低蛋白质饲粮中添加半胱氨酸对肉仔鸡生长性能、胴体组成、血清生化指标及氮代谢的影响

2021-07-12冯倩倩武书庚齐广海张海军

动物营养学报 2021年6期

冯倩倩王晶武书庚邱凯齐广海张海军

(中国农业科学院饲料研究所，农业农村部饲料生物技术重点开放实验室，生物饲料开发国家工程研究中心，北京100081)

近年来，低蛋白质(LP)饲粮技术受到畜牧行业的高度关注。一方面，由于LP饲粮能节约豆粕等蛋白质饲料资源，降低养殖成本；另一方面，LP饲粮对减少畜禽生产中氮排泄和降低环境污染大有裨益[1]。然而，伴随饲粮粗蛋白质水平的降低，必需氨基酸水平也会降低，从而会对动物的生长性能和胴体组成产生负面影响[2-3]。因此，为确保动物在LP饲粮条件下的正常、健康生长，需适度提高饲粮中限制性氨基酸水平[4]。

半胱氨酸(Cys)被认为是肉仔鸡LP饲粮中的限制性氨基酸[5]。LP饲粮中仅添加蛋氨酸(Met)来满足肉仔鸡的含硫氨基酸(主要包括Met和Cys)需求时，不仅可能导致Met供应过量而忽略了Cys的需求，更可能会降低Met的利用率并对肉仔鸡的生长产生不利影响[6]。Cys作为动物体内一种条件性必需氨基酸和功能性氨基酸，除合成蛋白质外，还会影响代谢中间体(如甲基供体等)的产量，进而影响动物的生长、发育和营养代谢等过程[7]。NRC(1994)推荐1～21日龄肉仔鸡对Cys的需要量为0.40%[8]。Kalinowski等[9]根据羽化率推荐1～21日龄雄性肉仔鸡对Cys的需要量为0.39%～0.44%。当饲粮蛋白质水平降低时，Cys水平也相应降低，这可能会加剧LP饲粮的负面影响。研究表明，LP饲粮中添加Met时，Cys水平可能会影响Met的利用率[5]。有研究发现，通过降低饲粮中Met水平来适度提高Cys水平，肉仔鸡的生长性能、胴体组成和营养物质消化率会得到改善[9-11]。但迄今为止，关于肉仔鸡LP饲粮中Cys应用研究的报道少见。因此，本试验通过在LP饲粮中添加不同水平的Cys，研究其对肉仔鸡生长性能、胴体组成、血清生化指标和氮代谢的影响，筛选出LP饲粮中Cys的适宜添加水平，以期为肉仔鸡的氨基酸营养提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

爱拔益加(AA)肉仔鸡公雏购自北京某有限公司。试验所用L-半胱氨酸盐酸盐一水合物[L-Cys·HCl·H2O，Cys含量68.3%]购于河北某生物制品有限公司。

1.2 试验设计

选用432只1日龄、体重相近的健康AA肉仔鸡公雏，随机分为6个组，每组6个重复，每个重复12只鸡。正对照(PC)组饲喂基础饲粮[前期(1～21日龄)和后期(22～42日龄)蛋白质水平分别为22%和20%]，负对照(NC)组的蛋白质水平在PC组的基础上降低4.5个百分点(前期和后期蛋白质水平分别为17.5%和15.5%)，Cys组在NC组的基础上分别添加0.05%、0.10%、0.15%和0.20%的Cys。各组前期和后期总含硫氨基酸水平分别为0.83%和0.79%。试验期42 d，分为前期和后期2个阶段。基础饲粮参照NRC(1994)和《鸡饲养标准》(NY/T 33—2004)，采用标准回肠可消化(SID)氨基酸模式配制，其组成及营养水平见表1。

表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础)

续表1项目 Items1～21日龄 1 to 21 days of age正对照组 PC group 负对照组 NC group22～42日龄 22 to 42 days of age正对照组 PC group 负对照组 NC groupL-色氨酸 L-Trp (99%)0.050.05L-苯丙氨酸 L-Phe (99%)0.11L-组氨酸 L-His0.030.09维生素预混料 Vitamin premix1)0.020.020.020.02矿物质预混料 Mineral premix2)0.200.200.200.20氯化胆碱 Choline chloride (50%)0.100.100.100.10碳酸氢钠 NaHCO30.350.600.400.99沸石粉 Zeolite0.300.30合计 Total100.00100.00100.00100.00营养水平 Nutrient levels3)代谢能 ME/(MJ/kg)12.7612.7613.1813.18粗蛋白质 CP22.00(22.53)17.50(17.88)20.00(20.13)15.37(15.88)钙 Ca1.001.000.900.90有效磷 AP0.500.500.400.40标准回肠可消化赖氨酸 SID Lys1.15(1.23)1.15(1.22)1.06(1.12)1.06(1.10)标准回肠可消化蛋氨酸 SID Met0.55(0.57)0.61(0.62)0.52(0.51)0.59(0.61)标准回肠可消化蛋氨酸+半胱氨酸 SID Met+Cys0.83(0.90)0.83(0.88)0.79(0.83)0.79(0.84)标准回肠可消化半胱氨酸 SID Cys0.28(0.33)0.22(0.27)0.26(0.31)0.20(0.23)标准回肠可消化色氨酸 SID Trp0.23(0.27)0.21(0.22)0.21(0.23)0.17(0.18)标准回肠可消化苏氨酸 SID Thr0.75(0.85)0.75(0.82)0.68(0.80)0.69(0.77)标准回肠可消化缬氨酸 SID Val0.91(0.98)0.91(0.96)0.83(0.91)0.85(0.90)标准回肠可消化异亮氨酸 SID Ile0.84(0.97)0.83(0.92)0.75(0.83)0.75(0.79)标准回肠可消化亮氨酸 SID Leu 1.65(1.84)1.29(1.46)1.54(1.70)1.14(1.29)标准回肠可消化精氨酸 SID Arg1.34(1.40)1.24(1.33)1.20(1.31)1.12(1.20)标准回肠可消化组氨酸 SID His0.53(0.59)0.42(0.47)0.48(0.51)0.42(0.44)标准回肠可消化苯丙氨酸+酪氨酸 SID Phe+Tyr1.64(1.78)1.18(1.31)1.49(1.58)1.10(1.25)标准回肠可消化甘氨酸+丝氨酸 SID Gly+Ser 1.99(2.04)1.42(1.44)1.80(1.80)1.18(1.22)

1.3 饲养管理

试验期间肉仔鸡自由采食、饮水，24 h光照。试验前3 d室温33 ℃，此后每周降低2 ℃，直到24 ℃并维持。按照《AA肉仔鸡饲养管理手册》操作，正常防疫和消毒，鸡舍通风良好。试验过程中，每日记录鸡舍温度(23.5～24.5 ℃)和相对湿度(55%～60%)，打扫卫生，记录死淘鸡数。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 生长性能指标

分别于21和42日龄时，以重复为单位称空腹鸡重，记录各重复采食量。计算平均体重(ABW)、平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)、料重比(F/G)和死淘率(MER)。

1.4.2 胴体组成指标

于42日龄时，每个重复选取1只接近平均体重的试鸡，屠宰称重，分离胸肌、腿肌和腹脂，计算全净膛率(EP)、胸肌率(BMP)、腿肌率(LMP)和腹脂率(AFP)。

1.4.3 血清生化指标

分别于21和42日龄时，每个重复选取1只接近平均体重的试鸡，翅静脉采血，分离血清后于-20 ℃冷冻保存，备测。血清总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、尿酸(UA)、尿素氮(UN)、葡萄糖(GLU)、肌酐(CRE)含量和谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)活性采用KHB-1280全自动生化仪测定，试剂盒购买于上海某生物工程股份有限公司。

1.4.4 氮代谢指标

分别于19～21日龄和40～42日龄时，每个重复鸡笼下设粪盘，采用全收粪法开展氮平衡试验。记录每日采食量，以重复为单位进行收粪，连续收集新鲜粪样3 d，剔除毛屑杂物，用10%的盐酸固定氮(每100 g加入20 mL HCl)，充分混匀。随后取出100 g粪样，于65 ℃烘箱中干燥72 h至恒重，室温回潮24 h再粉碎过40目筛，保存待测。计算公式如下：

氮摄入量(NI，g/d)=每日采食量×饲粮中氮含量；氮排泄量(NEx，g/d)=每日排泄量×粪中氮含量；氮存留量(NR，g/d)=氮摄入量-氮排泄量；氮存留率(NRR，%)=100×氮存留量/氮摄入量。

1.5 数据统计分析

2 结果

2.1 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡生长性能的影响

由表2可知，与PC组相比，LP饲粮组肉仔鸡各生长阶段的生长性能指标在数值上均有一定程度的降低；22～42日龄时，0.10%和0.15% Cys添加组的ABW、ADG、ADFI和F/G与PC组相比无显著差异(P>0.05)；1～42日龄时，0.10%、0.15%和0.20% Cys添加组的ADG、ADFI和F/G与PC组相比无显著差异(P>0.05)。在各生长阶段，肉仔鸡的ABW、ADG、ADFI均随Cys添加水平的提高呈线性和二次变化(P<0.01)，且0.05%、0.10%、0.15%和0.20% Cys添加组的ABW、ADG和ADFI均显著高于NC组(P<0.05)；1～21日龄时，F/G随Cys添加水平的提高呈线性和二次提高(P<0.01)；22～42日龄和1～42日龄时，LP饲粮组的F/G与PC组相比无显著差异(P>0.05)。各生长阶段LP饲粮组肉仔鸡的死淘率与PC组相比均无显著差异(P>0.05)。

表2 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡生长性能的影响

续表2项目 Items正对照组PC group负对照组NC groupCys添加水平 Cys supplemental levels/%0.050.100.150.20SEP值 P-value方差分析ANOVA线性Linear二次Quadratic22～42日龄 22 to 42 days of age平均体重 ABW/g2 234.81a1 676.49d1 970.85c2 177.67ab2 213.05a2 042.88bc37.180<0.0010.001<0.001平均日增重 ADG/g66.05a49.14b59.15a65.09a65.65a62.31a1.378<0.0010.002<0.001平均日采食量 ADFI/g127.51a96.62c116.45b125.94ab126.83ab119.52ab2.214<0.0010.001<0.001料肉比 F/G1.942.001.981.951.941.920.0260.9520.3310.624死淘率 MER/% 4.016.815.596.818.392.801.4930.9200.4360.5001～42日龄 1 to 42 days of age平均日增重 ADG/g49.49a35.78c43.64b47.57ab48.22a45.84ab0.949<0.001<0.001<0.001平均日采食量 ADFI/g81.65a63.09b76.21a81.50a82.13a77.77a1.368<0.0010.001<0.001料肉比 F/G1.651.781.751.721.701.700.0140.1830.0710.186死淘率 MER/% 6.8112.408.396.8111.192.801.5580.5630.0850.203

2.2 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡胴体组成的影响

由表3可知，LP饲粮中添加Cys未见显著影响42日龄肉仔鸡的EP和LMP(P>0.05)，但LP饲粮组的LMP较PC组有提高的趋势(0.05≤P<0.10)。42日龄肉仔鸡的BMP随Cys添加水平的提高呈线性和二次变化(P<0.05)，其中0.10%、0.15%和0.20% Cys添加组的BMP显著低于NC组(P<0.05)。LP饲粮组肉仔鸡的AFP均显著高于PC组(P<0.05)。

表3 LP饲粮中添加Cys对42日龄肉仔鸡胴体组成的影响

2.3 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡血清生化指标的影响

由表4可知，LP饲粮中添加Cys对21和42日龄肉仔鸡血清中TP、ALB、UA、UN、GLU、CRE含量和ALT、AST活性均无显著影响(P>0.05)，但0.20% Cys添加组21日龄时的ALT活性有线性降低的趋势(0.05≤P<0.10)。

表4 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡血清生化指标的影响

2.4 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡氮代谢的影响

由表5可知，19～21日龄时，LP饲粮组肉仔鸡的NI、NEx和NR显著低于PC组(P<0.05)，NRR显著高于PC组(P<0.05)，其中NI和NR随Cys添加水平的提高呈线性和二次升高(P<0.05)。40～42日龄时，LP饲粮组肉仔鸡的NI、NEx和NR显著低于PC组(P<0.05)，其中NI随Cys添加水平的提高呈线性和二次提高(P<0.05)，各组的NRR差异不显著(P>0.05)。

表5 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡氮代谢的影响

2.5 基于回归模型对肉仔鸡LP饲粮中Cys添加水平的估算

由表6可知，以ABW(21和42日龄)、ADG和ADFI(1～21日龄、22～42日龄和1～42日龄)及F/G(1～21日龄)为判断指标，二次曲线拟合结果表明，肉仔鸡LP饲粮中Cys的适宜添加水平分别为0.139%和0.131%,0.138%、0.136%和0.136%,0.131%、0.131%和0.131%,0.162%。对BMP(42日龄)、NI(19～21日龄和40～42日龄)和NR(19～21日龄)进行二次曲线拟合，以BMP、NI和NR为判断指标，肉仔鸡LP饲粮中Cys的适宜添加水平分别为0.206%,0.141%和0.230%,0.148%。

表6 基于回归模型对肉仔鸡LP饲粮中Cys添加水平的估算

3 讨论

3.1 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡生长性能的影响

Cys是Met代谢转硫途径中的重要中间产物，可生成牛磺酸、谷胱甘肽和硫化氢等物质，在机体抗氧化防御、营养代谢和调控细胞信号通路等方面发挥重要作用[12-14]。Met是家禽玉米-豆粕型饲粮中的第一限制性氨基酸，可单向转化为Cys，因此肉仔鸡LP饲粮中通常添加Met来满足总含硫氨基酸的需求。然而，机体内Met转化为Cys的效率未知，且饲料原料中Cys的含量并不一致，这可能会导致Met供应过量，同时会忽略Cys的重要性[1,11]。Si等[1]报道，当肉仔鸡玉米-豆粕型饲粮中分别用DL-Met、L-Cys、豆粕和玉米蛋白粉提供0.05%的总含硫氨基酸时，肉仔鸡可获得相似的体增重和饲料效率，但L-Cys相比其他含硫氨基酸源作用效果更突出，这可能暗示肉仔鸡玉米-豆粕型饲粮中Cys的限制作用更突出。研究也表明，额外添加Cys能削弱过量Met对机体生理稳态的不利影响[15]。相似地，提高LP饲粮中Cys和Met的比例，不仅可节约Met的作用，还可提高Met的生物利用率[11]。Graber等[6]和Moran[16]报道，提高饲粮Cys和Met的比例对肉仔鸡生长期的作用效果更明显。基于Graber等[6]的研究，2～8周龄肉仔鸡对Cys需要量要从0.34%提高至0.44%。Moran[16]发现，当玉米-豆粕型饲粮中Cys供应量占总含硫氨基酸的40%～51%时，肉仔鸡的生长不受负面影响，且饲料效率随着Cys供应水平的增加而提高。但当Cys供应量占总含硫氨基酸的60%～77%时，肉仔鸡的生长性能受损[17-20]，这可能与Cys影响动物采食行为有关[19-21]。以上这些证据表明，Cys是玉米-豆粕型饲粮中的限制性氨基酸，且肉仔鸡对Cys的需要量存在适宜范围，过低或过高都不利于肉仔鸡的生长。有研究报道，以肉仔鸡体增重、饲料效率和体蛋白质沉积率为判断依据，生长前期肉仔鸡对Cys的需要量分别占总含硫氨基酸的54%、56%和60%[6,22]。相比正常蛋白质饲粮，LP饲粮中必需氨基酸缺乏可能有更明显的限制作用。添加必需氨基酸可避免LP饲粮带来的负面影响[23-24]。然而，当饲粮蛋白质水平降低超过3个百分点时，即使所有必需氨基酸满足需求，肉仔鸡的生长性能仍然会受损[25-26]。本试验也表明，当饲粮蛋白质水平降低4.5个百分点时(超过3个百分点)，肉仔鸡的生长性能严重受损，这可能与饲粮蛋白质水平过度降低而导致饲粮含硫氨基酸(Met和Cys)不平衡或非必需氨基酸(如甘氨酸)缺乏有关[27-28]。本研究表明，试验前期，LP饲粮中添加0.15% Cys(Cys占总含硫氨基酸比例为47%)可显著改善肉仔鸡的ADG和ADFI；试验后期和试验全期，LP饲粮中添加0.10%和0.15% Cys(Cys分别占总含硫氨基酸的40%和47%)可提高肉仔鸡的ABW、ADG和ADFI，改善F/G；试验各个时期，LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡的死淘率无显著影响。该结果提示LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡各个时期的生长均有改善作用，但生长后期效果更明显，这与前人研究结果基本一致。LP饲粮中添加Cys促进肉仔鸡的生长，可能与Cys作为限制性氨基酸参与蛋白质的合成以及作为甲基供体之一参与氨基酸的转运和再生、促进机体内氨基酸平衡有关[12]。

3.2 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡胴体组成的影响

胴体组成是反映机体营养素沉积和肌肉品质的重要指标。研究表明，饲粮蛋白质水平会显著影响肉仔鸡的胴体组成。Wang等[27]报道，饲粮蛋白质水平降低4.0～4.5个百分点时，42日龄肉仔鸡的AFP显著提高。本试验中，降低饲粮蛋白质水平对42日龄肉仔鸡的EP和LMP无显著影响，但随着Cys添加水平的提高，BMP显著降低，AFP显著升高，LMP有提高趋势。也就是说，在总含硫氨基酸不变的基础上，随着LP饲粮中Cys水平的提高(Met水平降低)，肌肉沉积倾向于由胸肌向腿肌转移。这与先前Jariyahatthakij等[24]报道一致，即BMP对饲粮中Met含量最为敏感[29]，LP饲粮中添加适量Met有利于增加胸肉重，改善胴体组成。本试验结果显示，LP饲粮中添加Cys并没有降低肉仔鸡的腹脂沉积，这可能与LP饲粮中能量蛋白比有关。LP饲粮中添加合成氨基酸通常会提高肉仔鸡的AFP，这可能是由于饲粮蛋白质水平降低，减少了多余氨基酸代谢过程的能量消耗，从而导致多余的能量转化为脂肪[30]。此外，还可能与LP饲粮中玉米用量多，导致饲粮净能增加有关[31]。本试验提示，LP饲粮中添加Cys有利于腿部蛋白质的沉积，而提高Met水平有利于胸部蛋白质的沉积，这对肉仔鸡LP饲粮的推广应用有重要参考价值。

3.3 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡血清生化指标的影响

血清生化指标与机体营养代谢和疾病密切相关，当机体受饲粮影响时，必定可通过血液指标反映出来。TP和ALB有维持组织蛋白平衡、血液渗透压和pH稳定等作用[32]。机体营养状况良好，蛋白质合成增加，TP和ALB含量升高。UA和UN是体内含氮物质(蛋白质和氨基酸)的代谢产物，其含量可间接反映机体蛋白质和核酸代谢情况。血液CRE是肌肉肌酸和磷酸的代谢产物，与体内肌肉总量密切相关，不易受到饲料成分的影响[33]。ALT和AST是动物机体2种重要的转氨酶，是反映氨基酸代谢的重要指标。当机体蛋白质水平升高时，会增加氨基酸的代谢速率，从而升高转氨酶的活性。本试验结果显示，LP饲粮中添加Cys对21和42日龄肉仔鸡血清中TP、ALB、UA、UN、GLU、CRE含量和ALT、AST活性均无显著影响；21日龄肉仔鸡血清中ALT活性有随Cys添加水平的提高而降低的趋势，但AST活性无相同的变化趋势，说明饲粮中添加Cys并非通过降低肝细胞膜的通透性降低ALT活性，而可能是加速血液中ALT的清除或抑制肝脏ALT的合成，降低ALT活性，具体原因有待进一步研究。

3.4 LP饲粮中添加Cys对肉仔鸡氮代谢的影响

目前，畜禽粪尿中含氮物质造成的环境污染问题日益突出，而饲粮蛋白质水平与氮素排放密切相关。配制满足动物营养需求的LP氨基酸平衡饲粮被认为是实现“畜牧业减排”的有效举措。研究表明，肉仔鸡饲粮蛋白质水平每降低1个百分点，氮排泄量就可降低10%[34]。Si等[1]报道，LP饲粮中添加合成氨基酸可在不影响肉仔鸡生长性能的前提下，最大限度地减少饲粮蛋白质资源的浪费和氮排放量。张建[35]研究表明，LP饲粮中添加Met可进一步降低氮排泄量，提高氮沉积率，从而减少氮对环境的污染。Belloir[36]发现，当饲粮蛋白质水平(19%)降低2个百分点时，氮的利用率可由60%提高至67%，进一步降低蛋白质水平2个百分点时，氮的利用率高达73%，与Shao等[37]研究结果一致。本试验结果显示，当饲粮蛋白质水平降低4.5个百分点时，19～21日龄和40～42日龄肉仔鸡的氮摄入量、氮排泄量和氮存留量均显著降低，其中氮排泄量和氮存留量的减少主要与氮总摄入量减少有关。此外，LP饲粮中添加Cys能提高19～21日龄肉仔鸡的氮存留率，但对40～42日龄肉仔鸡的氮存留率无显著影响，表明LP饲粮中添加Cys可能更有利于维持肉仔鸡生长前期的氮代谢平衡，增加机体氮的沉积。因此，LP饲粮中添加Cys对家禽养殖生产中增加氮沉积和降低粪尿中氮素对环境的污染有一定的指导意义。

3.5 基于回归模型对肉仔鸡LP饲粮中Cys添加水平的估算

本试验结果表明，LP饲粮中添加Cys可在一定程度上改善肉仔鸡的生长性能，提高19～21日龄的氮摄入量和氮存留量，但对血清生化代谢无显著影响。Cys添加呈二次效应，二次曲线拟合表明，饲粮Cys添加水平为0.13%～0.17%时，可获得最佳体增重、采食量、饲料转化率、氮摄入量和氮存留量。因此，综合考量生长性能和氮代谢指标，建议肉仔鸡LP饲粮中Cys适宜添加水平为0.13%～0.17%(Cys占总含硫氨基酸比例为45%～49%)。