不同磷水平和钙磷比饲粮添加植酸酶对妊娠母猪养分表观消化率的影响

郭文文 杨维仁* 郭宝林 张 亮魏茂莲 王德海 赵丽芳

(1.山东农业大学动物科技学院，泰安 271018;2.北京昕大洋科技发展有限公司，北京 100081)

在畜禽常用的玉米、豆粕植物性饲料中，植酸磷占总磷的60%～70%，无法被动物有效地吸收利用而需补充无机磷源，这导致不可再生的磷资源大量浪费［1］。而植酸酶能分解植酸，提高饲粮中磷及其他物质的利用率和动物的生产性能，对减轻因动物高磷粪便所导致的环境污染具有重要意义［2-4］。国内外对生长育肥猪应用植酸酶的效果进行了大量研究，主要探讨了添加植酸酶对猪的生长性能和养分利用率的影响及无机磷的替代量，研究发现降低饲粮的钙磷比和磷水平可提高植酸酶的活性［5-6］。但应用植酸酶时，分别在钙水平不变和钙磷比不变的条件下，无机磷水平的降低对母猪养分利用的影响的系统研究尚未见报道。本试验以妊娠后期母猪为研究对象，分别在饲粮钙水平不变和钙磷比不变的条件下，研究饲粮添加植酸酶并梯度降低无机磷水平对母猪养分表观消化率(apparent digestibility，AD)和粪中矿物质排泄量的影响，为生产中应用植酸酶时降低无机磷的添加量和确定适宜的钙磷比提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

植酸酶(phytase，PHY)，酶活性为 6 000 U/g，北京昕大洋科技发展有限公司提供。

1.2 试验动物与设计

试验选择遗传背景一致、2～3胎次(预产期前28 d)、体重(221.91±7.41)kg、预产期相近的健康“ 长白×♀大约克”二元杂交母猪36头，按照胎次、预产期均衡原则随机分为9个组，每个组4个重复。

组1为对照组，饲喂基础饲粮，钙、磷水平分别为 7.26、5.81 g/kg;组 2 为基础饲粮添加植酸酶;组3～5保持钙水平(7.26 g/kg)不变，添加植酸酶，无机磷添加水平分别为对照组的75%、50%、25%［钙磷比为(1.35～1.63)∶1.00］;组 6～9 保持钙磷比(1.25∶1.00)不变，添加植酸酶，无机磷添加水平分别为对照组的75%、50%、25%、0。

1.3 试验饲粮

基础饲粮参考 NRC(1998)［7］妊娠后期母猪营养推荐需要量配制。基础饲粮组成及营养水平见表1。试验饲粮钙、磷水平按试验要求调整。试验饲粮矿物质水平及植酸酶添加水平见表2。

1.4 饲养管理

试验母猪饲喂于同一猪舍，猪舍为水泥地面，每栏1头，试验开始之前饲喂同一饲粮。预产期前28 d开始试验，预试期7 d，正试期6 d，母猪定量饲喂试验饲粮(3.25 kg/d)，每日饲喂 2次(06:00和16:00)，自由饮水。免疫、消毒、卫生等按猪场常规程序进行。试验地点为山东临沂金珠园种猪场。

表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet(air-dry basis) %

表2 试验饲粮矿物质水平及植酸酶添加水平Table 2 Mineral composition and added phytase activity of experimental diets g/kg

1.5 测定指标及方法

消化试验采用指示剂法，以盐酸不溶灰分(acid insoluble ash，AIA)为内源指示剂。正试期早饲前和15:00各收粪样300 g，正式期结束后将6 d的粪样按重复混合均匀，取300 g加10%硫酸(H2SO4，100 mL/kg)测鲜粪粗蛋白质(CP)含量，另取1 kg 65℃烘干制成风干样本，研钵碾碎过40目筛，用于测常规成分和矿物元素。

饲粮及鲜粪CP含量采用凯氏定氮法测定;饲粮及粪中干物质(DM)、粗灰分(ash)含量按照GB/T 6435—1986测定;钙含量的测定采用高锰酸钾滴定法;总磷(TP)含量的测定采用钼黄法(WFJ-7200分光光度计)测定;植酸磷含量采用三氯乙酸法测定;铜、锌、铁含量采用火焰原子吸收法(GB/T 13885—2003［8］)测定(AA-2600 型原子吸收分光光度计);AIA含量采用4 mol/L盐酸法测定。有机物(OM)含量按照DM与ash含量之差计算。

养分AD(%)=［1-(bc/ad)］×100;

粪养分排泄量(g/d)=ebc/d;

表观可消化养分(g/kg)=a-bc/d。

式中:a为饲粮中某养分的含量(g/kg);b为粪中该养分的含量(g/kg);c为饲粮中的指示剂含量(g/kg);d为粪中的指示剂含量(g/kg);e为饲粮日采食量(kg/d)。

1.6 数据处理及统计分析

数据分析采用SAS 9.2统计软件，进行最小显著差别(LSD)单因素方差分析(one-way ANOVA)，差异显著性采用Duncan氏法进行多重比较(P＜0.05者为差异显著)，并对不同无机磷添加水平的处理效应进行线性和二次回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同磷水平和钙磷比饲粮添加植酸酶对母猪养分AD的影响

与对照组相同的磷水平为正常磷水平，低于对照组的为低磷水平。由表3可知，正常磷水平下，添加植酸酶饲粮DM、OM、ash、磷的 AD提高了 4.87%、2.18%、27.40%、12.00%(P＜0.05)，CP、钙、铁的 AD 差异不显著(P＞0.05)，铜、锌的 AD有提高的趋势(P＜0.10)。与对照相比，低磷水平添加植酸酶极显著提高了DM、ash、OM、磷、钙、铁、铜、锌的 AD(P＜0.01)，对 CP的 AD 的影响不显著(P＞0.05)。

饲粮在保持钙水平不变(7.26 g/kg)或钙磷比不变(1.25∶1.00)的条件下添加植酸酶，降低无机磷添加均显著提高 DM、OM、ash、磷、铁、铜、锌的AD(P＜0.05)，DM、OM、铁、铜、锌的 AD 均随无机磷添加量的降低呈线性和二次升高(P＜0.05)。保持钙水平不变，磷的AD随无机磷添加量的降低呈二次升高(P＜0.05)，钙、粗蛋白质的AD在不同无机磷添加水平间差异不显著(P＞0.05)。饲粮保持钙磷比不变，磷的AD随无机磷添加量的极降低呈线性和二次(P＜0.01)升高，钙和粗蛋白质的AD显著提高(P＜0.05)，且与无机磷添加量呈线性和二次相关(P＜0.05)。

饲粮表观可消化磷的线性和二次方程。钙水平不变时:y=-0.185 5x2+0.781x+1.580 1(P＜0.01，R2=0.968)。钙磷比不变时:y=0.216 2x+2.011 7(P＜0.01，R2=0.994)。式中:y 为表观可消化磷(g/kg);x为无机磷添加水平(g/kg)。以对照组为参照，由此计算饲粮添加植酸酶条件下无机磷的需要添加量，对照组与其差值即为植酸酶可替代的无机磷量，保持钙水平不变或钙磷比不变时分别为 0.91、1.27 g/kg，此时粪中磷排泄量分别为 9.01、7.84 g/d。

钙磷比不变(1.25∶1.00)组饲粮的养分 AD 极显著高于钙水平不变［高钙磷比(1.35～1.63)∶1.00］组饲粮(P＜0.01)。

2.2 不同磷水平和钙磷比饲粮添加植酸酶对母猪粪中矿物质排泄量的影响

由表4可知，在正常磷水平下，添加植酸酶可极显著降低粪磷的排泄量 6.93%(P＜0.01)，有降低铜、锌排泄量的趋势(P＜0.10)，对粪中钙、铁的排泄量影响不显著(P＞0.05)。低磷试验组粪中磷、钙、铁、铜、锌的排泄量显著低于对照组(P＜0.05)，这可能是因为低磷试验组饲粮钙、磷水平降低，且添加植酸酶提高了养分AD。

饲粮添加植酸酶，保持钙水平不变或钙磷比不变，随无机磷添加量的降低，粪中磷、铁、铜、锌的排泄量均极显著降低(P＜0.01)，且呈线性和二次相关(P＜0.01)。保持钙水平不变时，粪中钙的排泄量在无机磷添加水平间差异不显著(P＞0.05)，保持钙磷比不变时，随无机磷水平的降低，粪中钙的排泄量极显著降低(P＜0.01)，且呈线性和二次相关(P＜0.01)，这可能是因为饲粮钙水平降低且钙的消化率提高。

低磷饲粮添加植酸酶，低钙磷比显著降低了粪中磷、钙、铁、铜、锌的排泄量(P＜0.05)。

表3 不同磷水平和钙磷比饲粮添加植酸酶对母猪养分AD的影响Table 3 Effects of different levels of phosphorus and calcium to phosphorus ratio with phytase supplemented on nutrients AD in sows %

续表3

3 讨论

3.1 不同钙和无机磷水平饲粮添加植酸酶对妊娠母猪养分AD的影响

3.1.1 植酸酶对母猪养分AD的影响

大量研究证实，植酸酶能作用于含磷的植酸盐，释放被螯合的蛋白质、淀粉、钙、磷及一些消化酶，进而提高养分的消化率和生物学效价。本研究表明妊娠后期母猪饲粮添加植酸酶可显著提高DM、ash、OM 的 AD。梁陈冲等［9］研究结果表明添加植酸酶不影响蛋白质的AD，这与本研究结果一致，但是也有研究表明添加植酸酶可以提高蛋白质的AD或有提高的趋势［10-11］。饲粮添加植酸酶蛋白质反应的机理现在仍然不清楚，植酸酶可能通过防止肠道内蛋白质-植酸复合物的形成或水解植酸分子而释放植酸螯合的蛋白质，从而提高蛋白质的消化率［12］。Champagne 等［13］则认为在肠道中蛋白质主要以较低分子量的肽存在，钙-蛋白质-植酸复合物三元配合物可能没有能力绑定足够的肽以影响蛋白质的消化率。本研究中，磷水平为5.81 g/kg时，添加植酸酶能显著提高磷的AD 12%，这相当于释放了0.24 g/kg的可消化磷。Jongbloed等［14］报道在妊娠后期母猪饲粮添加植酸酶释放0.42 g/kg的可消化磷，这比本研究结果要高，可能是因为其总磷水平更低(3.90 g/kg)，饲粮磷水平越低时，植酸酶的释放能力和作用越强［6，15］。

Adeola等［16］和 Stahl等［17］研究报道饲粮中添加植酸酶能促进仔猪、生长猪对锌、铜、铁的吸收，但Shelton等［18］却发现植酸酶降低了铜的吸收。这可能是因为植酸酶能释放被植酸赘合的锌离子(Zn2+)、锰离子(Mn2+)、铁离子(Fe2+)、铜离子(Cu2+)等多种微量元素离子，从而提高其吸收利用［19］，而植酸酶对锌、铜消化吸收的影响在很大程度上取决于饲粮中锌、铜的浓度［14］。高锌对植酸酶的活性有抑制作用，也抑制了铜的吸收［16，20］。本研究中，在正常磷水平条件下，添加植酸酶对铁的AD影响不显著，但有提高锌、铜的AD的趋势。在低磷饲粮中，添加植酸酶显著提高了铁、铜、锌的 AD，这与 Jongbloed等［14］的研究结果相似，因此可以考虑在添加植酸酶的低磷饲粮中减少铁、铜、锌的添加量。

3.1.2 不同磷水平添加植酸酶对母猪养分AD的影响

饲粮磷水平越低时，植酸酶的释放能力和作用越强［6，15］。这可能是因为无机磷作为植酸水解的最终产物对植酸酶活性有抑制作用［21］，高浓度的磷酸盐会增加饲粮的酸结合能力和肠pH，从而直接影响植酸酶活性［22］。本研究中，在添加植酸酶的条件下，无机磷的添加水平显著影响了DM、ash、OM、磷、铁、铜、锌的 AD，并随无机磷添加量的降低而呈线性或二次增加。这与王庆云等［23］在肉鸡上的研究结果相似，说明低磷更有利于提高植酸酶活性。

在添加植酸酶的条件下，控制钙水平不变，降低无机磷水平，钙植酸磷比值为 2.92∶1.00不变，对CP的AD没有显著影响。控制钙磷比为1.25 ∶1.00，钙植酸磷比随无机磷的降低呈线性降低［(2.92～2.04)∶1.00］，饲粮 CP 的 AD 随无机磷的减少呈线性和二次显著升高。产生不同结果的原因可能是钙植酸磷比的影响，后者CP的AD可能是随钙植酸磷比的降低而升高，且本研究中低磷条件下，高钙磷比(高钙植酸磷比)显著降低了CP的AD，说明饲粮添加植酸酶条件下钙植酸磷比对CP的消化率有显著影响。

本研究在添加植酸酶条件下保持钙水平7.26 g/kg不变，降低无机磷对钙的消化率无显著影响，这可能是因为7.26 g/kg的钙水平已经满足了母猪的需要。在钙含量显著高于其实际需求时植酸酶在提高动物的钙的AD的效率是有限的［24］。

3.1.3 不同钙磷比添加植酸酶对母猪养分AD的影响

Selle等［25］报道添加植酸酶饲粮中钙水平的提高降低了的磷的AD。这可能是因为饲粮中富余的钙会直接竞争酶的活性位点［26］，或刺激肠道pH上升，从而抑制了微生物植酸酶的活性［27］，同时高钙与植酸形成不溶性的植酸钙，从而抑制了植酸酶对植酸的水解［28］。在本研究中低磷条件下，高钙磷比(高钙植酸磷比 2.92∶1.00)显著降低了各养分的AD，这表明高钙磷比抑制了植酸酶对养分消化率的提高。

Stein等［29］报道，饲粮钙水平在需要量的55%～173%时，钙含量不影响饲粮原料的钙的AD，显著影响饲粮中磷的 AD，钙磷比在 1.1∶1.0左右或低于1.1∶1.0时获得最大的磷的AD。但在本研究中，低磷饲粮添加植酸酶，钙的AD显著高于对照组，高钙磷比饲粮中钙的AD低于钙磷比为1.25∶1.00的饲粮，可能是高钙磷比抑制了植酸酶对钙的AD的提高作用。这与Brady等［30］报道的在钙磷比为 1.85∶1.00 和 1.15∶1.00 的饲粮中添加植酸酶，钙的 AD分别提高8%、17%的结果相一致。

3.2 不同钙和无机磷水平加植酸酶对母猪粪中矿物质排泄量的影响

超量使用磷和微量元素所带来的资源浪费和环境污染问题已引起人们的广泛关注。大量研究证实植酸酶可以替代仔猪、生长肥育猪饲粮中的部分或全部无机磷，使粪便磷污染减少20%～58%［31-32］。本研究中，以表观可消化磷为标准，母猪饲粮保持钙水平 7.26 g/kg 和钙磷比 1.25∶1.00时添加植酸酶可分别替代 0.91、1.27 g/kg的无机磷，与对照组相比，分别减少 24.71%、34.48%的粪磷排泄量。这可能是因为饲粮中磷的含量降低且磷的消化率提高。低磷水平和低钙磷比饲粮添加植酸酶与对照组相比显著降低了粪中钙、磷的排泄量，这可能是因为饲粮钙、磷摄入量降低，同时可与植酸酶作用提高了钙、磷的AD。

当土壤中铜和锌的含量分别达到100～200 mg/kg和100 mg/kg以上时，即可造成土壤污染和植株中毒，最终通过食物链进入动植物体而危害人体［33］。在本研究中，低磷饲粮添加植酸酶显著降低了粪中铁、铜、锌的排泄量，且钙磷比1.25∶1时效果更好。这可能是因为低磷添加植酸酶显著提高了铁、铜和锌的表观利用率，同时钙磷比可通过影响植酸酶的活性或钙与微量元素的拮抗作用来影响铁、铜和锌的吸收［34］。

4 结论

① 在本研究条件下，饲粮磷水平为5.81 g/kg时，添加植酸酶能显著提高干物质、粗灰分、有机物、磷的AD。在低磷饲粮中添加植酸酶能提高干物质、粗灰分、有机物、磷、铁、铜、锌的AD，且随无机磷水平的降低呈线性和二次升高。

② 在低磷、低钙磷比(1.25∶1.00)的饲粮中添加植酸酶，比低磷、高钙磷比［(1.35～1.63)∶1.00］的饲粮，更能提高养分的AD。

③本试验条件下，妊娠后期母猪饲粮钙磷比为 1.25∶1.00 时添加 750 FTU/kg 植酸酶可替代1.27 g/kg无机磷。

［1］ 于旭华，冯定远.植酸的抗营养特性和植酸酶的应用［J］.中国饲料，2003(9):16-18.

［2］ 于明，边连全，程波.低磷日粮中添加植酸酶对生长猪生产性能及饲料中磷、钙和蛋白质表观消化率的影响［J］.畜牧与兽医，2013，45(2):32-36.

［3］ 张克英，陈代文，陈文，等.仔猪饲粮添加植酸酶对养分利用率的影响［J］.四川畜牧兽医，2003，30(增刊):39-42.

［4］ 闫俊浩，黄海滨，禚梅，等.植酸酶和磷酸氢钙对育肥猪生长性能和养分消化率的影响［J］.畜牧与兽医，2009，41(4):33-36.

［5］ LIU J，BOLLINGER D W，LEDOUX D R，et al.Lowering the dietary calcium to total phosphorus ratio increases phosphorus utilization in low-phosphorus cornsoybean meal diets supplemented with microbial phytase for growing-finishing pigs［J］.Journal of Animal Science，1998，76(3):808-813.

［6］ 胡骁飞.生长猪应用植酸酶日粮适宜钙磷比的研究［D］.硕士学位论文.郑州:河南农业大学，2005.

［7］ 李长忠，张宏福.NRC(1998)第十版猪营养需要量表［J］.国外畜牧学:饲料，1998(3):37-48.

［8］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 13885—2003动物饲料中钙、铜、铁、镁、锰、钾、钠和锌含量的测定 原子吸收光谱法［S］.北京:中国标准出版社，2003.

［9］ 梁陈冲，陈宝江，于会民，等.不同来源植酸酶对猪生长性能、营养物质表观消化率及肠道微生物区系的影响［J］.动物营养学报，2013，25(11):2705-2712.

［10］ VARLEY P F，LYNCH P B，CALLAN J J，et al.Effect of phytase concentration in a low phosphorus weaner pig diet and its subsequent effect on bone development in the finished pig［J］.Livestock Science，2010，134(1/2/3):218-220.

［11］ LIAO S F，SAUER W C，KIES A K，et al.Effect of phytase supplementation to diets for weanling pigs on the digestibilities of crude protein，amino acids，and energy［J］.Journal of Animal Science，2005，83(3):625-633.

［12］ KIES A K，DE JONGE L H，KEMME P A，et al.Interaction between protein，phytate，and microbial phytase.In vitro studies［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54(5):1753-1758.

［13］ CHAMPAGNE E T，FISHER M S，HINOJOSA O.NMR and ESR studies of interactions among divalent cations，phytic acid，and N-acetyl-amino acids［J］.Journal of Inorganic Biochemistry，1990，38(3):199-215.

［14］ JONGBLOED A W，VAN DIEPEN J T M，KEMME P A，et al.Efficacy of microbial phytase on mineral digestibility in diets for gestating and lactating sows［J］.Livestock Production Science，2004，91(1/2):143-155.

［15］ LEI X G，STAHL C H.Nutritional benefits of phytase and dietary determinants of its efficacy［J］.Journal of Applied Animal Research，2000，17(1):97-112.

［16］ ADEOLA O，LAWRENCE B V，SUTTON A L，et al.Phytase-induced changes in mineral utilization in zincsupplemented diets for pigs［J］.Journal of Animal Science，1995，73(11):3384-3391.

［17］ STAHL C H，HAN Y M，RONEKER K R，et al.Phytase improves iron bioavailability for hemoglobin synthesis in young pigs［J］.Journal of Animal Science，1999，77(8):2135-2142.

［18］ SHELTON JL，LEMIEUX F M，SOUTHERN L L，et al.Effect of microbial phytase addition with or without the trace mineral premix in nursery，growing，and finishing pig diets［J］.Journal of Animal Science，2005，83(2):376-385.

［19］ ZHOU J R，FORDYCE E J，RABOY V，et al.Reduction of phytic acid in soybean products improves zinc bioavailability in rats［J］.Journal of Nutrition，1992，122(12):2466-2473.

［20］ MAENZ D D，ENGELE-SCHAAN C M，NEWKIRK R W，et al.The effect of minerals and mineral chelators on the formation of phytase-resistant and phytasesusceptible forms of phytic acid in solution and in a slurry of canola meal［J］.Animal Feed Science and Technology，1999，81(3/4):177-192.

［21］ GREINER R，KONIETZNY U，JANY K D.Purification and characterization of two phytases from Escherichia coli［J］.Archives of Biochemistry and Biophysics，1993，303(1):107-113.

［22］ LAWLOR P G，LYNCH P B，CAFFREY P J，et al.Measurements of the acid-binding capacity of ingredients used in pig diets［J］.Irish Veterinary Journal，2005，58(8):447.

［23］ 王庆云，杨维仁，杨在宾，等.不同无机磷水平日粮中添加植酸酶对肉鸡生长性能及养分利用率的影响［J］.南京农业大学学报，2009，32(2):124-129.

［24］ STEINER T，MOSENTHIN R，FUNDIS A，et al.Influence of feeding level on apparent total tract digestibility of phosphorus and calcium in pigs fed low-phosphorus diets supplemented with microbial or wheat phytase［J］.Livestock Science，2006，102(1/2):1-10.

［25］ SELLE PH，COWIESON A J，RAVINDRAN V.Consequences of calcium interactions with phytate and phytase for poultry and pigs［J］.Livestock Science，2009，124(1/2/3):126-141.

［26］ QIAN H，KORNEGAY E T，CONNER D E.Adverse effects of wide calcium:phosphorus ratios on supplemental phytase efficacy for weanling pigs fed two dietary phosphorus levels［J］.Journal of Animal Science，1996，74(6):1288-1297.

［27］ SANDBERG A S，LARSEN T，SANDSTRÖM B.High dietary calcium level decreases colonic phytate degradation in pigs fed a rapeseed diet［J］.Journal of Nutrition，1993，123(3):559-566.

［28］ WISE A.Dietary factors determining the biological activities of phytate［J］.Nutrition Abstract Review，1983，53:791-806.

［29］ STEIN H H，ADEOLA O，CROMWELL G L，et al.Concentration of dietary calcium supplied by calcium carbonate does not affect the apparent total tract digestibility of calcium，but decreases digestibility of phosphorus by growing pigs［J］.Journal of Animal Science，2011，89(7):2139-2144.

［30］ BRADY S M，CALLAN J J，COWAN D，et al.Effect of phytase inclusion and calcium/phosphorus ratio on the performance and nutrient retention of grower-finisher pigs fed barley/wheat/soya bean meal-based diets［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，2002，82(15):1780-1790.

［31］ 梁福广，何欣，马秋刚，等.低蛋白日粮不同磷水平及添加植酸酶对生长猪氮磷代谢的影响［J］.北京农学院学报，2007，22(1):24-27.

［32］ 吴东，钱坤，陈丽园，等.不同磷水平饲粮添加植酸酶对猪生长性能及磷和钙代谢影响的研究［J］.养猪，2013(6):9-11.

［33］ 乔伟，王之盛，宾石玉.高铜在养猪生产中应用的利与弊［J］.当代畜牧，2004(1):37-39.

［34］ 杨凤.动物营养学［M］.2版.北京:中国农业出版社，2001.