N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪生长性能、养分消化率及血清游离氨基酸含量的影响

精氨酸是哺乳仔猪的一种必需氨基酸[1-2]。当母乳作为仔猪唯一的饲粮蛋白质来源时,哺乳仔猪并不能获得最佳的生长性能,因为母乳每天仅能提供1.06 g的精氨酸（泌乳第7～21天）,而7日龄仔猪（2.5 kg）日增重为200 g左右,其用于蛋白质沉积和氨基酸代谢的精氨酸实际需要量在2.7 g/d以上[3]。因此,给哺乳仔猪补充精氨酸,将促进仔猪的生长发育。Leibholz[4]在仔猪奶粉型饲粮中添加0.2%、0.4%的精氨酸后,发现仔猪在出生后第7～14天体增重分别增加了43%和93%。Kim等[5]在对精氨酸的研究中也获得了相似的促生长结果。然而,在实际生产中,精氨酸在仔猪饲粮中的应用一直受到其价格的制约。因此寻找一种既有效又经济的精氨酸替代品成了近年来一些学者的研究目标。最新资料表明,N-氨甲酰谷氨酸（N-carbamoylglutamate,NCG）作为尿素循环中鸟氨酸生成瓜氨酸的中间体N-乙酰谷氨酸（N-acetylglutanate,NAG）的类似物,是内源性精氨酸合成途径中的必需辅助因子和限制性因素之一。从理论上,通过饲粮添加NCG可有效促进体内精氨酸的合成,进而促进仔猪生长[6]。但目前国内外关于NCG在早期断奶仔猪中的研究和应用尚处于起步阶段。因此,本试验拟通过在饲粮中添加不同水平的NCG,探讨NCG对断奶仔猪生长性能、养分消化率及血清游离氨基酸含量的影响,旨在为正确评价NCG的生理功能及其在仔猪饲粮中适宜添加水平的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

NCG由中国科学院亚热带农业生态研究所（长沙）馈赠,其产品名为精氨酸生素（AAA）。AAA产品中NCG的有效含量为50%。

1.2 试验动物和分组设计

选用60头遗传背景和胎次相近、平均体重为（6.4±0.7）kg的26日龄断奶仔猪,按完全随机区组设计分为4个处理（对照组、处理Ⅰ、处理Ⅱ及处理Ⅲ）,每个处理5个重复,每个重复3头仔猪。

1.3 试验饲粮

对照组仔猪饲喂玉米-豆粕型基础饲粮,处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ仔猪分别饲喂在基础饲粮中添加0.04%、0.08%和0.12%NCG的试验饲粮。4组饲粮精氨酸测定值分别为1.21%、1.22%、1.20%和1.22%。饲粮组成及营养水平见表1。

表1 饲粮组成及营养水平（饲喂基础）Table 1 Composition and nutrien t levels of the diets（as-fed basis,%）

1.4 饲养管理

试验在广东旺大集团南昌试验猪场执行。试验前对猪舍进行彻底消毒,重复内猪只采用群饲,饲喂干粉料,日喂3次,自由采食和饮水。其他饲养管理措施、驱虫及免疫接种按猪场的常规程序进行。试验期为21 d。

1.5 测定指标与方法

1.5.1 生长性能

于试验第1天（26日龄）、第7天（33日龄）、第14天（40日龄）和第21天（47日龄）对仔猪空腹称重,记录饲料消耗量,根据体重变化和饲料消耗情况计算仔猪平均日增重（ADG）、平均日采食量（ADFI）及料重比（F/G）。

1.5.2 养分消化率

于试验结束前10天开始在饲粮中添加0.3%的三氧化二铬（Cr2O3）,从第7天开始每天07:30～08:30和15:30～16:30连续3 d收集新鲜粪样。当天各重复粪样混合均匀,取200 g左右装入塑料封口袋,每100 g粪样滴加10m L 10%盐酸以固氮,然后置于-20℃冰箱中保存。测定前取出样品,解冻,烘干,粉碎。按照AOAC方法测定粪样和饲料样品中干物质、粗蛋白质、粗脂肪、钙及总磷含量,计算养分消化率。

1.5.3 腹泻率和腹泻指数

每天记录仔猪的腹泻时间、头数,计算腹泻率和腹泻指数。腹泻率=腹泻头次/（本组供试猪总头数×腹泻天数）。腹泻指数=∑（腹泻头次×相应的腹泻评分）/（猪只数×天数）。腹泻评分标准为:粪便条形或粒状——0分（正常）;软粪,能成形——1分（轻度腹泻）;稠状,不成形,粪水无分离——2分（中度腹泻）;液状,不成形,粪水无分离——3分（严重腹泻）。

1.5.4 血清游离氨基酸含量

试验结束时（47日龄）从每重复中随机选取2头仔猪于前腔静脉采血5 m L,静置1 h后于3 000 r/m in离心8m in,移取血清,置于-20℃保存待测。测定时,将10%的三氯乙酸与血清混合,高速离心,取上清液,使用日立L-8900氨基酸自动分析仪测定血清游离氨基酸含量。

1.6 数据处理与统计分析

所有试验数据应用SPSS 16.0软件进行方差分析,结果以“平均值±标准差”表示,经F检验组间差异显著者再用Duncan氏进行多重比较,以分析NCG对仔猪平均日增重、平均日采食量、料重比、养分消化率、腹泻状况及血清游离氨基酸含量的影响。P＜0.05为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪生长性能的影响

NCG对断奶仔猪生长性能的影响见表2。数据显示,饲粮中添加0.04%、0.08%及0.12%的NCG对26～33日龄仔猪平均日采食量没有显著影响（P＞0.05）,但显著提高了平均日增重（P＜0.05）,并降低了料重比（P＜0.01）。饲粮中添加0.04%、0.08%的NCG后,26～40日龄仔猪平均日采食量未出现显著变化（P＞0.05）,但平均日增重分别达272.7、271.8 g,均显著高于对照组的248.7 g（P＜0.05）,料重比也得到显著改善（P＜0.05）;但当NCG添加量提高至0.12%时,仔猪平均日增重、料重比与对照组均无显著差异（P＞0.05）。在26～47日龄,饲粮中添加NCG对仔猪平均日采食量无显著影响（P＞0.05）,但0.04%、0.08%的NCG显著改善了仔猪平均日增重和料重比（P＜0.05）。

随着NCG添加量的升高,26～33日龄和26～47日龄仔猪平均日增重、26～33日龄、26～40日龄和26～47日龄仔猪料重比均呈显著的二次曲线改善规律（P＜0.05）。其中,0.04%、0.08%的NCG对仔猪具有显著的促生长效果（P＜0.05）。

表2 N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪生长性能的影响Table 2 Effects o f NCG on grow th performance of w eaned piglets

2.2 N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪腹泻率和腹泻指数的影响

表3数据显示,饲粮中添加0.04%、0.08%的NCG可降低26～33日龄仔猪的腹泻率（P＜0.05）,而0.04%的NCG降低了26～40日龄及26～47日龄仔猪的腹泻率和腹泻指数（P＜0.05）。其中,添加0.04%NCG的试验组仔猪腹泻率和腹泻指数低于其他组（P＜0.05）。随着饲粮NCG添加量的增加,仔猪的腹泻率和腹泻指数呈现先降后升的二次曲线变化规律。其中,低剂量（0.04%） NCG表现出良好的抑制仔猪腹泻的效果,与其相比,高剂量（0.12%）的NCG不仅对控制仔猪腹泻没有发挥积极作用,还可导致26～47日龄仔猪腹泻指数的显著升高（P＜0.05）。

表3 N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪腹泻状况的影响Tab le 3 Effects o f NCG on diarrhea o f weaned piglets

2.3 N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪饲粮养分消化率的影响

由表4可知,饲粮中添加0.04%、0.08%和0.12%的NCG,仔猪饲粮粗脂肪、粗纤维及钙的消化率与对照组均差异不显著（P＞0.05）。然而, NCG提高了粗蛋白质的消化率,尤其以0.12% NCG组最明显,粗蛋白质消化率达84.7%,显著高于对照组的82.9%（P＜0.05）。另外,NCG提高了磷的消化率,0.04%和0.12%的NCG组仔猪饲粮磷的消化率均显著高于对照组（P＜0.05）。

表4 N-氨甲酰谷氨酸断奶仔猪对饲粮养分消化率的影响（干物质88.0%）Tab le 4 Effects of NCG on dietary nutrient digestibility of weaned piglets（DM 88.0%,%）

2.4 N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪血清中游离氨基酸含量的影响

表5数据显示,随着饲粮中NCG添加量的增加,仔猪血清中游离精氨酸含量呈线性升高趋势（P=0.077）。其中,NCG的添加量为0.08%时,仔猪血清游离精氨酸和蛋氨酸含量显著高于对照组（P＜0.05）。饲粮中NCG添加量为0.04%时,血清游离谷氨酸含量显著低于对照组（P＜0.05）,而添加量为0.08%时,血清游离谷氨酸则显著高于对照组（P＞0.05）。随着饲粮NCG添加量的增加,血清游离赖氨酸、脯氨酸含量呈线性升高（P＜0.05）,其中,NCG添加水平达0.12%时,血清游离脯氨酸含量显著高于对照组（P＜0.05）,而NCG添加水平为0.08%、0.12%时,血清游离赖氨酸含量显著高于对照组（P＜0.01）。

表5 N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪血清游离氨基酸的影响Table 5 Ef fects of NCG on free am ino acids in serum of weaned piglets（μg/m L）

3 讨 论

本研究表明,饲粮中添加0.04%、0.08%或0.12%的NCG虽然对26～33日龄、26～40日龄及26～47日龄仔猪平均日采食量没有显著影响,但随着NCG添加量的升高,除26～40日龄断奶仔猪平均日增重外,其他日龄阶段仔猪平均日增重和料重比均呈显著的二次曲线改善趋势。其中,0.04%和0.08%NCG对仔猪的促生长效果较好且二者之间差异不显著,说明二者均处于二次曲线的促生长剂量范围内。NCG对仔猪的促生长作用主要由其代谢过程中产生的精氨酸实现。在精氨酸合成代谢链中,NAG是氨甲酰磷酸合成酶-Ⅰ（CPS-Ⅰ）的变构激活剂[7],对线粒体氨甲酰磷酸的生成具有重要调控作用。因此,NAG是精氨酸合成途径和氨转化为尿素过程中内源性的必需辅助因子[8]。NCG作为NAG的类似物,也是CPS-Ⅰ的变构激活剂,并且不被细胞质中降解酶所分解,容易进入细胞线粒体发挥作用[9],因此,可以激活肠上皮细胞合成精氨酸过程中的一个关键酶——CPS-Ⅰ[10]。NCG不但可以通过提高CPS-Ⅰ和脯氨酸合成酶（P5CS）的活性来增加肠道瓜氨酸和精氨酸合成,改善新生仔猪精氨酸营养供给[11],还能够增加仔猪骨骼肌的蛋白质合成,从而提高仔猪平均日增重[6]。W u等[11]在体内和体外试验中发现,在小肠上皮细胞培养液中添加2 mm ol/L NCG,由谷氨酰胺和脯氨酸合成的瓜氨酸分别提高了7.7和0.6倍,同时还显著增加了合成精氨酸的产量;给4日龄哺乳仔猪每日灌服2次50 mg/kg BW的NCG至14日龄后,仔猪血浆精氨酸浓度增加了68%,仔猪平均日增重提高了61%。Frank等[12]对9日龄哺乳仔猪每天灌服2次50 m g/kg BW的NCG至17日龄时,仔猪平均日增重提高了25%,血浆精氨酸浓度提高了32%,并发现NCG具有一定的促蛋白质合成效应。印遇龙等[13]报道,饲粮中添加0.08%NCG可有效促进仔猪生长,增强机体免疫力。上述研究表明,NCG可提高仔猪小肠上皮细胞瓜氨酸和精氨酸的合成水平,并间接地通过精氨酸代谢途径促进仔猪的生长和发育。

本研究结果表明,NCG促进了仔猪体内精氨酸的合成,使血清游离精氨酸含量显著升高。而内源性精氨酸合成量的增加,改变了体内相关氨基酸的含量。当饲粮中添加0.08%以上的NCG后,血清游离赖氨酸含量显著升高。这可能是由赖氨酸与精氨酸之间的拮抗作用所引起[14],因为赖氨酸与精氨酸均为碱性氨基酸,在机体内共享同一转运系统,故存在着吸收竞争。体内精氨酸的大量产生会提高赖氨酸分解酶的活性,从而影响赖氨酸的代谢进程。而脯氨酸作为精氨酸代谢的产物,其在血清中的含量受精氨酸合成量的影响。这或许是本研究中随着饲粮NCG添加量的增加而导致仔猪血清游离脯氨酸含量显著升高的直接原因。

饲粮中添加NCG在一定程度上提高了断奶仔猪饲粮养分尤其是蛋白质和磷的消化率。其原因与NCG在仔猪体内促进精氨酸的合成有关。早期断奶是养猪生产中提高生产效益的一个重要手段,而断奶会给仔猪造成很大的应激,其中受影响最大的是小肠黏膜的形态、结构和功能。有研究表明,饲粮添加精氨酸能够促进早期断奶仔猪的肠道发育,阻止肠绒毛萎缩,改善肠道消化机能[15-16],并有利于早期断奶仔猪肠道微血管系统的发育,提高肠道的吸收功能[17]。

精氨酸可促进断奶仔猪肠道热休克蛋白——HSP70基因的表达,促进肠道的发育,维持肠绒毛结构与功能的完整,进而减少腹泻的发生[18]。但过量的精氨酸对仔猪腹泻的改善没有益处。一般认为,过量的外源性精氨酸可使机体在短时间内一氧化氮（NO）的合成急剧升高,从而使NO的负面作用突显,最终对机体造成严重损伤[19]。Zhan等[17]在14日龄仔猪饲粮中添加1.2%的精氨酸后发现,仔猪生长性能显著低于对照组,且第6天和第10天血清赖氨酸含量显著降低。内源性精氨酸的过量合成同样存在副作用。本研究表明,饲粮中添加0.04% NCG能有效降低断奶仔猪的腹泻率和腹泻指数,但NCG添加量达0.12%时,仔猪腹泻状况不仅没有得到改善,其腹泻率和腹泻指数反而显著增加,这与印遇龙等[13]在仔猪饲粮中使用高水平（1.6 g/kg）的NCG后获得的结果一致。这说明,不管是外源性还是由NCG产生的内源性精氨酸,其过量均会对肠道产生一定的副作用。其原因可能是添加或合成过高水平的精氨酸产生了过多的NO,进而导致机体氧化应激。

4 结 论

①饲粮中添加0.04%、0.08%和0.12%的NCG对仔猪平均日采食量没有显著影响,但0.04%、0.08%的NCG可显著提高仔猪的平均日增重,降低料重比,改善仔猪的腹泻状况并提高血清游离氨基酸含量。

②高剂量（0.12%）的NCG不仅在促仔猪生长方面效果不显著,且将显著提高仔猪的腹泻率和腹泻指数。

③综合促生长效果和经济成本,断奶仔猪饲粮中NCG的添加量以0.04%最为合适。

[1] W u G,Knabe D A,K im SW.Arginine nutrition in neonatal pigs[J].The Journal of Nutrition,2004, 134:2 783S-2 790S.

[2] Duggan C,Gannon J,W alker W A.Protective nutrients and func tional foods for the gastrointestinal tract[J].American Journal of Clinical Nutrition, 2002,75:789-808.

[3] W u G,Knabe D A.Free and protein-bound am ino acids in sow's colostrums and m ilk[J].The Journal of Nutrition,1994,124:415-424.

[4] Leibho lz J.A rginine requirements of pigs[J].Journalo f Agricultural Research,1982,33:165-170.

[5] K im SW,M cPherson R L,Wu G.D ietary arginine supp lementation enhances the grow th of m ilk-fed young pigs[J].The Journal o f Nutrition,2004,134: 625-630.

[6] Frank JW,Escobar J,Nguyen H V.Oral N-carbamylglutamate supp lementation increases protein synthesis in skeletalmuscle of pig lets[J].The Journal o f Nutrition,2007,137（2）:315-319.

[7] W u G,Morris S M Jr.Arginine metabolism:nitric oxide and beyond[J].Biochem istry Journal,1998, 336:1-17.

[8] Morizono H,Caldovic L,ShiD.Mammalian N-acetylglutamate synthase[J].Molecular Genetics and Metabolism,2004,81（Suppl.1）:4-11.

[9] M eijer A J,Dubbe lhuis P F.Am ino acid signaling and the integration o f metabolism[J].Biochem ical Biophysical Research Communications,2004,313 （2）:397-403.

[10] Elha ji Y A,Wu JH,Gottlieb B.An exam ination of how different m utations at arginine 855 of the androgen receptor result in different androgen insensitivity phenotypes[J].M olecu lar Endocrinology, 2004,18（8）:1 876-1 886.

[11] W u G,Jaeger L A,Bazer FW.Arginine deficiency in preterm infants:biochem icalmechanisms and nutritional imp lications[J].The Journal of Nutrition Biochem istry,2004,15（8）:442-451.

[12] Frank JW,Escobar J,Nguyen H V.Oral N-carbamyl-glutamate（NCG）supplementation increases grow th rate in sow-reared piglets[J].The FASEB Journal, 2006,20:A 425.

[13] 印遇龙,吴 信,唐志如,等.不同水平精氨酸衍生物对断奶仔猪生长性能及腹泻的影响[J].农业现代化研究,2008,29（6）:723-725.

[14] EdmondsM S,Baker D H.Failure of excess dietary lysine to antagonize arginine in young pigs[J].The Journal of Nutrition,1987,117:1 396-1 401.

[15] 谭碧娥,李新国,孔祥峰,等.精氨酸对早期断奶仔猪肠道生长、组织形态及IL-2基因表达水平的影响[J].中国农业科学,2008,41（9）:2 783-2 788.

[16] 黄 琳,蒋宗勇,林映才,等.精氨酸对人工饲养新生仔猪肠道形态和肠黏膜酶活的影响[C].见:刘建新主编.中国畜牧兽医学会动物营养学分会第十次学术研讨会论文集.北京:中国农业科学技术出版社,2008:346.

[17] Zhan Z F,Ou D Y,Piao X S.D ietary arginine supplemen tation affects m icrovascular development in the small intestine o f early-weaned pigs[J].The Journal o f Nutrition,2008,138:1 304-1 309.

[18] Wu X,Ruan Z,Gao Y L,et al.D ietary supp lementation withL-arginine and N-carbamylglutam ate enhances intestinal grow th and heat shock p rotein 70 expression in w ean ling pigs fed a corn-and soybean meal-based diet[J].Am ino A cids,2010,37:DOI 10.1007/s00726-00010-00538-y.

[19] W ink D A,M itche ll JB.Chem icalbiology of nitric oxide:insigh ts into regulatory,cytotoxic,and cy toprotectivem echanisms of nitric oxide[J].Free Radical Biology&Medicine,1998,25（4/5）:434-456.

*Correspond ing au thor,associate professor,E-mail:youjinm@163.com

（编辑 何丽霞）