胍基乙酸对不同蛋白水平日粮猪能量和氮沉积的影响

赵金标，李忠超，宋孝明，杨立彬，田耀耀，张春平，刘岭*

（1.中国农业大学动物科学技术学院，动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.北京君德同创生物技术股份有限公司，北京 100193；3.潍坊市农业农村局，山东潍坊 261061）

胍基乙酸又称胍乙酸和N-咪基甘氨酸，是机体内合成肌酸的主要内源性物质，而肌酸是一种动物机体自身合成的天然营养素。肌酸的性质非常不稳定，且价格昂贵；而胍基乙酸作为肌酸的天然前体物质，性质稳定且价格较低。研究表明，饲料中添加800 mg/kg以上的胍基乙酸改善肉鸡的生长性能和屠宰性能。刘加合等研究表明，宰前日粮中添加800 mg/kg 胍基乙酸持续饲喂40 d 提高了育肥猪的平均日增重、平均日采食量和饲料转化率。Wang 等研究表明，日粮中分别添加800、1 200、2 000 mg/kg 胍基乙酸线性提高宰后肌肉pH，降低肌肉滴水损失和剪切力。胍基乙酸可促进动物体内氨基酸代谢和蛋白质沉积，进而提高畜禽的生产性能。但是，胍基乙酸对蛋白质沉积效应的促进作用与日粮粗蛋白质水平的关系尚未清楚。

低蛋白日粮技术是畜禽养殖生产过程中降低氮元素浪费和污染的有效手段之一。然而，低蛋白日粮在养猪生产的应用过程中会使猪沉积更多的脂肪，其原因是低蛋白日粮的能量浓度较高，但蛋白沉积效率较低。因此，本研究的科学假设是添加胍基乙酸可以增加低蛋白日粮在猪体内的蛋白沉积并降低脂肪沉积，同时提高日粮的净能和能量利用效率。本实验室早期研究证明，生长育肥猪日粮中添加300～600 mg/kg 胍基乙酸提高了猪的平均日增重并降低耗料增重比，进而改善生长育肥猪的经济效益。但是日粮中添加过量胍基乙酸对生长育肥猪饲养价值的影响尚未研究。本研究通过2个消化代谢试验分别探讨了低蛋白和高蛋白日粮中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸对日粮蛋白沉积、脂肪沉积和日粮净能的影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计和试验日粮 试验一和试验二分别选用18头初始体重（BW）为（64.4±3.2）kg 和（63.1±3.5）kg 的杜×长×大三元杂交去势公猪，均采用完全随机区组设计，每个试验分别将18 头试验猪随机分为3 组。试验一中猪分别饲喂添加水平为0、300、1 200 mg/kg 胍基乙酸的高蛋白水平日粮。试验二中猪分别饲喂添加水平为0、300、1 200 mg/kg 胍基乙酸的低蛋白水平日粮。胍基乙酸产品由北京君德同创生物技术股份有限公司提供。试验一和试验二中每种日粮包括6个重复，每个重复1 头猪。每个试验共20 d，包括7 d 代谢笼适应期和14 d 正试期，正试期的前7 d 为日粮适应期，第8 天将猪转移到呼吸测热室适应1 d，第9～13 天为粪尿收集期。试验一和试验二的日粮组成及其营养成分见表1。日粮中矿物质和维生素营养水平参照猪饲养标准推荐值进行设计。

表1 试验日粮原料组成及营养成分（干物质基础） %

1.3 饲养管理 本试验在国家饲料工程技术研究中心动物试验基地进行，按照农业农村部饲料效价与安全监督检验测试中心（北京）的猪饲料营养价值评价技术规程进行所有试验操作。试验正试开始前对每头试验猪进行称重确定采食量。每天饲喂2 500 kJ 代谢能/（kg BW·d）。最后1 d 绝食，测定绝食产热量。每天08:00 和16:00 分2 次等量饲喂，试验期间确保猪自由饮水，控制舍内温度20～28℃。每日饲喂后对圈舍进行冲洗和清扫，保持猪舍环境卫生干净。

1.4 样品收集 试验一和试验二均采用全收粪法收集样品。收集期开始时，将收尿桶放置于代谢笼下面，并加入50 mL HCl（6 mol/L），混合均匀，将每头猪l5～19 d连续5 d 所收集的全部尿样解冻并充分混匀，取部分尿样装入50 mL 离心管中，4℃静置待检。将收粪盘放置在猪笼漏缝板下。保证猪所排的粪全部落入收粪盘中。结束后将收集的粪进行称质量，于65℃烘箱中烘72 h至风干状态，回潮24 h 后至恒质量，粉碎过60 目筛，装袋备用。

1.5 检测指标和方法 日粮和粪样中干物质和粗蛋白质检测方法参照国家标准GB/T 6435-2006 和GB/T 6432-l994。日粮、粪样尿样中总能按照国际标准ISO 9831:1998 方法，使用氧弹式测热议（6300 型，美国Parr 公司）进行测定。尿氮的测定方法参照国家标准GB/T 6432-l994。

净能小室的气体：空气中的O、CO和CH，小室中的O、CO和CH以及气体交换量。O、CO和CH采用红外线分析仪测定（Ultramat 6E，西门子，慕尼黑，德国），排气流量测定采用质量流量计（Alicat，图森，美国）测定。总共6 台呼吸室测定猪产热量，每台呼吸室的气体分析系统5 min 测定1 次。

净能小室的环境参数：小室内温湿度、大气压和风速。

1.6 计算公式

每个时间段内排出气体的容积V（L）=时间（min×气体流速（L/min）

根据公式将排出的气体体积换算到标准状态下（0℃，1 013 hPa）：

其中，SV（L）为排出气体标准容积，0℃，1 013h Pa；V（L）为排出的气体实际容积；P（hPa）为呼吸测热室内的气压；P（hPa）为水蒸气压；T（℃）为呼吸测热室内的温度；RH（%）为呼吸测热室内的相对湿度。

根据公式计算动物O消耗量和CO生成量：

其中，C（CO）为CO的产生量（mol），C（O）为O的消耗量（mol）；C（CO，a）和C（CO，b）为呼吸起始和终止时CO浓度（mol/L）；C（O）和C（O）为呼吸起始和终止时O浓度（mol/L）；SV（L）为呼吸室的净使用标准容积；SV（L）为排出气体标准容积。其中，RQ 为呼吸熵，即同一时间CO产生量与O消耗量的比值，CO（L/d）指每天CO的产生量（L/d），O（L/d）指每天O的产生量（L/d。）

根据公式计算产热量：

其中，HP 为猪的产热量（kJ），V（O）为氧气消耗量（L），V（CO）为二氧化碳产生量（L），V（CH）为甲烷产生量（L），UN 为尿氮含量（g）。

猪日粮消化能和代谢能的计算方法参照AdeOla 等的公式：

猪日粮净能计算参照Noblet 等的公式：

1.7 统计分析 试验一和试验二的数据均采用SAS 9.4统计软件中的GLM 模型进行统计分析。本研究包含2个独立试验，并不是同时进行，因此试验设计不属于双因子试验设计，而是2个单因素试验设计。每个试验以每个重复为统计单位，胍基乙酸的不同添加水平为固定效应，试验猪为随机效应。用Tukey's test 进行多重比较，<0.05 为差异显著，0.05 ≤<0.10 为有趋势。

2 结果

2.1 高蛋白和低蛋白日粮添加不同水平的胍基乙酸对生长猪氮平衡的影响 由表2 可见，添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸对生长猪的氮摄入量、粪氮排出量和氮沉积无显著影响。在不同日粮蛋白水平下，与基础日粮相比，日粮中添加300 mg/kg 胍基乙酸并未显著增加猪的尿氮排出量。然而，在高蛋白水平下日粮中添加1 200 mg/kg 胍基乙酸增加了猪的尿氮排放量（<0.05），在低蛋白水平下却降低了尿氮排放（<0.05）。另外，在高蛋白水平下日粮中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸降低了氮的利用率（<0.05），而在低蛋白水平下日粮中添加1 200 mg/kg 胍基乙酸提高了氮的利用率（<0.05）。

表2 高蛋白和低蛋白日粮中添加不同水平的胍基乙酸对生长猪氮平衡的影响

2.2 高蛋白和低蛋白日粮添加不同水平的胍基乙酸对生长猪能量沉积的影响 不同处理组间的代谢能采食处于同一水平，与试验设计的2 500 kJ/（kg BW·d）比较接近。由表3 可见，添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸对生长猪的总产热、绝食产热量和能量总沉积无显著影响。高蛋白日粮中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg胍基乙酸提高了日粮用于沉积脂肪的能量（<0.05），低蛋白日粮中添加1 200 mg/kg 胍基乙酸提高了蛋白沉积的能量并降低了脂肪沉积的能量和猪的热增耗（<0.05）。

表3 高蛋白和低蛋白日粮中添加不同水平的胍基乙酸对生长猪能量平衡的影响 kJ/（kg BW0.6·d）

2.3 高蛋白和低蛋白日粮添加不同水平的胍基乙酸对生长猪呼吸熵和有效能的影响 本试验未发现蛋白水平和胍基乙酸对呼吸熵产生显著影响（表4），采食状态下，生长猪的呼吸熵大于1，但是绝食状态下的呼吸熵小于1。从表5 可以看出，高蛋白日粮中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸对生长猪的消化能、代谢能、净能、代谢能/消化能和净能/代谢能均无显著影响。低蛋白日粮中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg 胍基乙酸提高了净能/代谢能（<0.05），并具有提高日粮净能的趋势（<0.10）。

表4 高蛋白和低蛋白日粮中添加不同水平的胍基乙酸对生长猪呼吸熵的影响

表5 高蛋白和低蛋白日粮中添加不同水平的胍基乙酸对生长猪有效能的影响

3 讨 论

动物体内胍基乙酸可以由精氨酸和甘氨酸合成，日粮中添加适量的胍基乙酸可以降低体内胍基乙酸的内源合成，从而减少日粮中氨基酸的损失，改善动物的生长性能。刘洋等报道，随着日粮中胍基乙酸水平（0、300、600、900、1 200 mg/kg）的升高，饲喂60 d 的生长育肥猪平均日采食量和平均日增重均呈显著线性和二次曲线升高，而耗料增重比则呈先降低后升高的二次曲线关系。生长育肥猪日粮中添加 300～600 mg/kg 胍基乙酸可显著提高平均日增重和饲料利用率，但是对平均日采食量无显著影响。同样地，日粮中添加600 mg/kg 胍基乙酸可以显著提高肉鸡的日增重和饲料转化效率。这是由于胍基乙酸在体内合成的过程中甘氨酸和精氨酸是必不可少的物质，日粮中添加胍基乙酸会减少甘氨酸和精氨酸的消耗量，进而更大程度地参与机体氨基酸和蛋白质的合成以及促进动物的生长。

本试验结果表明，不同添加水平的胍基乙酸对生长猪尿氮排出量的作用受日粮蛋白质水平影响。本研究低蛋白水平下，日粮中添加适量的胍基乙酸可以有效地降低体内蛋白质的分解和尿氮的排出，进而提高动物对日粮蛋白的利用率。这是由于低蛋白日粮中添加胍基乙酸可以降低体内内源胍基乙酸的合成，减少日粮中精氨酸和甘氨酸的分解，维持日粮氨基酸的平衡。本研究高蛋白水平下，日粮中添加适量的胍基乙酸降低了机体氮的利用率，这是由于日粮蛋白质水平已经超过猪的需要量，胍基乙酸的添加反而加快了体内氮的分解代谢和尿氮的排放量，进而降低猪的氮利用率。总而言之，低蛋白日粮中添加胍基乙酸可以降低生长猪体内蛋白的分解，但是高蛋白日粮中添加胍基乙酸则无显著效应。另外，在高蛋白条件下，日粮中的蛋白质满足了机体对蛋白质和氨基酸的需要，因此日粮中添加胍基乙酸在机体肝脏经过一系列代谢途径生成的肌酸，随后肌酸磷酸化生成的磷酸肌酸主要参与机体碳水化合物和脂肪的代谢，促进机体脂肪的沉积。胍基乙酸主要通过影响与糖代谢有关以及呼吸链中的关键酶的活性来促进动物体分解代谢，提高三磷酸腺苷（ATP）水平进而增加储能物质的合成。除此之外，胍基乙酸通过进一步合成肌酸来提高机体能量代谢。猪从日粮中汲取足够的能量时，日粮中额外的能量可以使肌酸磷酸化，生成磷酸肌酸用以储存能量，促进脂肪沉积；而当猪不能从日粮中摄入足够的能量时，磷酸肌酸通过肌酸激酶释放ATP，为动物体提供能量。在低蛋白条件下，日粮中的蛋白质和氨基酸并不能满足生长猪的需要，日粮中添加胍基乙酸主要降低体内氨基酸的分解，维持日粮氨基酸的平衡，进而促进蛋白质的沉积。Young 等研究结果也表明，生长育肥猪日粮中添加胍基乙酸可显著加快蛋白质的合成代谢，从而促进猪的快速生长。通常情况下，生长育肥猪的瘦肉率可以反映机体的蛋白沉积，而皮下脂肪主要反映了机体的脂肪沉积。皮下脂肪合成越多，生长育肥猪的背膘就越厚。大量研究表明，在生长育肥猪日粮中（粗蛋白水平为16.5%～18%）添加不同水平的胍基乙酸或者同时添加胍基乙酸和甜菜碱会显著提高猪的瘦肉率、屠宰率和眼肌面积，但并没有显著降低猪的背膘厚。生长育肥猪屠宰性能的显著提高得益于胍基乙酸对蛋白质合成的促进作用，机体消化吸收的营养物质在肌肉组织中以蛋白质的形式沉积，并非转化为脂肪储存。本研究结果证明，不同添加水平的胍基乙酸对生长育肥猪能量沉积和屠宰性能的作用受日粮蛋白质水平影响。

日粮中添加胍基乙酸对畜禽利用能量效率的影响和日粮能量营养成分的密度密切相关。Majdeddin 等报道，低蛋氨酸日粮中添加600 mg/kg 和1 200 mg/kg胍基乙酸提高了肉鸡的生长性能和能量利用效率，但是高蛋氨酸日粮中随着胍基乙酸添加量的增加，肉鸡的生长性能和能量利用效率逐渐下降。本研究表明，高蛋白日粮中添加胍基乙酸对生长猪的消化能、代谢能、净能、代谢能/消化能和净能/代谢能无显著影响。虽然低蛋白日粮中添加胍基乙酸不改变生长猪的消化能、代谢能、和代谢能/消化能，但显著提高了日粮净能和代谢能的比值。这表明在日粮蛋白水平满足生长育肥猪的需要量时，添加胍基乙酸对于日粮有效能值的提高效果不显著，这与本研究中添加胍基乙酸降低了脂肪沉积的结果相一致。同时，低蛋白日粮中添加300 mg/kg 和1 200 mg/kg胍基乙酸具有提高日粮净能的趋势。这是由于日粮中添加胍基乙酸促进了蛋白沉积，降低了机体蛋白质的分解，进而提高了生长育肥猪日粮的净能值和能量利用效率。另一方面，日粮中蛋白质在体内分解代谢过程中产生的热增耗远远高于脂肪和碳水化合物在体内的分解代谢。低蛋白日粮中添加胍基乙酸降低了体内脂肪的沉积和蛋白质的分解，减少动物的热增耗，从而提高日粮的净能。

呼吸熵是指猪生理代谢过程中同一时间二氧化碳产生量和氧气消耗量的比值。采食状态的呼吸熵大于1，说明采食过程中生长猪体内能量代谢是碳水化合物转化为脂肪，因为碳水化合物中氧的比例高于脂肪，这部分氧参与体内氧化反应，相应地减少了从外界获取的氧，从而增加了呼吸熵。而蛋白质中氧的比例低于脂肪，从而致使蛋白质的呼吸熵较低。本研究中绝食状态的呼吸熵小于1，是因为绝食状态下生长育肥猪会动员体内脂肪供能，此时呼吸熵小于1。李忠超和李亚奎的研究也表明，相比于采食状态，绝食状态的呼吸熵明显偏低（0.81 vs.1.07）。除此之外，随着日粮中胍基乙酸添加水平的增加，脂肪沉积和蛋白质沉积的能量具有显著变化，但并不改变生长猪的呼吸熵，这可能与胍基乙酸对日粮中碳水化合物的消化利用有关。高蛋白日粮中添加胍基乙酸提高了脂肪沉积的能量，但并不改变呼吸熵，这是因为猪采食高蛋白日粮后较多的蛋白质被消化利用以提供能量，导致碳水化合物供能下降，从而维持呼吸熵无显著变化。与此相反，低蛋白日粮中添加胍基乙酸提高了蛋白质沉积并降低了脂肪沉积，呼吸熵并没有显著降低，这是因为猪采食低蛋白日粮后有更多的碳水化合物为生长猪提供能量。

4 结 论

本研究结果表明，高蛋白日粮中添加胍基乙酸未改变生长猪的蛋白质沉积和日粮的净能，而低蛋白日粮中添加胍基乙酸提高了生长猪的蛋白质沉积、能量利用效率和日粮的净能。本试验条件下，胍基乙酸在低蛋白日粮技术生产实际应用中推荐的添加量为1 200 mg/kg，而高蛋白日粮则不需要额外添加胍基乙酸。