甜菜堿對熱應(yīng)激條件下肉鴨生物學(xué)功能的影響

韓浩月譯 潘雪男審 韓浩月 何閃制表

摘? 要：在炎熱的季節(jié)，熱應(yīng)激是家禽生產(chǎn)面臨的一個主要問題，尤其在潮濕地區(qū)。本研究的目的是探究，甜菜堿對處于熱應(yīng)激下的肉鴨的血液和盲腸短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）組成的藥效學(xué)影響。360羽肉鴨（家鴨）隨機分入4個處理：C組（即熱應(yīng)激對照組，日糧中不添加甜菜堿，肉鴨遭遇熱應(yīng)激）、T1組（日糧中添加700 μg/kg甜菜堿）、T2組（日糧中添加1 000 μg/kg甜菜堿）和T3組（日糧中添加1 300 μg/kg甜菜堿）。每個處理設(shè)6個重復(fù)，每個重復(fù)15羽肉鴨，試驗為期42 d。結(jié)果表明，在熱應(yīng)激條件下，T1組、T2組和T3組的肉鴨增重顯著高于熱應(yīng)激對照組肉鴨的（P<0.05）。與熱應(yīng)激對照組肉鴨相比，甜菜堿可顯著改善T1組、T2組和T3組肉鴨血液中紅細胞和血小板計數(shù)等生理指標（P<0.05）。在炎熱的環(huán)境中，日糧中補充甜菜堿可顯著降低肉鴨血液pH（P<0.05），但不會顯著影響血液電解質(zhì)濃度（Na+、K+和Cl-）和血液氣體濃度。在熱應(yīng)激條件下，盲腸中SCFA的濃度高于熱應(yīng)激對照組。與熱應(yīng)激對照組肉鴨相比，T1組、T2組和T3組肉鴨的總SCFA、乙酸和丙酸的生成量顯著提高（P<0.05）。綜上所述，在熱應(yīng)激條件下，日糧中補充甜菜堿對肉鴨盲腸中SCFA水平、血液生化指標和體重具有有益影響。

關(guān)鍵詞：甜菜堿;鴨;電解質(zhì);熱應(yīng)激;血液學(xué)指標

熱應(yīng)激是最重要的環(huán)境應(yīng)激之一，挑戰(zhàn)著全球的家禽生產(chǎn)。在炎熱的季節(jié)，熱應(yīng)激伴隨著高濕會激活動物機體的應(yīng)激機制，從而對畜禽生產(chǎn)和動物福利產(chǎn)生不利影響。

家禽對熱應(yīng)激更為敏感，因為家禽的體溫相較于哺乳動物的更高，沒有汗腺，并且全身覆蓋羽毛。由于這些生物學(xué)特性，當(dāng)處于熱應(yīng)激環(huán)境中時，家禽的采食量會減少，飼料轉(zhuǎn)化率和增重降低，進而導(dǎo)致家禽生產(chǎn)出現(xiàn)巨大的經(jīng)濟損失。當(dāng)家禽（包括鴨）受到熱應(yīng)激影響時，其血液學(xué)指標會降低。血液學(xué)指標是評估動物健康水平和營養(yǎng)狀態(tài)的重要指標，因為血液學(xué)指標對家禽的應(yīng)激反應(yīng)十分敏感，可作為免疫功能的一般生物標志物。熱應(yīng)激會導(dǎo)致家禽體溫升高，血液pH升高，氣喘。熱應(yīng)激期間家禽增加飲水量，會導(dǎo)致血液稀釋，從而降低血液中的脂質(zhì)水平、PCO2、HCO-3和電解質(zhì)（Na+、K+和Cl-）濃度。

甜菜堿是甘氨酸的三甲基衍生物，是一種雙極性化合物，有3個疏水性甲基（CH3）和一個親水性羧基（COOH）。與膽堿和蛋氨酸類似，甜菜堿可作為甲基供體。甜菜堿提供的甲基可用于各種代謝過程中的甲基傳遞反應(yīng)，如蛋白質(zhì)合成、能量代謝以及肉堿和肌酸的合成。甜菜堿在動物生產(chǎn)中的使用量逐步提高，因為研究發(fā)現(xiàn)其可以緩解動物的高溫應(yīng)激，改善生長性能。當(dāng)動物暴露于高溫應(yīng)激中時，甜菜堿可調(diào)節(jié)滲透壓以防止脫水，保存細胞中的水分，并有助于維持動物的消化率和生長性能。此外，研究發(fā)現(xiàn)，在高溫環(huán)境下，甜菜堿可以減少動物體內(nèi)鈉鉀泵（Na+/K+泵）消耗的能量，并將節(jié)約的能量用于動物生長。甜菜堿還有助于腸道黏膜的擴張，從而提高營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。部分研究的試驗結(jié)果相互矛盾，在熱應(yīng)激條件下，在肉雞日糧中添加? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?800 μg/kg～1 000 μg/kg的甜菜堿，或在飲水中添加0.05%～0.10%的甜菜堿，可以提高肉雞的體重;而在飲水中添加0.10%～0.20%的甜菜堿，會導(dǎo)致肉雞的體重減輕。在正常的環(huán)境條件下，在日糧中添加0.50%的甜菜堿可提高鴨的增重，降低飼料轉(zhuǎn)化率。另有研究發(fā)現(xiàn)，夏季在日糧中添加1.5%的甜菜堿，可提高蛋鴨的產(chǎn)蛋性能。然而，夏季熱應(yīng)激對肉鴨影響的研究較少。短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA），如乙酸和丙酸，有益于家禽腸道中宿主菌的生長，改善腸道中的微生態(tài)環(huán)境，使乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌在盲腸中充分定植，并可抑制有害菌在腸道中的定植。熱應(yīng)激通過減少肉雞腸道中的有益菌和SCFA加劇應(yīng)激反應(yīng)，從而導(dǎo)致有害菌加速增殖。先前的研究表明，在高溫下，肉雞體內(nèi)的大腸桿菌、大腸菌群和需氧菌總數(shù)減少。眾所周知，乳酸桿菌可以激活動物的腸道功能，而乳酸桿菌的增加似乎與大腸桿菌、大腸菌群和需氧菌總數(shù)的減少有關(guān)。乳酸桿菌分泌的細菌素可抑制有害菌的生長，還可以產(chǎn)生SCFA，使腸道中的微生態(tài)環(huán)境更有利于有益菌的生長。有人指出，在日糧中添加對盲腸微生態(tài)環(huán)境有益的有機酸，可以改善淋巴器官的重量。有關(guān)甜菜堿對處于熱應(yīng)激條件下的鴨的腸道中SCFA水平和血液指標影響的研究十分有限。因此，本研究旨在探討甜菜堿對熱應(yīng)激下鴨生物學(xué)功能的藥效學(xué)機制，試驗結(jié)果有望為夏季熱應(yīng)激下提高鴨的生產(chǎn)力提供理論基礎(chǔ)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗設(shè)計

從韓國京畿道楊平郡的一家孵化場隨機選擇360羽剛出殼的肉用雛鴨（家鴨），隨后隨機平均分入4個處理中，每個處理設(shè)6個重復(fù)，每個重復(fù)15羽肉鴨，試驗期為42 d。各處理或試驗組按以下方式設(shè)置：C組為熱應(yīng)激對照組，肉鴨飼喂不添加甜菜堿的日糧，生產(chǎn)中遭遇熱應(yīng)激刺激;T1組、T2組和T3組統(tǒng)稱為甜菜堿處理組，即肉鴨飼喂添加甜菜堿的日糧，添加水平分別為700 μg/kg、? ? ? ? ? ? ?1 000 μg/kg和1 300 μg/kg。甜菜堿購自荷蘭Excentials公司，為Beta-key包被型甜菜堿（包被率為97%）。

1.2 試驗日糧和飼喂管理

試驗日糧能夠向肉鴨提供可滿足或略高于NRC（NRC，1994）規(guī)定的營養(yǎng)水平。在育雛期（1～21日齡），肉鴨飼養(yǎng)于溫度為? 26 ℃～33 ℃的正常環(huán)境中，自由采食和飲水，24 h持續(xù)光照。在育成期（22～42日齡），肉鴨在飼喂試驗日糧的同時還提供熱風(fēng)。為了制造熱應(yīng)激的條件，11：00～17：00向鴨舍施加熱風(fēng)（溫度維持在33 ℃～43 ℃，相對濕度70%），17：00～11：00溫度維持在? ? ?22 ℃～26 ℃，相對濕度50%;試驗在育成期一直重復(fù)這個循環(huán)。在整個試驗期間，所有試驗肉鴨均自由采食和飲水。在每個鴨欄的地板上鋪設(shè)10 cm的稻殼作為墊料。試驗的第1天到第7天，鴨舍內(nèi)的溫度保持在33 ℃，然后每周降低2 ℃～3 ℃，直到第21天鴨舍內(nèi)的溫度不再降低。

2? 結(jié)果

2.1 肉鴨的生產(chǎn)性能和血液學(xué)指標

甜菜堿對肉鴨的增重、采食量和飼料轉(zhuǎn)化率（feed conversion ratio，F(xiàn)CR）的影響見表2。與熱應(yīng)激對照組（C組）肉鴨相比，甜菜堿處理組（T1組、T2組和T3組）肉鴨的增重和采食量顯著提高（P<0.05）。在肉鴨的FCR上，甜菜堿處理組顯著低于熱應(yīng)激對照組，然而各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。這一結(jié)果表明，在炎熱的季節(jié)，甜菜堿可以減小由熱應(yīng)激導(dǎo)致的肉鴨生產(chǎn)性能降低幅度。熱應(yīng)激會引起肉鴨脫水，而甜菜堿作為甲基供體，可有效調(diào)控肉鴨體內(nèi)的滲透壓。動物生產(chǎn)行業(yè)的部分研究所得結(jié)果存在矛盾，熱應(yīng)激時，在日糧中添加800 μg/kg～1 000 μg/kg的甜菜堿，或在飲水中添加0.05%～0.10%的甜菜堿，可以提高肉雞的增重;然而，在飲水中添加0.10%～0.20%的甜菜堿，會導(dǎo)致肉鴨的體重減輕。不過有關(guān)熱應(yīng)激對鴨生產(chǎn)性能影響的研究很少。甜菜堿對肉鴨血液學(xué)指標的影響結(jié)果見表3。相較于熱應(yīng)激對照組，甜菜堿處理組肉鴨的紅細胞和血小板的血液學(xué)指標顯著升高（P<0.05）。在肉鴨的紅細胞濃度方面，甜菜堿處理組高于熱應(yīng)激對照組，但各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。對于血細胞比容（haematocrit，HCT），與熱應(yīng)激對照組相比，甜菜堿處理組提高36%，T1組、T2組和T3組提高的幅度依次增加。與熱應(yīng)激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血紅蛋白（hemoglobin，HGB）的濃度提高21.98%，各甜菜堿處理組間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。與熱應(yīng)激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的紅細胞平均容量（mean corpuscular volume，MCV）、紅細胞平均血紅蛋白濃度（mean corpuscular hemoglobin concentration，MCHC）、紅細胞分布寬度（red cell distribution width，RDW）、血小板濃度（platelets，PLT）和平均血小板體積（mean platelet volume，MPV）變化顯著，但各甜菜堿處理組肉鴨間未發(fā)現(xiàn)顯著差異。這些結(jié)果與Aengwanich（2007）的研究結(jié)果相似，后者發(fā)現(xiàn)高溫應(yīng)激會降低肉雞的血液學(xué)指標。這些結(jié)果表明，在日糧中添加甜菜堿，可以使處于熱應(yīng)激狀態(tài)下的肉鴨維持穩(wěn)定的血液學(xué)指標，從而緩解熱應(yīng)激引發(fā)的損傷。在熱應(yīng)激狀態(tài)下，肉鴨體內(nèi)的HCT減小與血細胞（包括白細胞）濃度降低有關(guān)，而這種沖淡現(xiàn)象是由紅細胞受損、紅細胞生成減少、紅細胞數(shù)量和大小減少所致;另外，由于處于熱應(yīng)激狀態(tài)，鴨會增加飲水量，這也會導(dǎo)致血細胞濃度降低。在熱應(yīng)激狀態(tài)下，肉鴨喂給添加了甜菜堿的日糧后，其血液學(xué)指標值高于飼喂正常日糧的熱應(yīng)激對照組肉鴨的，這表明甜菜堿可能有助于蛋氨酸的生物合成和滲透壓調(diào)控。有人指出，本試驗觀察到的大部分結(jié)果可能均與蛋氨酸的生成直接或間接相關(guān)。紅細胞數(shù)量的減少會引起出血性貧血和溶血性貧血，而血紅蛋白數(shù)量的減少會引起小紅細胞增多癥。紅細胞比容與紅細胞體積有很大的相關(guān)性;因此，當(dāng)紅細胞比容減小時，血紅蛋白和血紅素的水平會降低。MCHC代表平均血紅蛋白濃度的絕對值，MCHC偏低與缺鐵性貧血有關(guān)。熱應(yīng)激會導(dǎo)致家禽的血液變得稀薄，這是一種適應(yīng)性反應(yīng)，即使血漿體積沒有變化，也能使水分流失，包括從細胞內(nèi)滲透出的水分，從而降低HCT和HGB濃度。

2.2? 血液中電解質(zhì)指標

甜菜堿對處于熱應(yīng)激狀態(tài)下的肉鴨的血液pH和電解質(zhì)的影響見表4。甜菜堿處理組肉鴨的血液pH顯著低于對照組肉鴨的（P<0.05），而各甜菜堿處理組肉鴨差異不大。在熱應(yīng)激下，與各處理組相比，熱應(yīng)激對照組肉鴨具有最低水平的血液電解質(zhì)（P<0.05）。甜菜堿處理組肉鴨血液中的Na+、K+和Cl-的濃度顯著高于熱應(yīng)激對照組肉鴨的。T1組、T2組、T3組在肉鴨血液中Na+、K+和Cl-的濃度上沒有顯著差異。這些結(jié)果表明，在熱應(yīng)激狀態(tài)下，在日糧中添加甜菜堿，可以通過維持穩(wěn)定的血液電解質(zhì)水平緩解熱應(yīng)激對肉鴨的影響，從而調(diào)控滲透壓。細胞外部的滲透濃度會刺激甜菜堿滲透進入細胞，并在巨噬細胞和腎細胞中積累。腸道所耗能量的30%～60%用于鈉鉀ATP泵，該泵能使細胞中的水分含量保持平衡，在沒有甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)劑的情況下發(fā)揮關(guān)鍵作用。本試驗中熱應(yīng)激對照組所得結(jié)果與其他研究者的文獻報告結(jié)果相一致，即在熱應(yīng)激下，家禽和水牛血液中Na+、K+和Cl-的水平下降。在熱應(yīng)激下，家禽會出現(xiàn)張口呼吸和不斷喘氣的現(xiàn)象，這會導(dǎo)致家禽處于呼吸性堿中毒的痛苦狀態(tài)。在高溫環(huán)境中，家禽通過張口呼吸蒸發(fā)呼吸器官內(nèi)部的水分來散熱，這會增加血液中二氧化碳的排放量，進而導(dǎo)致血液pH升高，從而引起呼吸性堿中毒，后者可通過減少排尿時H+和K+之間的競爭增加K+的損失。因此，當(dāng)血液中電解質(zhì)平衡以這種方式遭到破壞時，家禽的采食量和生產(chǎn)力會降低。在急性熱應(yīng)激期，家禽體溫的升高會降低Na+水平，細胞膜滲透性的改變會稀釋血液，致使K+從組織中滲出進入血液。而熱應(yīng)激過后，K+的滲出現(xiàn)象減弱，多余的K+被排出體外，K+水平恢復(fù)到正常水平或較低的水平。血液中Cl-的減少是由于體液中需要更多的Cl-來補償酸性反應(yīng)，使血液pH會正常化，因為血液pH因熱應(yīng)激引起的呼吸性堿中毒而升高。血液中電解質(zhì)含量的減小是由于通過尿液和汗液流失的電解質(zhì)增加所致，以緩解熱應(yīng)激。

2.3 血液氣體

表5列出了甜菜堿對處于熱應(yīng)激中的肉鴨血液氣體濃度的影響。與熱應(yīng)激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血液氣體濃度顯著升高（P<0.05），血液中PCO2和PO2濃度顯著升高。對于肉鴨的細胞外液堿剩余（extracellular fluid base excess，BEecf）濃度，甜菜堿處理組顯著低于熱應(yīng)激對照組（P<0.05），而各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。與熱應(yīng)激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血液含有更高濃度的HCO3和TCO2。上述結(jié)果表明，在日糧中添加甜菜堿，可通過維持穩(wěn)定的血液氣體濃度緩解肉鴨的熱應(yīng)激狀態(tài)。據(jù)報道，熱應(yīng)激會降低肉鴨血液中的PCO2水平;在熱應(yīng)激期間維持血液中的PCO2水平至關(guān)重要，這是因為在熱應(yīng)激條件下家禽會不斷喘氣，CO2會通過呼吸系統(tǒng)不斷呼出體外。

2.4 盲腸中SCFA的組成

在熱應(yīng)激下，甜菜堿對肉鴨盲腸中SCFA濃度有較大的影響。與熱應(yīng)激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨盲腸中乙酸和丙酸的水平顯著升高，而丁酸、異丁酸、戊酸和異戊酸的濃度顯著降低（P<0.05），總SCFA濃度顯著增加（P<0.05），但各甜菜堿處理組肉鴨之間沒有顯著的差異。上述結(jié)果表明，甜菜堿處理組肉鴨盲腸中SCFA組成的變化可能是動物免疫力提高的一個重要指標，甜菜堿能夠通過調(diào)節(jié)動物腸道的微生態(tài)環(huán)境減輕熱應(yīng)激的影響。多項研究報道，在熱應(yīng)激條件下，肉雞腸道中乙酸和丙酸等SCFA的水平降低，乳酸菌含量減少，這表明維持腸道微生物群的健康對減輕熱應(yīng)激的影響十分重要。

3? 討論

本研究表明，與未添加甜菜堿的熱應(yīng)激對照組相比，日糧中添加甜菜堿能夠減緩或消除熱應(yīng)激對肉鴨的不良影響，使它們具有較為理想的增重、采食量、飼料轉(zhuǎn)化率和SCFA組成，同時不同的甜菜堿添加量之間沒有顯著的差異。上述結(jié)果與其他的研究結(jié)果相一致，他們也發(fā)現(xiàn)在熱應(yīng)激下，日糧中添加甜菜堿可以提高動物的生產(chǎn)性能。綜上所述，本研究證明，在熱應(yīng)激條件下，日糧中添加700 μg/kg的甜菜堿可以提高肉鴨生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，甜菜堿可以通過維持穩(wěn)定的血液學(xué)指標和健康的腸道環(huán)境緩解熱應(yīng)激對肉鴨的影響。

原題名：Effects of betaine on biological functions in meat-type ducks exposed to heat stress（英文）

原作者：S O Park和W K Kim