精氨酸及其替代物改善母猪繁殖性能的营养调控机制与应用技术

张吉

（湖北博大生物股份有限公司动物繁殖与营养工程技术研究中心，湖北 黄石 435000）

20多年来，随着现代猪育种理论的迅猛发展与种质测定同步选育技术的应用，经过不断的遗传选育（如降低背膘厚度的选育），育肥猪的生长速度、瘦肉率与胴体品质显著提高，繁殖用母猪的产仔数与泌乳性能的逐年增加（发达国家每头母猪年提供的断奶仔猪数即PSY已达30头），同时降低背膘厚度的选育也增大了母猪的成熟体型，并相应地降低了母猪的采食量。在母猪泌乳力的增加已经不能满足由于产仔数的增加所要求的母猪泌乳量的同步增加，而母猪的采食量又相对较低，特别是在炎热季节下，母猪的采食量更低的情况下，必将造成母猪体组织的大量动员与利用以满足泌乳的需要，最终导致母猪出现断奶后发情时间延长或者长期不发情，甚至影响到母猪下一胎妊娠时的胚胎存活率等繁殖障碍疾病[1]。此外，由于生物体多个性状之间存在着不兼容现象，特别是近年来集约化养猪在我国的推广普及，工厂化养猪过程中限位栏的采用，使得母猪的饲养更为集中、饲养密度更大，受到的应激更多[2]。加之，母猪长期缺乏运动与过度限饲以及母猪饲料过于精粮化、单一化，特别是高浓度营养素及抗生素的广泛使用以及早期断奶技术的推广应用又使得母猪处于高负荷生产，导致母猪抗逆性降低，除蛋白质合成增加外，主要是脂肪沉积，水分积聚，猪机体普遍“湿性”，引发脾虚，继而导致内分泌紊乱，阴阳平衡失调，极易发生繁殖障碍性疾病，表现在：1）有效产仔数少，不合格仔猪多；2）初生重小；3）弱仔、死胎、木乃伊胎多；4)产程持续时间延长；5)断奶后不发情或发情推迟；6)受胎率低；7)哺乳期的泌乳量少导致仔猪断奶重小，影响保育阶段的成活率与生产性能，仲夏早秋热应激下，问题更严重[2-4]。造成母猪繁殖障碍的因素很多，而泌乳期母猪采食量低只是众多影响因素之一[1,3,5]。要让母猪有关繁殖性能的遗传潜力得到充分发挥，就营养而言，必须针对各种因素采取综合的整体措施[2,5,6]，也就是卢德勋[7]提出的种（母）猪营养的工程技术。特殊功能营养调控剂使用技术是种（母）猪营养工程技术中日粮优化设计技术中不可缺少的有机组成部分。科学使用具有特殊功能的营养调控剂，不仅能够补充原有饲料原料营养与生理功能的不足，而且还会因特殊功能营养调控剂与原有饲料原料中的营养素、营养活性物质因产生特殊的正组合效应而提高饲料的利用效率[6]。特殊功能营养调控剂的使用是饲料企业稳定并提高产品质量或者构建差异化产品的重要举措，有关改善母猪繁殖性能的特殊营养调控剂的研发更是母猪营养研究的热点之一，文章拟就种（母）猪营养工程技术中，改善母猪繁殖性能的特殊营养调控剂精氨酸（Arginine, Arg）及其替代物——N-氨甲酰谷氨酸（N-Carbamylglutamate,NCG）的营养调控功能及其机制进行介绍。

1 繁殖母猪高强度生产下，毒素积聚，导致免疫力低下、易感应激，出现繁殖障碍

第一，母猪高强度生产下，体质损耗过度。这是因为母猪常年处在“配种—怀孕—分娩—哺乳—断奶—发情—配种”周而复始的高强度繁殖生产中，机体自身营养呈渐进性损耗，而外源性营养又存在着供给不足或不均衡等问题，特别是疾病、各种应激（如热应激）等更是加剧了这种营养的不足与不平衡，最后导致母猪体质损耗过度，气血亏虚，使得机体胃肠消化动力不足，对饲料的吸收利用率低，母猪的营养供给更加不足，这又进一步加剧了营养不足与不平衡的矛盾。如此恶性循环，以致母猪血虚津亏，引发肠道干燥，粪便难化，继发便秘，累积毒素，抵抗力降低。第二，母猪在生产中，也会积聚毒素。这是因为母猪饲养周期长，少则2年，多则4～5年，各类毒素逐渐积聚体内，而母猪便秘进一步加剧了母猪体内毒素的积聚度，使得母猪机体代谢发生障碍，甚至出现中毒。这些毒素既包括药物、霉菌毒素、内毒素等外源性毒素，也包括母猪代谢产生的内源性毒素。第三，免疫功能低。随着体内毒素积聚的增加，肝脏的解毒功能与肾脏的排泄功能因长时间超负荷运转而使其功能受损，从而使得体内毒素的积聚进一步增加，以致损害免疫系统，导致机体免疫功能下降，出现免疫抑制，易感各种应激（如热应激），继而扰乱母猪的内分泌，造成与繁殖相关的激素如促卵泡素、促黄体素等分泌紊乱或减少，引发繁殖障碍性疾病[1,3,4]。

2 Arg是繁殖母猪的一种条件性必需氨基酸兼具营养与多种生理活性功能

Arg是繁殖母猪的一种条件性必需氨基酸，例如在应激状态下或特殊生理状态下母猪会因内源合成的不足，而成为必须由饲料补充的氨基酸。Arg作为一种兼具营养与多种生理活性的功能性氨基酸，不仅作为动物机体蛋白合成的必需氨基酸而发挥其营养作用，而且作为多种生物活性物质合成的前体物质而发挥其重要的生理作用。

2.1 Arg对母猪繁殖性能的影响

2.1.1 Arg的营养与调控功能

Arg是通过其具有重要生物活性作用的代谢产物一氧化氮（Nitric Oxide, NO）与多胺代谢途径参与调控母猪的营养代谢与免疫反应、增强其抗应激力的。具体而言，一是NO经Arg-NO-HSP70（精氨酸—一氧化氮—热应激蛋白70）途径诱导热应激蛋白70（Heat Stress Protein70, HSP70）基因的表达，参与机体抵抗和适应外界不良环境，提高机体细胞对包括热应激在内的外界不良环境下各种应激的耐受力，保护机体免受外界不良应激的影响[8]。二是通过Arg-NO途径，降低各种应激或丘脑—垂体功能紊乱等引起的应激激素皮质醇（又称氢化可的松）的浓度，从而缓解各种应激（如高温热应激）对机体胸腺、脾脏与淋巴组织所造成的损害[9-10]。此外，通过该途径生成的NO还能够去除细胞内积聚的氧自由基，抑制脂质过氧化[11-12]。三是多胺（包括腐胺、亚精胺和精胺等）与NO协同，通过调控DNA与蛋白质的合成，促进（胎盘）血管再生、胚胎发育（细胞增殖和分化），从而调控胎儿、胎盘的生长[13]。

2.1.2 提高母猪的免疫力

1）NO的免疫调节作用

Arg在母猪体内经一氧化氮合成 酶（Nitric Oxide Synthase, NOS）的催化，生成瓜氨酸与具有生物活性的NO。这种内源性、生理浓度的NO可作为信息分子广泛参与机体内细胞间与细胞内的信号传递，继而参与免疫调节等多种生理过程。NO作为重要的免疫调节因子，从如下几个方面，调节母猪的免疫反应：①激活外周血液中的单核细胞，提升母猪的非特异性免疫力；②被激活的单核细胞再诱导淋巴细胞的特异性免疫反应，进一步提高母猪的免疫力；③通过NO-cGMP（Cyclic Guanosine Monophosphate,cGMP）环一磷酸鸟苷途径，舒张血管平滑肌，促进血液流动，加速养分的输送与包括毒素在内的代谢废物的清除[14]。

2）补饲精氨酸，提高母猪的免疫力

在不良环境如热应激下，添加Arg可以通过多种途径提高母猪的免疫力：一是减轻并修复胸腺的损伤，增加T淋巴细胞[15]。二是调控巨噬细胞、自然杀手细胞的生长，使之增殖，并抑制肥大细胞的反应。研究表明，给妊娠母猪（30～90 d）及泌乳母猪补饲1%的Arg，能够增加血浆中免疫球蛋白 G（IgG）与免疫球蛋白M（IgM）以及抗体水平（P＜0.05）[16-17]，从而增强机体的免疫反应。三是促进胰岛素样生长因子的分泌,以刺激淋巴细胞的成熟与分化，增加淋巴细胞的数量和活性[9,18]。四是促进垂体分泌生长激素以刺激T 淋巴细胞、造血祖细胞以及白细胞的合成，进而增加母猪的免疫力[19]。

2.1.3 提高母猪的抗氧化应激能力

Arg的抗氧化功能除了前文述及的通过Arg-NO途径生成的NO消除细胞内积累的氧自由基来抑制脂质的过氧化外，还由于Arg能够增强母猪肝脏的抗氧化酶活性，从而减少过氧化物的释放，进一步加强对脂质过氧化反应的抑制[20]。研究表明精氨酸可以降低SD大鼠血清丙二醛的含量，增加血清超氧化物歧化酶的活性[21]，机体总的抗氧化能力增强。

2.1.4 母猪日粮中添加Arg显著提高母猪的繁殖性能

1）妊娠母猪日粮中，添加Arg对母猪繁殖性能的影响

在妊娠全程母猪日粮中，添加1%的Arg，发现：①平均窝产仔数增加0.33～1.31头，初生活仔猪窝重与初生仔猪窝均成活数分别提高1.02～ 1.88 kg[16,22-23]与 1.1头[23]；②初生仔猪成活率与成活仔猪窝均重分别提高22%与24%[24]；③血清中Arg及其代谢产物鸟氨酸（Ornithine,Orn）、脯氨酸（Proline, Pro）的含量增加，为妊娠中期快速生长发育的胎盘提供了充足的营养[16,22-24]；④血清尿素氮浓度降低[16,22,24]，表明日粮蛋白质的利用率得到了提高；⑤血清 IgG 与 IgM 的浓度升高，表明母猪的体液免疫力增加；⑥血清NOS活性与NO产量以及胎盘重量增加16.2%[22-23]。这是因为:第一，母猪采食添加有1%Arg日粮后，其中的Arg能够促进脐静脉血管内皮生长因子A（Vascular Endothelial Growth Factor A, VEGFA）和内皮型NOS基因的表达，从而促进脐静脉血管的生长以及新血管与NO 的生成[25]，而NO则是一个主要的内皮依赖性舒张因子，参与调控胎盘-胎儿间的血流[26]，使得母猪能将更多的养分与氧气通过脐静脉血管输送到胎盘，促进胚胎的生长发育。第二，在妊娠后期胎儿快速增长阶段，NO通过促进血液流动加快了养分与氧气的输送，而多胺则通过调控DNA与蛋白质的合成加速细胞增殖与分化，两者共同促进机体的同化作用，进而提高胎儿的生长速度和仔猪的初生活仔猪窝重[26]。第三，通过NO-cGMP途径，升高子宫多种组织内的cGMP的浓度，松弛子宫平滑肌，使子宫处于静止状态，从而确保妊娠的正常进行[26]。可见，Arg是通过其代谢产物NO与多胺协同，通过综合的整体作用，提高母猪的繁殖性能的。

2）哺乳母猪日粮中，添加Arg对繁殖性能的影响

在泌乳阶段母猪日粮中，添加1%的Arg，发现：①仔猪断奶窝重与断奶均重分别增加11 kg与0.77 kg[17]；②缩短断奶后的发情间隔1.5 d[17]；③血清Arg、Orn与Pro的浓度增加，特别是Arg与Pro浓度的增加，将有利于泌乳母猪通过母猪与仔猪间的“Arg-Pro”循环增加仔猪体内合成Arg的含量；④同妊娠母猪一样，血清IgG与 IgM的含量增加，BUN浓度降低，表明泌乳母猪的（体液）免疫力与日粮蛋白质的利用率提高[17]。此，寻求外源Arg的替代物，开发出高效低成本的促进内源Arg合成的添加剂成为时下的研究热点。N-氨甲酰谷氨酸与内源Arg合成的必须辅助因子—N-乙酰谷氨酸（N-acetylglutamate, NAG）的结构与性质类似，均可作为代谢激活剂，参与内源Arg合成的2个关键酶二氢吡咯-5-羧酸合成酶（Pyrroline 5 Carboxylate Synthetase, P5CS）与氨甲酰磷酸合成酶-1（Carbamyl phosphate synthase -1, CPS-1）的激活，从而促进内源Arg的合成[27]，提高Arg的含量，这对维持Arg有效水平及机体正常生理机能十分重要。

2.1.5 Arg在使用中存在的问题及改进方法

Arg作为改善母猪繁殖性能的特殊营养调控剂应用于生产，还存在着明显不足：一是成本较高，限制了其推广应用。二是Arg按有效剂量添加时，会对其他氨基酸的吸收、代谢产生干扰，例如Arg与同为碱性氨基酸的赖氨酸（Lysine,Lys）、 组 氨 酸（Histidine, His） 以及中性的色氨酸（Tryptophane, Trp）等组合在一起时，在吸收上存在着负的组合效应即颉颃效应。因

3 NCG取代Arg的优势

3.1 NCG有效剂量相对成本约为Arg的十分之一

通常母猪宫内发育迟缓（IUGR）现象较为普遍，妊娠早期胎盘发育及其功能以及妊娠各阶段子宫的容积是限制母猪产仔数增加的主要因素[28]。NO与多胺是胎盘血管生成、胚胎发育以及胎盘与胎儿生长的关键调控物质，其合成量不足是造成宫内发育迟缓的主要原因[26]。NCG对母猪的营养调控作用主要在于它能提高母猪体内Arg水平，进而促进NO与多胺的合成。而低剂量的NCG即可激活P5CS与CPS-1，促进内源Arg的合成[27]，因而NCG是一种经济高效的Arg替代物。研究表明，NCG的功效约为Arg的十倍，其有效剂量相对成本约为Arg的十分之一[12,16,22,25]。

3.1.1 NCG对妊娠母猪的作用

研究表明，在繁殖母猪日粮中添加约1/10 Arg剂量的NCG，即可达到特定剂量Arg的同样效果，实证研究结果举例：①0.1%NCG即可促进妊娠母猪脐静脉VEGFA与NOS基因的表达，促进脐静脉既有血管的生长与新血管的生成，从而扩大血管血液流量，增加母体向胎体供给的营养物质与氧气，而要达到同等效果，Arg的添加量则要提高到1%[12,25]；②母猪妊娠（全程或30～90 d）日粮中分别添加0.1%的NCG与1%的Arg，对母猪如下繁殖性能[16,22]具有相似的促进作用：一是血清氨基酸含量方面，具相似的提高幅度，如Arg（77.86 vs 76.15）、Orn（43.32 vs 38.95）与瓜氨酸（47.00 vs 51.71）[22]；二是在改善生产性能方面，具相似的改善作用，如母猪窝产活仔数（头）（11.16 vs 11.76）、初生个体重（kg）（1.50 vs 1.46）与初生窝重（kg）（16.57 vs 17.06）[22]；三是在增强母猪免疫性能方面，具相似的强度[16]。此外，Wu[26]等报道，在母猪妊娠期（0～114 d）日粮中添加0.08%～0.12%的NCG，窝产仔数提高1头左右；在妊娠后期（80～114 d）日粮中添加0.08%～0.15%的NCG，窝产仔数提高0.2头，初产窝增重提高1～3 kg。总之，NCG完全可以代替Arg用于改善母猪的繁殖性能，且其有效剂量相对成本约为Arg的十分之一。

3.1.2 NCG对哺乳母猪的作用

第一，NCG使机体保持较高生理水平的NO，进而使分娩后母猪的平滑肌舒张，从而缓解肌肉紧张状态，有利于其产后恢复；第二，母猪通过哺乳将乳中的NCG传递给仔猪，促进仔猪内源Arg的生成，这对Arg最为缺乏的7 d～断奶期的哺乳仔猪具有重要意义，因为此阶段Arg严重缺乏是制约仔猪生长潜力发挥的重要因素；第三，在哺乳母猪日粮添加NCG比直接添加Arg好，这是因为直接添加的Arg会在母猪乳腺中被分解而不能传递给仔猪，而NCG则不会被乳腺组织分解，可以通过乳汁传递给仔猪，从而提高仔猪的内源Arg水平。研究表明，哺乳母猪日粮中添加0.01%～0.03%的NCG，由于成活率提高，断奶窝仔猪数可提高0.1头(改善)，断奶窝均重提高1.2 kg，母猪断奶至发情间隔缩短0.3 d[26]。

3.2 体内代谢稳定

Arg因在母猪体内极易为Arg酶水解而无法维持较高的生理有效浓度，而NCG则在体内代谢稳定，半衰期较长，通过尿素循环通路持续地促进Arg的生成，可使母猪的Arg长时间维持在一定的生理浓度水平[27]。

3.3 有利于氨基酸的平衡

要充分发挥猪只多胎动物的繁殖潜力，营养上就必须添加有效剂量的Arg，但母猪日粮中若添加比例过高的Arg，就会破坏氨基酸的平衡。而添加少量的NCG，即可在母猪体内合成并维持较高生理有效浓度的Arg，从而发挥其重要功能，同时又能避免与Lys等氨基酸的颉颃。

3.4 有利于氨基酸的吸收，节约必需氨基酸

Arg添加过多会与Lys、His与Trp等必需氨基酸发生颉颃而影响其在小肠的吸收，导致这些氨基酸在血液中的浓度降低；而NCG因是促进内源Arg的生成而维持其在体内较高的水平，就不会干扰这些氨基酸的吸收，也就不会影响它们在血液中的浓度，从而在一定程度上起到了节约Lys等必需氨基酸的作用[26]。

3.5 便于贮存，容易添加

天然活性L-Arg为白色粉末，极易吸潮，难于贮存。因此，生产中多使用其L-Arg盐酸盐。但是，L-Arg盐酸盐的氯含量高达16.8%～17%，添加到母猪日粮中可能会因氯离子的增加，而影响机体的电解质平衡。而NCG常温常压下理化性质稳定，可长期贮存，添加到母猪日粮中不会影响电解质平衡。

4 结束语

除 了Arg外，Lys、 缬 氨 酸（Valine, Val）在改善母猪繁殖性能上的营养调控作用，亦成为营养研究的热点，有报道指出将母猪尤其是泌乳猪日粮Val提高到1.15%，可提高21 d仔猪的体重与26 d仔猪的断奶体重[29]。其他改善母猪繁殖性能的特殊营养调控剂还有微生态制剂、功能性纤维、植物提取物、中草药特别是经超微粉碎的中草药等[30]，限于篇幅，容当后报。