精氨酸生素在豬營養中的研究與應用

謝植鑫，蘇江偉，劉 璐，康會芳，梁明振

（廣西大學動物科學技術學院，南寧 530004）

精氨酸（Arg）于1886年被提取于植物豆苗中，1895年被發現存在于哺乳動物的蛋白質中，其分子式為C6H14N4O2，學名為2-氨基-5-胍基戊酸，相對分子質量為174.20，是一種顯堿性的氨基酸。Arg作為仔豬體內的一種限制性氨基酸，Arg不足，限制其生長發育，Arg可以促進仔豬的生長，增強其免疫力，緩解斷奶給仔豬帶來的應激，降低其腹瀉率[1-3]。Arg是動物體內最大的供氮氨基酸，是動物體內NO合成的唯一前提物[4]。Arg也是一種條件性必需氨基酸，當成年動物生病或腸道受損，Arg可改善腸道微生態環境，對動物的健康生長起著重要作用[5]。在生產實踐中，外源性添加Arg和過量的Arg具有一定毒副作用，加上價格高，限制了其在生產中的運用。因此，對于內源性合成精氨酸，是近幾年的研究熱點[6]。精氨酸生素（AAA）是N-2酰谷氨酸（NAG）的穩定類似物，對內源性精氨酸合成具有重要作用[7]。

1 精氨酸生素的理化性質

AAA化學名N-氨甲酰谷氨酸（NCG），是NAG穩定的具有活性的并且可食用類似物，分子式為C6H10N2O5，相對分子質量為190.15。純品的AAA為白色晶體粉末或無色半透明晶體，微溶于氯仿、四氯化碳、苯等有機溶劑，易溶于水，等電點為3.02。AAA有多個活性基團，主要集中在羧基和C2上的氨甲酰基。當AAA遇強堿時，羧基（C1和C5）容易與五氯化磷、乙酰氯等反應并生成酰氯；遇堿性或弱酸性時，AAA上的-NH2有強的親核作用[8]。

2 精氨酸生素調節內源性精氨酸合成機理

動物體對于外源性Arg具有一定的頡頏作用，主要與色氨酸、賴氨酸和組氨酸發生頡頏作用，這不僅直接影響Arg的消化吸收，也間接影響了其他氨基酸的消化吸收[9]。Zhan等發現，在14日齡仔豬飼糧中添加精氨酸1.2%，與對照組相比，其生長性能降低，血清中賴氨酸也顯著降低[3]。動物體內Arg經過一氧化氮酶（NOS）催化生成NO，通過結構酶或誘導酶來脫氨基生成NO，Arg是生成NO的唯一前提物[4-5]。當動物體飼喂過多的外源Arg時，動物體內NO含量會在短時間內快速增加，此時NO對機體有顯著的副作用，過量的NO對機體的Arg/NO信號通路造成嚴重損壞，損害機體[10]。由于外源性Arg的極限，其及毒副作用的不可避免性，因此，內源性Arg的調節及其合成途徑受到更加廣泛的關注。

對于哺乳仔豬來說，腸道是Arg的主要合成場所，而Arg合成代謝過程中，所需的NAG會隨著時間增長而逐步降低，影響Arg的合成，而AAA是NAG的類似物，可以通過調節氨甲酰磷酸合成酶，促進Arg合成，從而提高Arg含量[7]。對于斷奶仔豬來說，由于脫離母乳和環境改變等因素很容易引起斷奶仔豬應激，此時腸道會產生皮質醇，而過多的皮質醇會促進精氨酸酶的合成，從而使Arg被降解，而通過加入AAA可以降低應激率，降低皮質醇分泌，從而降低精氨酸酶合成，保護了Arg不被分解。Arg在體內主要參與鳥氨酸循環（也稱尿素循環），在精氨酸水解酶的作用下分解為尿素和鳥氨酸，尿素進入血液，而鳥氨酸在特異的鳥氨酸轉運體系作用下由胞液進入線粒體，在線粒體合成瓜氨酸，在轉運載體作用下，瓜氨酸進入胞液，在精氨酸代琥珀酸合成酶的作用下與天冬氨酸反應生成精氨酸代琥珀酸，再經精氨酸代琥珀酸裂解酶作用分解為精氨酸和延胡索酸，此反應是在胞液中進行的[11]。在鳥氨酸循環中，NAG是氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ（CPS-Ⅰ）代謝變構啟動劑，CPS-Ⅰ能催化機體合成氨基甲酰磷酸，在線粒體中鳥氨酸轉化為瓜氨酸過程中需要氨基甲酰磷酸（CP）。可知，NAG是Arg代謝合成過程中內源性必要的輔助因子[12]。AAA穩定性強，不易被細胞內氨基酸代謝酶或脫酰基酶所分解，是NAG穩定的類似物，可以參與鳥氨酸循環，啟動CPS-Ⅰ，對內源性Arg的合成起到了重要作用[13]。

3 精氨酸生素的合成方法

AAA又稱NCG，其最新合成方法是先將L-谷氮酸、甲醇、硫酸混合起來反應，反應后的混合液用三乙胺調節pH，得到L-γ-谷氨酸甲醋；然后將產物L-γ-谷氨酸甲醋與甲醇和二硫化碳的混合，再往混合液中通NH3至飽和，密封，濃縮除氨后得γ-甲醋-L-谷氨酸-N-氨基酸鹽濃縮液；再加熱并加入乙酸，降壓除去二硫化碳，得到最終產物NCG粗品；最后用具有活性的炭先脫色、再重結晶得成品。AAA合成方法簡單，原料豐富，價格低。

4 精氨酸生素在養豬生產中的應用

4.1 精氨酸生素在仔豬飼養中的應用

4.1.1 哺乳仔豬

對于哺乳仔豬來說，Arg是一種必需氨基酸[14]。由于哺乳仔豬自身生長、代謝迅速，對Arg的需要量較高，由于內源性合成精氨酸及母乳供應Arg不足，滿足不了仔豬需要量。缺乏Arg仔豬會出現生長緩慢，腸道發育緩慢，此時仔豬往往容易出現腹瀉狀況；同時也影響心血管、免疫、神經系統等發育，此時仔豬往往由于抵抗力低，易生病，影響生產。Arg缺乏也阻礙了其他氨基酸的代謝，從而導致血氨濃度過高，仔豬往往會出現高氨，嚴重時會出現死亡。在鳥氨酸循環過程中，NAG是重要的輔助因子，在線粒體中促進氨甲酰磷酸合成后與鳥氨酸結合生成瓜氨酸，但NAG受胞液中代謝酶的影響，外源的NAG很難從胞液進入線粒體，影響Arg的生成。AAA是NAG的類似物，其性質較穩定，不受胞液中的氨基酸代謝酶的影響，能從胞液有效的進入線粒體，啟動內源性Arg合成分泌，提高體內Arg含量，對動物生產起到積極作用[15]。AAA能促進哺乳仔豬的生長性能，促進內臟器官發育，提高血液精氨酸濃度。陳楠對7日齡的哺乳仔豬每日進行NCG灌服，試驗期14 d，結果發現灌服NCG 100和150mg·kg-1的仔豬相比對照組日增重顯著提高14.8%和20.1%（P＜0.05），仔豬體重顯著提高10.5%和14.6%（P＜0.05），臟器（心臟、肝臟、腎臟）指數也相應提高[16]。Frank等對9日齡的哺乳仔豬進行NCG 50 mg·kg-1灌喂2次·d-1，研究發現，到了17日齡，相比對照組，仔豬體重提高25%，血清精氨酸提高32%[17]。Wu等每日兩次對4日齡哺乳仔豬進行NCG 50mg·kg-1灌喂2次·d-1，連續灌喂10 d，結果顯示，哺乳仔豬體重增加61%，血清Arg濃度增加68%[14]。

4.1.2 精氨酸生素在斷奶仔豬生產中的應用

斷奶仔豬由于脫離母乳，加上胃腸道消化系統發育不完善，易受到環境變化和周邊病原微生物等諸多因素的影響，且此時仔豬生理變化較快，對Arg需要量較高，對飼料營養成分和原料組成要求嚴格，動物機體內會因為出現Arg不足，進而導致生長受阻，表現為亞健康狀態，此時，動物會出現斷奶綜合征，導致仔豬食欲不強、飼料利用率低、生長率低、免疫功能下降，出現腹瀉、水腫、僵豬甚至死亡等現象。在生產中，仔豬由于斷奶應激，對腸道黏膜造成了一定的損害，添加Arg可有效的保護腸道黏膜免受損害，刺激腸道發育。研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加AAA，可以緩解斷奶給仔豬帶來的應激反應和腹瀉率，改善腸道環境，提高仔豬生長性能及免疫力[18]。吳信等在21日齡斷奶仔豬基礎日糧中添加AAA 0.08%，進行7 d試驗后發現，與對照組相比，AAA組的平均日增重和日采食量都顯著提高（P＜0.05），腹瀉率下降18.13%，腸道絨毛高度有提高的趨勢及其回腸上皮杯狀細胞數量也有增加趨勢[19]。AAA也可以促進斷奶仔豬內臟器官的發育，促進仔豬健壯快速生長。彭瑛等在21日齡斷奶仔豬基礎日糧中添加AAA 0.09%，試驗7 d，結果表明，與對照組相比，AAA 0.09%組平均日采食量和日增重顯著提高（P＜0.05），血清尿素氮和堿性磷酸酶活性顯著降低（P＜0.05），肝臟、腎臟、脾臟和心臟重量都高于對照組[1]。周笑梨等研究發現，在斷奶仔豬基礎日糧中添加NCG 0.1%，結果發現，NCG有助于提高斷奶環江香豬腸道內容物中有益菌的數量，抑制有害菌繁殖，從而改善腸道微生物環境[20]。AAA也可提高動物機體對自由基的抑制作用，降低自由基的含量，從而提高機體的抗氧化能力。高運苓等在斷奶仔豬基礎日糧中添加AAA 0.08%，結果發現AAA可以降低血液丙二醛含量，提高斷奶仔豬的抗氧化功能，緩解斷奶引起的氧化應激和腸道黏膜損傷[21]。

4.2 精氨酸生素在母豬生產中的應用

母豬妊娠階段對于繁殖母豬來說是一個非常重要的階段，其營養狀況對胎兒的存活率和生長發育影響較大。Arg對于妊娠母豬來說是一種重要的氨基酸，是機體重要的營養物質，能為母體提供NO，而NO對母豬的心血管發育具有重要意義。NO是機體內皮素的釋放因子，對母體血管有十分重要的調節作用，能夠促進母體對胚胎營養的輸送。有研究發現，在妊娠30～40 d，豬尿囊液中Arg濃度于與初期相比增加23倍[22]。而Arg能提高胎盤合成NO及多胺的含量，NO和多胺是胚胎形成、血管生成及胎兒健康發育的重要調控物[23]。對于泌乳母豬來說，在泌乳母豬飼糧中添加Arg 1%能提高血清中部分氨基酸濃度，改善泌乳母豬的新陳代謝和免疫機能，縮短母豬斷奶后的發情間隔[24]。劉星達等對母豬妊娠后期（第80天～分娩）在基礎日糧中添加AAA 0.04%、0.08%、0.12%，試驗結果顯示，與對照組相比，日糧添加AAA 0.08%顯著提高窩活仔數及活仔初生窩重（P＜0.05），顯著提高血漿Arg及NO濃度（P＜0.05），也提高了催乳素含量，AAA有效促進母豬內源性Arg的合成，提高母豬繁殖性能[25]。AAA對母豬機體免疫體系也有重要作用。楊平在妊娠母豬第30～90 d飼喂NCG 0.1%，發現機體血清IgG、IgM抗體水平顯著升高（P＜0.05）[26]。江雪梅等研究發現，在妊娠母豬日糧中添加NCG 0.1%，窩產仔數提高0.55頭，仔豬初生窩重提高1.39 kg，血漿亮氨酸、苯丙氨酸、瓜氨酸和脯氨酸濃度顯著提高（P＜0.05）[27]。

5 小結

Arg促進了仔豬生長發育及機體蛋白質的合成，增強免疫力，提高了母豬繁殖性能，在生產實踐中，由于外源性Arg具有一定的頡頏作用，主要與賴氨酸、色氨酸及組氨酸發生頡頏，且其價格高，影響Arg全面推廣及使用，因此，通過研究內源性調控對動物機體內Arg的合成具有重要意義。AAA作為NAG的類似物，穩定性強，不受胞液中氨基酸代謝酶的影響，因此外源添加AAA可調節內源性Arg的合成，提高機體內Arg水平，對動物體的健康生長具有重要意義，對養豬業的長期發展更具重要意義。AAA作為一種新型、綠色、高效的飼料添加劑，價格便宜，其效果優于外源添加Arg，在豬生產中值得全面的推廣與使用。對于AAA在豬各個階段的使用量，在哺乳仔豬建議每日2次灌服50mg·kg-1；對于斷奶仔豬，建議添加量為0.08%；對于妊娠母豬，建議添加量0.1%。

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