生物活性过氧化氢酶对断奶仔猪生长性能、肠道形态和消化酶活性的影响

2019-01-08战晓燕张似青田建兴穆长青王连山

现代畜牧兽医 2018年12期

战晓燕，张似青，田建兴，穆长青，王连山

（1.上海农林职业技术学院，上海 201699；2.辽宁威兰生物技术有限责任公司，辽宁沈阳 110020；3.辽宁省动物卫生监督所，辽宁沈阳 110020）

大量研究证实，饲料中添加高剂量氧化锌可增加断奶仔猪采食量，降低仔猪腹泻，提高其生长性能[1-5]。但氧化锌的生物学利用率低，日粮添加高锌导致粪样中锌的残留量过高，造成锌资源的浪费并严重威胁环境[6-9]。此外，长期添加高剂量氧化锌可给仔猪带来些许负面效应如抑制乳仔猪后期生长、被毛凌乱等[10]。随着目前对土壤环境的重视，农业部发布第2625号公告，来限制猪配合饲料中氧化锌的添加量。因此，寻求新型添加剂以减少氧化锌用量迫在眉睫。

过氧化氢酶（Hydrogenperoxidase）又称触酶（Catalase，CAT），是一类广泛存在于动物、植物和微生物体内的末端氧化酶，是在生物演化过程中建立起来的生物防御系统的关键酶之一，在动物体内主要有抗氧化、抗应激、抗过敏和保护肠道黏膜的作用[11]，并在食品、医药、纺织、造纸、环保等行业具有重要的应用。目前过氧化氢酶在很多领域中都有涉及，但大多不具有生物活性，因此在动物中应用很少。研究表明，具有生物活性的过氧化氢酶可以促进动物采食、改善生长性能、减少动物营养性腹泻[12-13]，对肠上皮细胞具有预防性保护作用和减轻肠道炎症反应等[14-15]。

本试验以28日龄断奶仔猪为对象，将生物活性过氧化氢酶直接作为添加剂加入到仔猪日粮中，初步探索其对仔猪生长性能的影响，为生物活性过氧化氢酶的推广应用提供一定的科学依据，对减少添加高锌造成的环境污染具有重要意义。

1 材料和方法

1.1 试验材料本试验所用生物活性过氧化氢酶（酶活为60 U/g）由辽宁威兰生物技术有限责任公司提供。试验动物购自于承德滦平康牧养殖公司。

1.2 动物试验设计采用单因子完全随机试验设计，将40头健康的28日龄三元杂断奶仔猪按体重一致原则随机分为4组，每组设2个重复，每个重复5头猪，A组作为对照组，在基础日粮中添加2 500 mg/kg氧化锌，B、C、D组在基础日粮中分别添加过氧化氢酶60 U/kg、90 U/kg、120 U/kg。试验预试3 d，正式试验30 d。试验设计情况如表1。

表1 试验设计Table 1Test design

1.3 基础饲料配方参照美国NRC（1998）仔猪营养需要标准并结合生产实践配制基础日粮，具体日粮组成及营养水平见表2。

表2 试验基础日粮配方及营养水平Table 2 Test basic dietary formula and nutritional level

1.4 饲养管理试验猪空腹称重后，在养殖水平较好的同一栋封闭式猪舍内进行，温湿度适宜；自由采食和饮水。免疫消毒程序按猪场常规方法进行。饲养管理参照该品种猪的饲养管理规程进行。

1.5 样品采集与处理在试验期内每天对猪的采食量、余料量、腹泻率等数据进行收集及记录。实验结束时屠宰仔猪，采集十二指肠、空肠、回肠各肠段肠道组织样品保存于10%福尔马林溶液进行形态学检测。

1.6 指标测定与方法

1.6.1 生长性能测定

1.6.1.1 平均日增重（ADG）试验结束后称重，称重前禁食12 h，以重复为单位计算每个重复的猪只重量。记录试验中途死亡猪只数并称重记录死亡重量。计算公式如下：平均日增重（g/头/d）=（平均末重-平均初重）/饲养天数。

1.6.1.2 平均日采食量（ADFI）饲养试验开始后，记录每天的投料量和每天的剩料量，通过计算投料量和剩料量的差值，得到耗料量。发生死淘猪时及时结料并称质量。计算公式如下：平均日采食量（g/头/d）=（投料量-余料量）/（猪数×饲喂天数）。

1.6.1.3 料重比（F/G）料重比计算公式为：料重比=试验期总耗料重/试验期总增重。

1.6.1.4 腹泻率腹泻率计算公式为：腹泻率（%）-［试验全期腹泻头次/（试验头数×试验天数）］×100%。

1.6.2 肠道形态检测将10%福尔马林中固定后的十二指肠、空肠、回肠组织用苏木精-伊红染色法染色，荧光显微镜选择典型视野拍摄图片，并用Leica Qwin图像分析系统进行观察分析，每张切片测量绒毛高度（VH）和隐窝深度（CD），并计算VH/CD。每个样本观察两个非连续切片，从不同的视野中选取10根完整的绒毛进行长度测量，并测定相应的隐窝深度，绒毛高度量取是从其顶端至根部，隐窝深度量取是从相邻2根绒毛根部至基底部。

1.6.3 消化酶活性的测定将仔猪屠宰，开腹后立即结扎十二指肠、空肠、回肠，从十二指肠、空肠、回肠采集部分食糜样于液氮中速冻保存，-20℃备用，用于测定蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的活性。

1.7 数据处理数据以均值±标准差表示，SPSS 22.0软件进行ANOVA方差分析及Duncan’s法多重比较，P＜0.05差异显著，P＜0.01差异极显著。

2 结果和分析

2.1 过氧化氢酶对断奶仔猪生长性能和腹泻率的影响由表3可见，与对照组相比，90 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组日增重极显著提高（P＜0.01）；90 U/kg过氧化氢酶组日采食量极显著提高（P＜0.01），但与60 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组无显著差异（P＞0.05）；90 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组料重比分别降低2.67%和4.00%，差异显著（P＜0.05，P＜0.01）；添加过氧化氢酶组对腹泻率均无显著影响（P＞0.05）。

表3 过氧化氢酶对断奶仔猪生长性能和腹泻率的影响Table 3Effect of catalase on growth performance and diarrhea rate of weaning piglets

表4 过氧化氢酶对断奶仔猪肠道形态的影响Table 4 Effect of catalase on intestinal morphology of weaning piglets

2.2 过氧化氢酶对断奶仔猪肠道形态的影响由表4可知，与对照组相比，60 U/kg过氧化氢酶组十二指肠VH显著降低（P＜0.05）；三水平过氧化氢酶组空肠VH均极显著提高（P＜0.01）；三水平过氧化氢酶对回肠VH均无显著影响（P＞0.05）。与对照组相比，90 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组十二指肠CD分别降低13.34%和16.21%，差异极显著（P＜0.01）；60 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组空肠CD明显降低（P＜0.01）；60 U/kg过氧化氢酶组回肠CD提高不显著（P＞0.05），90 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组十二指肠CD则极显著降低（P＜0.01）。与对照组相比，90 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组十二指肠和回肠的VH/CD均极显著提高（P＜0.01）；三水平过氧化氢酶对空肠VH/CD均有极显著影响（P＜0.01）。

表5 过氧化氢酶对断奶仔猪消化酶活性的影响Table 5Effect of catalase on digestive enzyme activity in weaning piglets

2.3 过氧化氢酶对断奶仔猪消化酶酶活的影响由表5可知，与对照组相比，三水平过氧化氢酶组十二指肠、空肠和回肠的蛋白酶活性均极显著提高（P＜0.01）；90 U/kg过氧化氢酶组十二指肠淀粉酶活性极显著提高（P＜0.01）；90 U/kg过氧化氢酶组空肠淀粉酶活性提高了8.64%，差异显著（P＜0.05）；三水平过氧化氢酶组回肠的淀粉酶活性均极显著提高（P＜0.01）。60 U/kg过氧化氢酶组十二指肠脂肪酶活性极显著提高（P＜0.01）；60 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组回肠脂肪酶活性显著降低（P＜0.05）。由此推断，在断奶日粮中添加过氧化氢酶，可提高消化酶活性。

3 讨论

3.1 过氧化氢酶对断奶仔猪生长性能的影响传统养殖生产模式中，仔猪断奶约在4周龄。随着饲养水平的提高，现代集约化养殖模式下，通常采用早期断奶以提高母猪的繁殖性能，节约母猪饲养成本。但是早期断奶给仔猪带来多种应激，如仔猪与母畜的突然分离、转群带来的应激、由易消化吸收的动物蛋白向较难消化的植物蛋白过渡等。诸多应激使仔猪在短时间内减少釆食，甚至拒绝釆食。Brooks等[16]研究表明早期断奶后24 h内仅有50%仔猪釆食，而在48 h后仍约有10%仔猪未进食。这可造成仔猪能量大量透支。仔猪在断奶时体内的能量仅可以维持3 d，而由断奶应激造成的能量损失约需要8～14 d方能恢复[17]。而断奶仔猪的生长性能决定肥育猪的上市时间。因此，减少断奶应激保证仔猪的正常生长显得至关重要。

本试验中所用生物活性过氧化氢酶属于抗氧化酶的一种，具有体内抗氧化、清除自由基的作用，可以减少因仔猪断奶导致的氧化应激产生的自由基对肠道上皮细胞的损伤，维护肠道健康完整，从而达到提高营养物质消化率的作用。方锐等[18]研究发现添加过氧化氢酶可以提高断奶仔猪生产性能，降低仔猪料肉比，与添加氧化锌对比无差异。而本试验结果显示与2 500 mg/kg氧化锌相比，90 U/kg CAT极显著提高断奶仔猪日采食量和日增重（P＜0.01），同时对降低料重比也有明显改善作用（P＜0.05），以此推断一定剂量的生物活性过氧化氢酶（CAT）可以改善断奶仔猪生长性能。

3.2 过氧化氢酶对断奶仔猪腹泻率的影响仔猪腹泻主要有生理性腹泻和病理性腹泻两种。生理性腹泻主要是仔猪断奶期间，面临来自营养、心理和环境三个方面的应激，其中营养应激最为严重，不仅造成了断奶后仔猪肠绒毛变短、隐窝变深、肠细胞凋亡，还会影响到仔猪的内分泌系统、免疫系统和行为状态等，同时也会造成仔猪肠道酶系活性和吸收功能的降低，导致仔猪严重营养不良[19-20]。病理性腹泻主要是因仔猪肠道尚未建立稳定的微生态系统和免疫系统，自身抵抗力较低，对外界刺激敏感，易受各种病原微生物的侵袭而导致病理性腹泻。其中，大肠杆菌和轮状病毒是最常见的病原微生物，次者为沙门氏菌、志贺氏菌等。

本试验结果显示，与2 500 mg/kg氧化锌相比，3种添加剂量的水平过氧化氢酶对腹泻率均无显著差异（P＞0.05），表明生物活性过氧化氢酶同高剂量的氧化锌一样，具有高效的抗腹泻作用，可以预防仔猪营养性腹泻。经大量研究证实，仔猪日粮中抗原及其它不良成分所引起的致敏反应才是引起仔猪断奶腹泻的罪魁祸首，而病原性微生物感染不是引起断奶仔猪腹泻的原发性病因，只是仔猪肠道发生损伤的继发症[21-22]。研究证明，早期的断奶过程中机体氧化还原平衡系统被打破，自由基产生增加，抗氧化能力下降，导致氧化应激的产生[23]。氧自由基引发的脂质过氧化反应，导致细胞与组织的氧化损伤[24]，直接导致肠道上皮细胞受损，从而引起和加剧了断奶仔猪腹泻。生物活性过氧化氢酶具有对肠黏膜氧化应激造成的炎性损伤有保护作用，明显抑制炎症所导致的肠黏膜细胞的凋亡[25]，这可能是生物活性过氧化氢酶（CAT）具有抗腹泻作用的主要原因。

3.3 过氧化氢酶对断奶仔猪肠道形态的影响据报道，早期断奶会诱导仔猪肠上皮细胞过氧化，肠上皮细胞抗氧化酶活性降低，导致肠绒毛-隐窝结构损伤和修复更新受阻，在形态结构上表现为绒毛萎缩，隐窝加深[26]。猪的肠道形态尤其是绒毛的长度和隐窝深度，是影响猪肠道健康和生长性能的重要指标。绒毛边缘可分泌多种消化酶，因此，绒毛越长动物的消化吸收能力越强。隐窝深度决定肠绒毛有丝分裂生成上皮细胞的速度，反映细胞生成率，而隐窝变浅，表明细胞成熟率上升，分泌功能增强。因此，绒毛高度与隐窝深度的比值可综合反映小肠消化吸收功能状况。比值下降，黏膜很可能受损，消化吸收能力下降，常会伴随有腹泻、生长受阻现象；而比值升高，肠道上皮细胞数量增加，肠道吸收面积增大，进而提高营养物质的吸收利用率，同时也有利于功能性物质的合成。

Carlson等[27]报道，补饲高剂量氧化锌能改善肠道形态，使肠道隐窝变浅，绒毛变长。同时研究发现，3 000 mg/kg氧化锌能显著增加小肠黏膜的绒毛高度[28]。过氧化氢酶作为抗氧化酶，可以修复因断奶导致的细胞过氧化而造成的绒毛萎缩，隐窝加深。据报道，过氧化氢酶可以提高肠道绒毛高度，降低隐窝深度，且提高二者的比值[18]。本试验结果显示，与2 500 mg/kg氧化锌相比，90 U/kg和120 U/kg过氧化氢酶组显著提高空肠绒毛高度、降低十二指肠和回肠隐窝深度，同时绒毛高度与隐窝深度的比值显著升高（P＜0.01），表明生物活性过氧化氢酶（CAT）对肠道的绒毛长度和隐窝深度有一定的促生长作用，进而促进断奶仔猪对营养物质的吸收利用，且效果优于高剂量的氧化锌，这与断奶仔猪在生长性能上表现的结果一致。过氧化氢酶作为抗氧化酶的一种，具有增强肠道上皮细胞抗氧化的功能，从而有助于上皮细胞的增殖分化，促进绒毛-隐窝结构的发育。

3.4 过氧化氢酶对断奶仔猪消化酶酶活的影响仔猪在0～4周龄，随着日龄的增长，仔猪胃、肠、胰及小肠食糜中的消化酶活性几乎成倍增长[33]。这与哺乳期消化器官组织快速生长发育有关。然而，断奶无论发生在2、3、4、5周龄，组织器官和食糜中各种消化酶活性均降低到断奶前的1/3水平，经过2周恢复之后，除胰脂肪酶外，大多数消化酶均可恢复甚至超过断奶前的水平，而胰脂肪酶活性在断奶后2～3周内无明显增长或增长很少。研究表明，消化酶这种发育规律趋势与分泌这些酶的组织如小肠、胰脏生长发育规律趋势极其相似[29-32]。这说明早期断奶引起的胃肠道消化酶活性降低，很可能是合成和分泌这些酶的组织、器官发育受抑制的缘故。

本试验结果显示，与2 500 mg/kg氧化锌相比，三水平过氧化氢酶组蛋白酶活性均极显著提高（P＜0.01）；三水平过氧化氢酶组淀粉酶活性具有整体升高的趋势，其中90 U/kg过氧化氢酶组十二指肠、空肠和回肠的淀粉酶活性差异显著，分别提高了10.14%、8.64% 和 15.14%（P＜0.01，P＜0.05，P＜0.01）；60 U/kg过氧化氢酶组十二指肠的脂肪酶活性显著提高5.00%（P＜0.05）。结果表明，生物活性过氧化氢酶（CAT）可提高断奶仔猪消化道消化酶活性，使小肠仍具有良好的消化吸收能力，饲粮中的营养物质得到充分的利用，因此有效提高仔猪的生长性能，这也与本试验结果相符。