壳寡糖在生猪养殖中的研究与应用

黄 叶，马金龙，李春阳，许青松，何 军

（1.大连民族大学生命科学学院，生物技术与资源利用教育部重点实验室，辽宁 大连 116600；2.四川农业大学动物营养研究所，四川 成都 625014）

中国已成为世界上最大的生猪养殖国，然而生猪养殖业过度依赖抗生素和药物的使用，容易引起母猪和仔猪的免疫系统及消化系统功能障碍，破坏体内环境平衡，影响母猪的发情周期和繁殖性能，引起仔猪腹泻和生长抑制，甚至死亡等，严重影响生猪的抗病能力和猪肉产品质量[1]。生猪养殖的耐药性、药物残留、抗生素替代等问题已经成为制约我国生猪产业健康发展的瓶颈。壳寡糖，学名为寡聚β-（1-4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，是 2～10 个氨基葡萄糖经β-1,4-糖苷键连接而成的低分子量寡聚糖。壳寡糖理化性质稳定，使用方法简单，无药物残留、不产生耐药性、能够被机体吸收利用[2]。由于壳寡糖源于自然，其食用及环境的安全性也是其突出优点[3]。此外，壳寡糖具有抗肿瘤[4]、抗菌[5]、抗炎[6]、抗氧化[7]、提高免疫力[8]、增强肝功能[9]、改善肠道健康[10]等多种生物学功能。鉴于壳寡糖所表现出的良好生物学活性及“绿色环保”的特点，已被广大养殖者应用到畜牧[11]、家禽[12]、水产[13]等领域。本文旨在总结壳寡糖在生猪生产中的应用及作用机制，探究壳寡糖的研究价值和未来的发展方向。

1 壳寡糖在母猪中的研究与应用

1.1 妊娠母猪

妊娠母猪健康高产是生猪养殖的关键问题。提高母猪生产成绩需要多方面因素的改善，例如遗传基因和环境因素等[14]，而营养调控是最重要的因素之一。有了恰当的养分供应，才可以保障母猪由遗传因子决定的性能潜力充分表达出来[15]。将壳寡糖应用到母猪养殖中，提高母猪的繁殖性能和健康水平是近几年研究的重要突破[16-19]。Cheng等[20]研究最先报道，将壳寡糖应用到母猪的妊娠阶段，发现壳寡糖能有效提高母猪的繁殖能力，添加壳寡糖可使母猪总产仔数增加18.5%，产活仔数增加19.2%，产活仔重增加31.3%，母猪产仔数和产仔重都得到了显著提高。另一项研究也得到了类似的结果，与常规饲粮组相比，补充壳寡糖可提高妊娠第35天胎儿存活率，降低每窝仔猪的木乃伊数和死胎数[21]。杨开云[22]系统研究了饲粮中添加壳寡糖对母猪生产力的影响发现，壳寡糖能增强母猪的免疫力和抗氧化力，改善母猪的健康状况，为胎儿生长发育提供良好的内在环境，同时可增加母猪血清中瘦素的含量，以及上调妊娠早期胎盘VEGFA基因mRNA表达，有利于血管生成和胎儿生长存活及提高母猪繁殖性能。Wan等[23]研究妊娠母猪羊水代谢组，结果显示壳寡糖显著影响妊娠母猪葡萄糖代谢、氨基酸代谢以及三羧酸循环，可以改善早期胚胎发育，促进胎儿生长。Xu等[24]利用基因转录组技术，发现壳寡糖处理的母猪卵巢上调234个基因，下调252个基因，35 d小猪胎儿基因上调815个基因，下调1 186个基因，这些基因涉及到代谢、免疫、生殖、细胞分化、糖类合成利用等多个生理代谢途径。

1.2 泌乳母猪

泌乳母猪在整个养猪生产过程中处于最重要的位置，泌乳母猪管理饲喂得好，母猪断奶后易于发情，能保持良好的繁殖性能，仔猪断奶后转到保育舍易于饲养，为提高育成率打下坚实的基础[25]。Wan等[26]发现泌乳母猪补充壳寡糖显著提高母猪血清中IL-10、IgA和IgM浓度，以及总抗氧化能力，提示在妊娠晚期和哺乳期补充壳寡糖，可提高母猪的抗氧化能力和体液免疫功能，有助于改善初乳和常乳质量，最终提高仔猪生长表现。姜飞系统研究了壳寡糖对哺乳母猪和新生仔猪的影响，发现壳寡糖能够提高哺乳母猪的泌乳量和乳汁中常规养分含量及免疫球蛋白水平，同时壳寡糖明显改善泌乳母猪的免疫功能和抗氧化水平，其健康水平显著提高，这也是哺乳母猪生产成绩得以提高的关键因素[27]。Cheng等[20]利用质谱相对定量的方法，研究了壳寡糖饲喂组和对照组猪乳寡糖的含量差异，发现壳寡糖可以显著提高两种乳寡糖的含量，乳三糖（Hex3）的含量提高60%左右，唾液酸化乳四糖含量提高150%，推测壳寡糖可能作为乳寡糖合成的原料，影响猪乳中寡糖的含量。刘莹莹等[28]从母猪妊娠第85天开始，至分娩后第21天添加壳寡糖，发现饲粮中添加壳寡糖对母猪的泌乳性能有一定的促进作用，50 g/t壳寡糖为母猪饲粮中的最佳添加剂量。

2 壳寡糖在仔猪中的研究与应用

2.1 哺乳仔猪

由于哺乳仔猪生理条件和环境因素的影响，导致新生仔猪成活率低，严重阻碍了养猪业健康发展。龙次民等[29]研究妊娠后期母猪饲粮中添加壳寡糖对新生仔猪抗氧化能力的影响，发现壳寡糖显著提高了新生仔猪血液中谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶活性，降低丙二醛含量，并且显著提高新生仔猪回肠过氧化氢酶基因、空肠谷胱甘肽过氧化物酶基因相对表达量。Xie等[30]同样发现在母猪饲粮中添加壳寡糖可促进哺乳仔猪小肠的发育，并在一定程度上有助于提高肠道抗氧化能力。Xie等[31]的另一项研究发现，妊娠后期添加壳寡糖对哺乳仔猪糖异生产生影响，添加壳寡糖的乳猪肝脏中PEPCK-C、PEPCK-M和G6Pase的mRNA表达水平和活性均较对照组有所提高，因此妊娠晚期和哺乳期饲粮中添加壳寡糖可通过促进肝脏糖异生降低仔猪低血糖，提高乳猪生长速度。壳寡糖除了对新生仔猪糖代谢产生影响，母猪妊娠后期膳食中添加壳寡糖能够通过子宫和出生后哺乳传递给后代，影响新生仔猪肝脏的脂质代谢[32]。郭小云[33]发现妊娠后期膳食中添加壳寡糖可能是通过以下两个途径来影响子代的脂质代谢：1）影响AMPK和mTOR信号通路，抑制脂肪酸和胆固醇合成的相关基因表达，维持机体胆固醇内稳态，进而增加机体胆固醇的分泌；2）刺激肝脏生物节律负调控因子Per1基因表达，从而抑制CLOCK和BMAL1蛋白表达，增加血清和肝脏中的脂质水平，因而机体胆固醇水平负反馈调节脂质代谢相关基因表达。

2.2 断奶仔猪

断奶应激在现代生猪养殖过程中不可避免，而断奶应激又让病原菌有机可乘，诱发或加剧仔猪炎症反应和腹泻的发生[34]。Tang等[35]研究发现壳寡糖增加仔猪血清中生长激素（GH）和胰岛素样生长因子（IGF）的含量，并明显上调仔猪肝脏和肌肉中的IGF的mRNA表达量，壳寡糖通过调控胰岛素样生长因子信号通路促进仔猪的生长。Zhou等[36]发现壳寡糖作为饲料添加剂在断奶仔猪中应用，不但能够有效降低仔猪痢疾的发生，还能很好提高仔猪的日增重和表观消化率，试验对照组采用的是土霉素、氯四环素等抗生素，可见壳寡糖在实际的应用中具有替代抗生素的潜质。袁华根等[37]研究了壳寡糖对断奶仔猪生长性能、营养物质消化率和小肠功能的影响，评估其作为断奶仔猪饲粮中抗生素替代品的效果，壳寡糖显著提高回肠粗蛋白质、粗脂肪、灰分、钙和磷的表观消化率，显著提高小肠绒毛高度及绒毛高度与隐窝深度的比值，同时显著提高十二指肠和空肠隐窝细胞增殖活力，其作用与盐霉素的效果相当。党国旗等[38]研究壳寡糖对断奶仔猪免疫力及相关理化指标的影响发现，仔猪血清IgA、IgG、伪狂犬病、猪瘟、蓝耳病抗体效价均有不同程度提高，饲粮中添加适宜壳寡糖能一定程度提高断奶仔猪体液免疫与细胞免疫能力以及血清抗体效价，缓解断奶应激。Wan等[39]发现饲粮中添加壳寡糖可显著改善仔猪平均日增重，提高血清超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和总抗氧化能力，上调紧密连接蛋白和闭合蛋白mRNA丰度，增加回肠双歧杆菌数量，减少盲肠和结肠中大肠杆菌数量，这些结果表明补充壳寡糖可通过增强抗氧化和免疫功能促进断奶仔猪生长以及肠道发育。Huang等[6]采用脂多糖模拟细菌攻击断奶仔猪发现，饲粮中添加壳寡糖可明显减轻脂多糖引起的肠损伤，壳寡糖组仔猪血清TNF-α、IL-6和IL-8水平较低，肠内促炎细胞因子mRNA含量较低，说明壳寡糖具有降低肠道炎症反应的潜能，这与炎症状况下钙敏感受体的激活和NF-κB信号通路的抑制有关。Xiao等[40]研究壳寡糖对断奶仔猪腹泻的影响，对照组在饲养试验结束时有4头仔猪腹泻；金霉素组在第5天有5头猪腹泻，第17天到试验结束有2头仔猪腹泻；壳寡糖组从第14天到试验结束，已无仔猪腹泻，提示壳寡糖与金霉素在减少仔猪腹泻方面有相似作用。

3 壳寡糖在生长肥育猪中的研究与应用

与壳寡糖在母猪和仔猪中的研究相比，壳寡糖在中大猪中的研究相对较少。王秀武等[41]考察壳寡糖对35～70日龄仔猪生产性能及血液理化指标的影响发现，壳寡糖处理组仔猪的死亡率、次品率均显著低于对照组，而平均日增重比对照组提高14.2%，壳寡糖可使仔猪血清中尿素氮和肌酐的含量升高，同时增加了背最长肌中铜、心肌中锌以及脾脏中锰的含量。敖翔等[42]研究壳寡糖对生长猪生长性能、养分消化率和粪便菌群的影响，试验结果表明在生长猪饲粮中添加壳寡糖对生长性能和养分消化率无显著影响，但明显降低了粪便中大肠杆菌数。周晓容等[43]研究壳寡糖对肥育猪的生产性能、胴体性状及脂肪消化的影响发现，饲粮中添加壳寡糖对肥育猪生产性能无显著影响，但添加壳寡糖可通过降低饲粮中脂肪表观消化率来降低猪背脂及体脂沉积，提高瘦肉率。晁文菊等[44]将壳寡糖添加到肥育猪的饲粮中发现，肥育猪的生长速度明显加快，采食量、料重比都有不同程度改善。在肥育后期，肉猪体重接近平台期时，也能发挥动物的生长潜力，保证较高的饲料利用率和增长速度，在试验结束时，试验组平均体重比对照组增加3 kg。Wang等[45]将壳寡糖应用到平均体重23.6 kg的生长肥育猪发现，壳寡糖显著提高生长猪干物质、氮和总能等营养物质的消化率，同时改善生长猪血液学特性，减少粪便大肠杆菌的数量。Han等[46]考察壳寡糖对生长肥育猪生产性能、养分消化率、猪肉品质及免疫反应的影响发现，在不影响肥育猪生长性能的前提下，壳寡糖增加猪肉的品质和贮藏时间，降低猪肉中的胆固醇，并提高肥育猪的免疫应答。

4 总结与展望

本文对壳寡糖的制备及其在母猪、仔猪和肥育猪中的研究与应用进行总结。壳寡糖在母猪中的作用可以归纳为以下几点：1）妊娠早期，壳寡糖通过提高机体抗氧化能力和免疫功能改善母猪健康状况，有利于胚胎着床，同时壳寡糖能促进瘦素、VEGFA等重要基因的表达，提高胚胎存活率和活胎重；2）妊娠后期，壳寡糖通过改善羊水成分促进母猪的健康，有利于胎儿的生长发育；3）哺乳期，壳寡糖通过提高母猪奶水质量和乳汁营养成分，增加哺乳仔猪的存活率和断奶重。壳寡糖在仔猪中的作用可以归纳为以下几点：1）壳寡糖改善断奶仔猪生长性能、营养消化率和健康状况；2）壳寡糖提高血清中胰岛素样生长因子和生长激素水平，促进仔猪生长和饲料转化效率；3）壳寡糖富集有益细菌，抑制有害细菌，调节仔猪肠道菌群平衡；4）壳寡糖增加仔猪抗氧化力和免疫力，提高仔猪抗病能力；5）壳寡糖降低肠道炎症反应，减少仔猪腹泻天数和腹泻率；6）壳寡糖改善猪肉的品质和贮藏时间，降低猪肉中胆固醇的含量，提高肥育猪的免疫应答水平。

壳寡糖作为一种功能性低聚糖饲料添加剂，在生猪健康养殖中具有良好的饲用效果和应用前景，但是在一些方面仍有很多工作需要开展和大力推进。1）畜牧流行病一直对养殖业造成严重危害，如非洲猪瘟等。壳寡糖作为一种有效的免疫增强剂，能提高动物的免疫力，增强其对外界环境和疾病感染的抵抗力。此外，壳寡糖作为疫苗佐剂在生猪养殖业中的应用也越来越受到重视，壳寡糖有望在生猪流行病学防治领域发挥更大的作用。2）生猪养殖业过度依赖抗生素和药物的使用，容易引起生猪的免疫系统及消化系统功能障碍。壳寡糖可以提高仔猪生长性能、免疫功能和饲料利用效率，一定程度上可作为替代抗生素产品在生猪养殖中应用，但仍有许多问题有待解决，如替代抗生素的时间和使用剂量等。3）虽然壳寡糖能够提高生猪的生产性能、免疫功能和产品质量，但壳寡糖作用机制还需进一步深入探索。此外，如何将壳寡糖理论研究与生猪产业需求结合起来，加快壳寡糖使用技术培训和产品推广势在必行。最后，随着壳寡糖饲料添加剂需求的不断增加，规模化生产和产品质量控制也显得尤为重要。