lài)、蛋、蘇等限制性或必需氨基酸已能通過(guò)微生物發(fā)酵或化學(xué)合成等方法進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，從而為配合日糧中氨基酸的平衡創(chuàng)造了條件。因此對(duì)于既缺乏動(dòng)物蛋白原料，又缺乏植物蛋白原料的我國(guó)內(nèi)陸各省的廣大農(nóng)村而言，探討低蛋白日糧中賴(lài)、蛋、蘇氨基酸的適宜添加量，對(duì)促進(jìn)日糧中氨基酸的平衡，減少飼料浪費(fèi)，提高廣大養(yǎng)殖戶(hù)的經(jīng)濟(jì)效益具有重大的指導(dǎo)作用。
張書(shū)賢等（2003）研究表明，在仔豬低蛋白日糧中添加一定量的賴(lài)、蛋、蘇氨基酸對(duì)日增重、飼料報(bào)酬均有重要貢獻(xiàn)。但從試驗(yàn)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在14.5%的粗蛋白日糧中添加高劑量的賴(lài)氨酸（0.4%）、蛋氨酸（0.3%）、蘇氨酸（0.08%）時(shí)，日增重、飼料報(bào)酬反而下降，其中原因可能是過(guò)分強(qiáng)調(diào)賴(lài)、蛋、蘇等氨基酸用量，而忽視其他必須氨基酸的作用，導(dǎo)致日糧中其他必須氨基酸過(guò)少，使氨基酸出現(xiàn)新的不平衡，從而影響飼料報(bào)酬、日增重和經(jīng)濟(jì)效益。從試驗(yàn)中可以看出，在14.5%的粗蛋白日糧中添加0.2%-0.3%賴(lài)氨酸、0.1%-0.2%蛋氨酸、0.04%-0.06%蘇氨酸是比較合適的。
從文獻(xiàn)結(jié)果（表1）可以看出，對(duì)于生長(zhǎng)育肥豬，日糧蛋白質(zhì)水平降低2%或3%并補(bǔ)充合成氨基酸并不會(huì)影響生長(zhǎng)性能（Lopez 等, 1994; Tuitoek 等, 1997; Liu 等, 1999）。但如果降低日糧蛋白水平而不補(bǔ)充氨基酸，氮的吸收就會(huì)降低（Zervas 和 Zijlstra, 2002b），并且飼料效率及平均日增重也會(huì)降低（Tuitoek 等, 1997; Liu 等, 1999），這可能是由于低蛋白質(zhì)水平的日糧中，蛋白結(jié)合氨基酸的吸收效率下降，從而影響動(dòng)物的生產(chǎn)性能。在低蛋白質(zhì)日糧中添加合成氨基酸是否會(huì)影響蛋白結(jié)合氨基酸的消化率，目前尚不清楚。據(jù)Otto 等報(bào)道，對(duì)于50Kg的生長(zhǎng)豬來(lái)說(shuō)，將其日糧蛋白質(zhì)水平由15%降到12%對(duì)于氮的吸收不會(huì)產(chǎn)生影響，但尿中氮的總排出量降低了20%。研究結(jié)果還表明，如果日糧蛋白質(zhì)水平降低4%以上時(shí)，即使補(bǔ)充晶體L-谷氨酸或按照理想氨基酸模式配制飼料，氮的吸收率仍然會(huì)降低。這可能是因?yàn)槿占Z中其他氨基酸含量仍然缺乏造成的。因此，要優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)策略，在不影響生產(chǎn)性能的基礎(chǔ)上減少氮的排放。Figueroa（2002） 將日糧分為五個(gè)處理，對(duì)照組蛋白含量為16%，試驗(yàn)組分別為15%、14%、13%、12%、11%，并補(bǔ)充合成氨基酸（包括賴(lài)氨酸、色氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸）使各處理中氨基酸水平相當(dāng)。結(jié)果表明，蛋白含量16%、15%、14%、13%、12%對(duì)豬的生產(chǎn)性能沒(méi)有顯著性影響，而11%處理組則表現(xiàn)較差的生產(chǎn)性能。所以Figueroa（2002）指出，氨基酸需要量的滿(mǎn)足，對(duì)氮平衡的影響要大于對(duì)生產(chǎn)性能的影響，并且有些氨基酸（如異亮氨酸、纈氨酸等）在日糧蛋白濃度降低4%以上時(shí)，會(huì)對(duì)豬的生產(chǎn)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
使用合成氨基酸的低蛋白日糧可以降低飼料成本和氮的排泄量。但有些研究表明，與飼喂高蛋白日糧組相比，給豬飼喂合成氨基酸的低蛋白日糧會(huì)增加胴體脂肪含量（Kerr 等, 1995; Tuitoek 等, 1997b）。此現(xiàn)象可能是由于日糧中蛋白含量的減少，使用于蛋白代謝的能量消耗降低，于是更多的能量用于了機(jī)體的脂肪合成。其他學(xué)者的研究也證實(shí)了上述試驗(yàn)結(jié)果（Noblet 等, 1987; Lewis, 1989; Schoenherr, 1992; Chewning 等, 1995; Kerr 等, 1995）。補(bǔ)充合成氨基酸的低蛋白日糧增加胴體肥度的原因，目前尚不十分清楚。Goihl（1999）認(rèn)為，這可能是日糧中凈能含量較高的緣故。研究表明，豬在飼喂補(bǔ)充合成氨基酸的低蛋白日糧時(shí)，會(huì)降低血漿尿素氮濃度（Kerr 和 Easter, 1995; Miller 等, 1996）。這表明，動(dòng)物不必對(duì)過(guò)量的氨基酸進(jìn)行脫氨基作用，從而減少能量的消耗。此外，豬采食補(bǔ)充合成氨基酸的低蛋白日糧后，胰臟的重量減輕了。這表明，胰臟的活性降低了，豬對(duì)能量的需要也降低了。研究表明，攝入過(guò)量的蛋白質(zhì)會(huì)增加能量的消耗（Buttery 和 Boorman, 1976），并影響器官的大小和能量的代謝（Yen, 1997; Nyachoti 等, 2000）。
機(jī)體的產(chǎn)熱包括熱增耗，維持能量以及動(dòng)物應(yīng)付環(huán)境變化所需的那部分能量。Noblet 等（1987）報(bào)道給豬飼喂含37.5g CP / Mcal DE的日糧，其產(chǎn)熱量低于含45g CP / Mcal DE的日糧處理組。Kerr 等（2003）報(bào)道給生長(zhǎng)豬飼喂12%粗蛋白并補(bǔ)充合成氨基酸的日糧，無(wú)論在熱中性還是熱應(yīng)激環(huán)境下，其產(chǎn)熱量都要低于16%粗蛋白日糧處理組。Kerr 等（2003）研究表明，在環(huán)境溫度為23°C時(shí)，與對(duì)照組日糧（16%粗蛋白）相比，補(bǔ)充賴(lài)氨酸、色氨酸、蘇氨酸的的低蛋白日糧（12%粗蛋白）處理組的肉料比并未有明顯變化，但在33°C時(shí)，肉料比有所降低（日糧×溫度，P < 0.01）。給青年母豬飼喂補(bǔ)充賴(lài)氨酸、色氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸的低蛋白日糧，其生長(zhǎng)速率及采食量與高蛋白組相似。試驗(yàn)將日糧的凈能水平設(shè)為高、中、低三個(gè)水平，在高蛋白組隨著日糧凈能水平的降低，肉料比也呈一個(gè)降低的趨勢(shì)；但在添加合成氨基酸的低蛋白組中，只有低水平凈能處理組的肉料比有所降低。雖然低蛋白組中眼肌面積有所降低（P < 0.08），但其他胴體性能指標(biāo)都無(wú)明顯差異（P > 0.10）。試驗(yàn)表明，給豬飼喂添加合成氨基酸的低蛋白日糧（降低3%）與高蛋白日糧相比，不會(huì)影響生長(zhǎng)性能、肉料比和胴體性能，并且日糧凈能的變化對(duì)于生長(zhǎng)性能和胴體組成的影響并不顯著。Knowles 等（1998）研究表明，降低補(bǔ)充合成氨基酸的低蛋白日糧的凈能水平，對(duì)于肥育豬的生長(zhǎng)性能、胴體性能、器官重量和機(jī)體能量消耗并未有明顯影響，但發(fā)現(xiàn)會(huì)增加肥胖度。所以，給肥育豬飼喂補(bǔ)充合成氨基酸的低蛋白日糧（降低3.1%-3.5%）不會(huì)影響其生長(zhǎng)性能和胴體性能。氮、NH4+和可揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）是豬廢棄物的主要污染源（Zahn 等, 1997）。豬糞便在土壤上的過(guò)量施用，會(huì)產(chǎn)生硝酸鹽類(lèi)物質(zhì)對(duì)土壤表面和地下水造成污染（Jongbloed 等, 1997）。未被利用的氮還會(huì)形成NH3和VOC散發(fā)到空氣中去（Miner, 1999），對(duì)大氣造成污染。Zahn 等（2001）報(bào)道，可揮發(fā)性脂肪酸是VOC的主要成分，也是養(yǎng)豬生產(chǎn)中產(chǎn)生惡臭

補(bǔ) 充合成氨基酸對(duì)豬日增重、飼料轉(zhuǎn)化效率和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排出量的影響
*

蛋白水平（%）1	添加量（%）					體重（Kg）	日增重（%）	G/F （%）	排出量（%）			資料來(lái)源
	Lys	Met	Thr	Trp	Ile				DM	N	P
20-16	0.30	0.20	0.13	0.07	0.23	11-25	+6.2	+3.9	-	-	-	鄭春田（1999）3
18-16	0.10	-	-	-	-	9-25	+2.8	+1.5	-16.7	-10.6	-14.7	Han等（1995）4
18-16	0.20	-	-	-	-	9-25	-1.3	0	-22.5	-17.7	-20.9	Han等（1995）4
18-16	0.40	-	-	-	-	9-25	+1.5	+1.0	-16.3	-4.0	-15.8	Han等（1995）4
18-15	0.05	0.03	-	-	-	9-25	-22.4	-12.7	+1.8	+13.7	-4.5	Han等（1995）4
18-15	0.10	0.05	-	-	-	9-25	-19.8	-8.7	-2.9	+11.6	-9.7	Han等（1995）4
18-15	0.20	0.10	-	-	-	9-25	-12	-7.9	+3.1	+2.7	-7.4	Han等（1995）4
18-15	0.28	-	-	-	-	14-26	-8.7	-7.1	-0.1	-6.7	+1.6	Jin等（1998）4
18-15	0.28	0.04	-	-	-	14-26	-7.1	-6.2	-1.1	-7.6	-0.6	Jin等（1998）4
18-15	0.28	-	0.12	-	-	14-26	-3.5	-3.5	-4.7	-11.0	-1.4	Jin等（1998）4
18-15	0.28	0.04	0.12	-	-	14-26	+0.2	-1.0	-7.3	-17.2	-0.6	Jin等（1998）4
18-15	0.28	0.04	0.12	0.02	-	14-26	+0.6	-1.0	-7.9	17.7	-0.6	Jin等（1998）4
16.9-15.6	0.24	-	-	-	-	44.2	-	-	-	-13.9	-	Gaetel等（1992）5
16-14	0.05	-	-	-	-	20-35	-4.2	0.4	-	-	-	Chae等（1988）4
16-14	0.05	-	-	-	-	35-60	-0.3	+1.1	-	-	-	Chae等（1988）4
16-12	0.34	-	0.16	0.07	-	22.3	-3.6	-0.4	-4.4	-29.3	-	Kerr等（1995）5
14.6-13.5	0.22	-	-	-	-	84.1	-	-	-	-19.3	-	Gaetel等（1992）5
14.5-11.0	0.15	-	-	-	-	50-90	+5.9	+5.3	-	-	-	Hahn等（1995）4
14.5-11.0	0.23	-	-	-	-	50-90	-1.8	+5.0	-	-	-	Hahn等（1995）4
14.5-11.0	0.30	-	-	-	-	50-90	-1.8	+4.3	-	-	-	Hahn等（1995）4
14-142	0.15	-	-	-	-	25-30	+14.5	-	-	-33.7	-	Coma等（1995）4
14-142	0.30	-	-	-	-	25-30	+36.0	-	-	-31.7	-	Coma等（1995）4
14-142	0.45	-	-	-	-	25-30	+42.3	-	-	-38.5	-	Coma等（1995）4
14-12	0.10	-	-	-	-	34-103	+8.5	+12.3	-	-	-	Williams等（1984）4
14-12	0.20	-	-	-	-	34-103	+13.3	+16.8	-	-	-	Williams等（1984）4
14-12	0.30	-	-	-	-	34-103	+15.0	+17.6	-	-	-	Williams等（1984）4
14-12	0.40	-	-	-	-	34-103	+13.1	+17.2	-	-	-	Williams等（1984）4
13.5-10.0	0.15	-	-	-	-	90-110	+9.9	+2.9	-	-	-	Hahn等（1995）4
13.5-10.0	0.22	-	-	-	-	90-110	+2.9	+2.2	-	-	-	Hahn等（1995）4
13.5-10.0	0.30	-	-	-	-	90-110	+3.9	+1.8	-	-	-	Hahn等（1995）4
16-12	0.38	-	0.16	0.06	-	22.1-36.	-0.1	-0.06	-	-	-	Kerr等（2003）

注：*與對(duì)照日糧比較；1 高蛋白質(zhì)日糧-低蛋白質(zhì)日糧；2 后者補(bǔ)充合成氨基酸，前者未補(bǔ)充；3 玉米-血球粉-豆粕型日糧；4 玉米-豆粕型日糧；5 小麥-大麥-豆粕型日糧。

氣味的主要來(lái)源。有害氣體及氨氣的釋放，對(duì)眼睛及呼吸道都會(huì)產(chǎn)生刺激。產(chǎn)房中氨氣濃度過(guò)高，還會(huì)推遲母豬的發(fā)情期（Malayer 等, 1987）。所以，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)和管理的手段來(lái)降低圈舍的氨氣濃度及惡臭氣味，對(duì)于維持良好的生產(chǎn)性能是很必要的。Sutton 等（1996；1999）研究表明，降低日糧中粗蛋白含量可以降低豬排泄物中NH4+濃度；以及排泄物中所釋放的氨氣量（Turner 等, 1996）。據(jù)Otto 等（2003）報(bào)道，對(duì)于50Kg的生長(zhǎng)豬，降低日糧蛋白水平（從15%降至9%）并補(bǔ)充合成氨基酸以滿(mǎn)足氨基酸需要，會(huì)顯著降低豬排泄物的氨氣釋放量，但并不會(huì)改善其惡臭氣味，也不會(huì)降低糞中可揮發(fā)性脂肪酸的含量。這是因?yàn)槿占Z中蛋白含量降低，是由于增加了玉米的比例，降低了豆粕含量，而碳水化合物可以促進(jìn)可發(fā)酵酸的產(chǎn)量，尤其是可揮發(fā)性脂肪酸，所以對(duì)惡臭氣味的改善不明顯。
飼料中的氨基酸進(jìn)入機(jī)體后的主要代謝去向是合成蛋白質(zhì)和多肽，多肽的合成是在密碼子指導(dǎo)下的氨基酸排列。因此，從理論上講，密碼子的使用頻率就決定了氨基酸的使用頻率。在以玉米、豆粕為主的日糧中，賴(lài)氨酸為第一限制性氨基酸。以賴(lài)氨酸為基準(zhǔn)，按編碼各種氨基酸的密碼子使用頻率與賴(lài)氨酸密碼子使用頻率之比來(lái)進(jìn)行飼料氨基酸的生物配比，具有一定的指導(dǎo)意義?？祽驯虻妊芯勘砻鳎悦艽a子使用頻率為指導(dǎo)進(jìn)行低蛋白日糧氨基酸生物配比，低蛋白日糧中添加氨基酸能顯著改善豬的生產(chǎn)性能。對(duì)照組與試驗(yàn)組Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的日增重分別為561.07ｇ±48.02ｇ,389.27ｇ±27.31ｇ,526.79ｇ±33.72ｇ和476.71ｇ±39.59ｇ。試驗(yàn)結(jié)果表明，在進(jìn)行飼料氨基酸配比時(shí)，要保證最基本的粗蛋白含量，不能指望純粹依據(jù)添加氨基酸來(lái)改善豬的生產(chǎn)性能。
綜上所述，降低日糧中蛋白含量（<4%）并補(bǔ)充合成氨基酸對(duì)胴體品質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，但其更深層次的機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。但有一點(diǎn)已成共識(shí)，即補(bǔ)充合成氨基酸的低蛋白日糧能降低豬糞尿中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要是氮的排出量。另外，適當(dāng)降低補(bǔ)充合成氨基酸的低蛋白日糧的凈能水平，對(duì)豬的生產(chǎn)性能也沒(méi)有明顯影響。

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