胍基乙酸對不同蛋白水平日糧豬能量和氮沉積的影響

趙金標(biāo)，李忠超，宋孝明，楊立彬，田耀耀，張春平，劉嶺*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100193；2.北京君德同創(chuàng)生物技術(shù)股份有限公司，北京 100193；3.濰坊市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東濰坊 261061）

胍基乙酸又稱胍乙酸和N-咪基甘氨酸，是機(jī)體內(nèi)合成肌酸的主要內(nèi)源性物質(zhì)，而肌酸是一種動物機(jī)體自身合成的天然營養(yǎng)素。肌酸的性質(zhì)非常不穩(wěn)定，且價格昂貴；而胍基乙酸作為肌酸的天然前體物質(zhì)，性質(zhì)穩(wěn)定且價格較低。研究表明，飼料中添加800 mg/kg以上的胍基乙酸改善肉雞的生長性能和屠宰性能。劉加合等研究表明，宰前日糧中添加800 mg/kg 胍基乙酸持續(xù)飼喂40 d 提高了育肥豬的平均日增重、平均日采食量和飼料轉(zhuǎn)化率。Wang 等研究表明，日糧中分別添加800、1 200、2 000 mg/kg 胍基乙酸線性提高宰后肌肉pH，降低肌肉滴水損失和剪切力。胍基乙酸可促進(jìn)動物體內(nèi)氨基酸代謝和蛋白質(zhì)沉積，進(jìn)而提高畜禽的生產(chǎn)性能。但是，胍基乙酸對蛋白質(zhì)沉積效應(yīng)的促進(jìn)作用與日糧粗蛋白質(zhì)水平的關(guān)系尚未清楚。

低蛋白日糧技術(shù)是畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中降低氮元素浪費(fèi)和污染的有效手段之一。然而，低蛋白日糧在養(yǎng)豬生產(chǎn)的應(yīng)用過程中會使豬沉積更多的脂肪，其原因是低蛋白日糧的能量濃度較高，但蛋白沉積效率較低。因此，本研究的科學(xué)假設(shè)是添加胍基乙酸可以增加低蛋白日糧在豬體內(nèi)的蛋白沉積并降低脂肪沉積，同時提高日糧的凈能和能量利用效率。本實(shí)驗室早期研究證明，生長育肥豬日糧中添加300～600 mg/kg 胍基乙酸提高了豬的平均日增重并降低耗料增重比，進(jìn)而改善生長育肥豬的經(jīng)濟(jì)效益。但是日糧中添加過量胍基乙酸對生長育肥豬飼養(yǎng)價值的影響尚未研究。本研究通過2個消化代謝試驗分別探討了低蛋白和高蛋白日糧中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸對日糧蛋白沉積、脂肪沉積和日糧凈能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計和試驗日糧 試驗一和試驗二分別選用18頭初始體重（BW）為（64.4±3.2）kg 和（63.1±3.5）kg 的杜×長×大三元雜交去勢公豬，均采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個試驗分別將18 頭試驗豬隨機(jī)分為3 組。試驗一中豬分別飼喂添加水平為0、300、1 200 mg/kg 胍基乙酸的高蛋白水平日糧。試驗二中豬分別飼喂添加水平為0、300、1 200 mg/kg 胍基乙酸的低蛋白水平日糧。胍基乙酸產(chǎn)品由北京君德同創(chuàng)生物技術(shù)股份有限公司提供。試驗一和試驗二中每種日糧包括6個重復(fù)，每個重復(fù)1 頭豬。每個試驗共20 d，包括7 d 代謝籠適應(yīng)期和14 d 正試期，正試期的前7 d 為日糧適應(yīng)期，第8 天將豬轉(zhuǎn)移到呼吸測熱室適應(yīng)1 d，第9～13 天為糞尿收集期。試驗一和試驗二的日糧組成及其營養(yǎng)成分見表1。日糧中礦物質(zhì)和維生素營養(yǎng)水平參照豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)推薦值進(jìn)行設(shè)計。

表1 試驗日糧原料組成及營養(yǎng)成分（干物質(zhì)基礎(chǔ)） %

1.3 飼養(yǎng)管理 本試驗在國家飼料工程技術(shù)研究中心動物試驗基地進(jìn)行，按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料效價與安全監(jiān)督檢驗測試中心（北京）的豬飼料營養(yǎng)價值評價技術(shù)規(guī)程進(jìn)行所有試驗操作。試驗正試開始前對每頭試驗豬進(jìn)行稱重確定采食量。每天飼喂2 500 kJ 代謝能/（kg BW·d）。最后1 d 絕食，測定絕食產(chǎn)熱量。每天08:00 和16:00 分2 次等量飼喂，試驗期間確保豬自由飲水，控制舍內(nèi)溫度20～28℃。每日飼喂后對圈舍進(jìn)行沖洗和清掃，保持豬舍環(huán)境衛(wèi)生干凈。

1.4 樣品收集 試驗一和試驗二均采用全收糞法收集樣品。收集期開始時，將收尿桶放置于代謝籠下面，并加入50 mL HCl（6 mol/L），混合均勻，將每頭豬l5～19 d連續(xù)5 d 所收集的全部尿樣解凍并充分混勻，取部分尿樣裝入50 mL 離心管中，4℃靜置待檢。將收糞盤放置在豬籠漏縫板下。保證豬所排的糞全部落入收糞盤中。結(jié)束后將收集的糞進(jìn)行稱質(zhì)量，于65℃烘箱中烘72 h至風(fēng)干狀態(tài)，回潮24 h 后至恒質(zhì)量，粉碎過60 目篩，裝袋備用。

1.5 檢測指標(biāo)和方法 日糧和糞樣中干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)檢測方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6435-2006 和GB/T 6432-l994。日糧、糞樣尿樣中總能按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9831:1998 方法，使用氧彈式測熱議（6300 型，美國Parr 公司）進(jìn)行測定。尿氮的測定方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6432-l994。

凈能小室的氣體：空氣中的O、CO和CH，小室中的O、CO和CH以及氣體交換量。O、CO和CH采用紅外線分析儀測定（Ultramat 6E，西門子，慕尼黑，德國），排氣流量測定采用質(zhì)量流量計（Alicat，圖森，美國）測定?？偣? 臺呼吸室測定豬產(chǎn)熱量，每臺呼吸室的氣體分析系統(tǒng)5 min 測定1 次。

凈能小室的環(huán)境參數(shù)：小室內(nèi)溫濕度、大氣壓和風(fēng)速。

1.6 計算公式

每個時間段內(nèi)排出氣體的容積V（L）=時間（min×氣體流速（L/min）

根據(jù)公式將排出的氣體體積換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0℃，1 013 hPa）：

其中，SV（L）為排出氣體標(biāo)準(zhǔn)容積，0℃，1 013h Pa；V（L）為排出的氣體實(shí)際容積；P（hPa）為呼吸測熱室內(nèi)的氣壓；P（hPa）為水蒸氣壓；T（℃）為呼吸測熱室內(nèi)的溫度；RH（%）為呼吸測熱室內(nèi)的相對濕度。

根據(jù)公式計算動物O消耗量和CO生成量：

其中，C（CO）為CO的產(chǎn)生量（mol），C（O）為O的消耗量（mol）；C（CO，a）和C（CO，b）為呼吸起始和終止時CO濃度（mol/L）；C（O）和C（O）為呼吸起始和終止時O濃度（mol/L）；SV（L）為呼吸室的凈使用標(biāo)準(zhǔn)容積；SV（L）為排出氣體標(biāo)準(zhǔn)容積。其中，RQ 為呼吸熵，即同一時間CO產(chǎn)生量與O消耗量的比值，CO（L/d）指每天CO的產(chǎn)生量（L/d），O（L/d）指每天O的產(chǎn)生量（L/d。）

根據(jù)公式計算產(chǎn)熱量：

其中，HP 為豬的產(chǎn)熱量（kJ），V（O）為氧氣消耗量（L），V（CO）為二氧化碳產(chǎn)生量（L），V（CH）為甲烷產(chǎn)生量（L），UN 為尿氮含量（g）。

豬日糧消化能和代謝能的計算方法參照AdeOla 等的公式：

豬日糧凈能計算參照Noblet 等的公式：

1.7 統(tǒng)計分析 試驗一和試驗二的數(shù)據(jù)均采用SAS 9.4統(tǒng)計軟件中的GLM 模型進(jìn)行統(tǒng)計分析。本研究包含2個獨(dú)立試驗，并不是同時進(jìn)行，因此試驗設(shè)計不屬于雙因子試驗設(shè)計，而是2個單因素試驗設(shè)計。每個試驗以每個重復(fù)為統(tǒng)計單位，胍基乙酸的不同添加水平為固定效應(yīng)，試驗豬為隨機(jī)效應(yīng)。用Tukey's test 進(jìn)行多重比較，<0.05 為差異顯著，0.05 ≤<0.10 為有趨勢。

2 結(jié)果

2.1 高蛋白和低蛋白日糧添加不同水平的胍基乙酸對生長豬氮平衡的影響 由表2 可見，添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸對生長豬的氮攝入量、糞氮排出量和氮沉積無顯著影響。在不同日糧蛋白水平下，與基礎(chǔ)日糧相比，日糧中添加300 mg/kg 胍基乙酸并未顯著增加豬的尿氮排出量。然而，在高蛋白水平下日糧中添加1 200 mg/kg 胍基乙酸增加了豬的尿氮排放量（<0.05），在低蛋白水平下卻降低了尿氮排放（<0.05）。另外，在高蛋白水平下日糧中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸降低了氮的利用率（<0.05），而在低蛋白水平下日糧中添加1 200 mg/kg 胍基乙酸提高了氮的利用率（<0.05）。

表2 高蛋白和低蛋白日糧中添加不同水平的胍基乙酸對生長豬氮平衡的影響

2.2 高蛋白和低蛋白日糧添加不同水平的胍基乙酸對生長豬能量沉積的影響 不同處理組間的代謝能采食處于同一水平，與試驗設(shè)計的2 500 kJ/（kg BW·d）比較接近。由表3 可見，添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸對生長豬的總產(chǎn)熱、絕食產(chǎn)熱量和能量總沉積無顯著影響。高蛋白日糧中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg胍基乙酸提高了日糧用于沉積脂肪的能量（<0.05），低蛋白日糧中添加1 200 mg/kg 胍基乙酸提高了蛋白沉積的能量并降低了脂肪沉積的能量和豬的熱增耗（<0.05）。

表3 高蛋白和低蛋白日糧中添加不同水平的胍基乙酸對生長豬能量平衡的影響 kJ/（kg BW0.6·d）

2.3 高蛋白和低蛋白日糧添加不同水平的胍基乙酸對生長豬呼吸熵和有效能的影響 本試驗未發(fā)現(xiàn)蛋白水平和胍基乙酸對呼吸熵產(chǎn)生顯著影響（表4），采食狀態(tài)下，生長豬的呼吸熵大于1，但是絕食狀態(tài)下的呼吸熵小于1。從表5 可以看出，高蛋白日糧中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸對生長豬的消化能、代謝能、凈能、代謝能/消化能和凈能/代謝能均無顯著影響。低蛋白日糧中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸提高了凈能/代謝能（<0.05），并具有提高日糧凈能的趨勢（<0.10）。

表4 高蛋白和低蛋白日糧中添加不同水平的胍基乙酸對生長豬呼吸熵的影響

表5 高蛋白和低蛋白日糧中添加不同水平的胍基乙酸對生長豬有效能的影響

3 討 論

動物體內(nèi)胍基乙酸可以由精氨酸和甘氨酸合成，日糧中添加適量的胍基乙酸可以降低體內(nèi)胍基乙酸的內(nèi)源合成，從而減少日糧中氨基酸的損失，改善動物的生長性能。劉洋等報道，隨著日糧中胍基乙酸水平（0、300、600、900、1 200 mg/kg）的升高，飼喂60 d 的生長育肥豬平均日采食量和平均日增重均呈顯著線性和二次曲線升高，而耗料增重比則呈先降低后升高的二次曲線關(guān)系。生長育肥豬日糧中添加 300～600 mg/kg 胍基乙酸可顯著提高平均日增重和飼料利用率，但是對平均日采食量無顯著影響。同樣地，日糧中添加600 mg/kg 胍基乙酸可以顯著提高肉雞的日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率。這是由于胍基乙酸在體內(nèi)合成的過程中甘氨酸和精氨酸是必不可少的物質(zhì)，日糧中添加胍基乙酸會減少甘氨酸和精氨酸的消耗量，進(jìn)而更大程度地參與機(jī)體氨基酸和蛋白質(zhì)的合成以及促進(jìn)動物的生長。

本試驗結(jié)果表明，不同添加水平的胍基乙酸對生長豬尿氮排出量的作用受日糧蛋白質(zhì)水平影響。本研究低蛋白水平下，日糧中添加適量的胍基乙酸可以有效地降低體內(nèi)蛋白質(zhì)的分解和尿氮的排出，進(jìn)而提高動物對日糧蛋白的利用率。這是由于低蛋白日糧中添加胍基乙酸可以降低體內(nèi)內(nèi)源胍基乙酸的合成，減少日糧中精氨酸和甘氨酸的分解，維持日糧氨基酸的平衡。本研究高蛋白水平下，日糧中添加適量的胍基乙酸降低了機(jī)體氮的利用率，這是由于日糧蛋白質(zhì)水平已經(jīng)超過豬的需要量，胍基乙酸的添加反而加快了體內(nèi)氮的分解代謝和尿氮的排放量，進(jìn)而降低豬的氮利用率?？偠灾?，低蛋白日糧中添加胍基乙酸可以降低生長豬體內(nèi)蛋白的分解，但是高蛋白日糧中添加胍基乙酸則無顯著效應(yīng)。另外，在高蛋白條件下，日糧中的蛋白質(zhì)滿足了機(jī)體對蛋白質(zhì)和氨基酸的需要，因此日糧中添加胍基乙酸在機(jī)體肝臟經(jīng)過一系列代謝途徑生成的肌酸，隨后肌酸磷酸化生成的磷酸肌酸主要參與機(jī)體碳水化合物和脂肪的代謝，促進(jìn)機(jī)體脂肪的沉積。胍基乙酸主要通過影響與糖代謝有關(guān)以及呼吸鏈中的關(guān)鍵酶的活性來促進(jìn)動物體分解代謝，提高三磷酸腺苷（ATP）水平進(jìn)而增加儲能物質(zhì)的合成。除此之外，胍基乙酸通過進(jìn)一步合成肌酸來提高機(jī)體能量代謝。豬從日糧中汲取足夠的能量時，日糧中額外的能量可以使肌酸磷酸化，生成磷酸肌酸用以儲存能量，促進(jìn)脂肪沉積；而當(dāng)豬不能從日糧中攝入足夠的能量時，磷酸肌酸通過肌酸激酶釋放ATP，為動物體提供能量。在低蛋白條件下，日糧中的蛋白質(zhì)和氨基酸并不能滿足生長豬的需要，日糧中添加胍基乙酸主要降低體內(nèi)氨基酸的分解，維持日糧氨基酸的平衡，進(jìn)而促進(jìn)蛋白質(zhì)的沉積。Young 等研究結(jié)果也表明，生長育肥豬日糧中添加胍基乙酸可顯著加快蛋白質(zhì)的合成代謝，從而促進(jìn)豬的快速生長。通常情況下，生長育肥豬的瘦肉率可以反映機(jī)體的蛋白沉積，而皮下脂肪主要反映了機(jī)體的脂肪沉積。皮下脂肪合成越多，生長育肥豬的背膘就越厚。大量研究表明，在生長育肥豬日糧中（粗蛋白水平為16.5%～18%）添加不同水平的胍基乙酸或者同時添加胍基乙酸和甜菜堿會顯著提高豬的瘦肉率、屠宰率和眼肌面積，但并沒有顯著降低豬的背膘厚。生長育肥豬屠宰性能的顯著提高得益于胍基乙酸對蛋白質(zhì)合成的促進(jìn)作用，機(jī)體消化吸收的營養(yǎng)物質(zhì)在肌肉組織中以蛋白質(zhì)的形式沉積，并非轉(zhuǎn)化為脂肪儲存。本研究結(jié)果證明，不同添加水平的胍基乙酸對生長育肥豬能量沉積和屠宰性能的作用受日糧蛋白質(zhì)水平影響。

日糧中添加胍基乙酸對畜禽利用能量效率的影響和日糧能量營養(yǎng)成分的密度密切相關(guān)。Majdeddin 等報道，低蛋氨酸日糧中添加600 mg/kg 和1 200 mg/kg胍基乙酸提高了肉雞的生長性能和能量利用效率，但是高蛋氨酸日糧中隨著胍基乙酸添加量的增加，肉雞的生長性能和能量利用效率逐漸下降。本研究表明，高蛋白日糧中添加胍基乙酸對生長豬的消化能、代謝能、凈能、代謝能/消化能和凈能/代謝能無顯著影響。雖然低蛋白日糧中添加胍基乙酸不改變生長豬的消化能、代謝能、和代謝能/消化能，但顯著提高了日糧凈能和代謝能的比值。這表明在日糧蛋白水平滿足生長育肥豬的需要量時，添加胍基乙酸對于日糧有效能值的提高效果不顯著，這與本研究中添加胍基乙酸降低了脂肪沉積的結(jié)果相一致。同時，低蛋白日糧中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg胍基乙酸具有提高日糧凈能的趨勢。這是由于日糧中添加胍基乙酸促進(jìn)了蛋白沉積，降低了機(jī)體蛋白質(zhì)的分解，進(jìn)而提高了生長育肥豬日糧的凈能值和能量利用效率。另一方面，日糧中蛋白質(zhì)在體內(nèi)分解代謝過程中產(chǎn)生的熱增耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于脂肪和碳水化合物在體內(nèi)的分解代謝。低蛋白日糧中添加胍基乙酸降低了體內(nèi)脂肪的沉積和蛋白質(zhì)的分解，減少動物的熱增耗，從而提高日糧的凈能。

呼吸熵是指豬生理代謝過程中同一時間二氧化碳產(chǎn)生量和氧氣消耗量的比值。采食狀態(tài)的呼吸熵大于1，說明采食過程中生長豬體內(nèi)能量代謝是碳水化合物轉(zhuǎn)化為脂肪，因為碳水化合物中氧的比例高于脂肪，這部分氧參與體內(nèi)氧化反應(yīng)，相應(yīng)地減少了從外界獲取的氧，從而增加了呼吸熵。而蛋白質(zhì)中氧的比例低于脂肪，從而致使蛋白質(zhì)的呼吸熵較低。本研究中絕食狀態(tài)的呼吸熵小于1，是因為絕食狀態(tài)下生長育肥豬會動員體內(nèi)脂肪供能，此時呼吸熵小于1。李忠超和李亞奎的研究也表明，相比于采食狀態(tài)，絕食狀態(tài)的呼吸熵明顯偏低（0.81 vs.1.07）。除此之外，隨著日糧中胍基乙酸添加水平的增加，脂肪沉積和蛋白質(zhì)沉積的能量具有顯著變化，但并不改變生長豬的呼吸熵，這可能與胍基乙酸對日糧中碳水化合物的消化利用有關(guān)。高蛋白日糧中添加胍基乙酸提高了脂肪沉積的能量，但并不改變呼吸熵，這是因為豬采食高蛋白日糧后較多的蛋白質(zhì)被消化利用以提供能量，導(dǎo)致碳水化合物供能下降，從而維持呼吸熵?zé)o顯著變化。與此相反，低蛋白日糧中添加胍基乙酸提高了蛋白質(zhì)沉積并降低了脂肪沉積，呼吸熵并沒有顯著降低，這是因為豬采食低蛋白日糧后有更多的碳水化合物為生長豬提供能量。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，高蛋白日糧中添加胍基乙酸未改變生長豬的蛋白質(zhì)沉積和日糧的凈能，而低蛋白日糧中添加胍基乙酸提高了生長豬的蛋白質(zhì)沉積、能量利用效率和日糧的凈能。本試驗條件下，胍基乙酸在低蛋白日糧技術(shù)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中推薦的添加量為1 200 mg/kg，而高蛋白日糧則不需要額外添加胍基乙酸。