D-天冬氨酸對斷奶仔豬生長性能、血清生化指標和營養物質表觀消化率的影響

王晨昱 劉永輝 李 響 胡 鮮 何流琴,3 李鐵軍* 印遇龍

(1.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，動物營養生理與代謝過程湖南省重點實驗室，長沙410125；2.中國科學院大學 現代農業科學學院，北京100049；3.湖南師范大學生命科學學院，動物腸道功能湖南省重點實驗室，長沙410081)

天冬氨酸(Asp)作為一種功能性氨基酸[1]，在糖代謝、尿素循環、線粒體功能等代謝方面發揮著重要的生物學作用[2]，可改善動物機體免疫和抗氧化功能以及促進生長發育[3]。而作為L-天冬氨酸(L-Asp)的同分異構體D-天冬氨酸(D-Asp)則很少被關注。研究表明，經堿性、高pH和長期加熱等加工技術處理的食品含有包括D-Asp在內的大量D-氨基酸[4]，體內也可通過D-天冬氨酸氧化酶和天冬氨酸消旋酶轉化或者合成獲得[4-6]。

D-Asp大多分布于腦(包括海馬和前額葉皮層)和內分泌器官(腎上腺、垂體和睪丸)中，對維持動物正常的中樞神經系統和神經元功能以及調控激素水平等方面發揮重要作用[7]。添加D-Asp可調節小鼠生長激素的釋放，促進小鼠的生長發育[8]，在熱應激條件下，飼糧添加適量D-Asp或添加可產生D-Asp的活菌，可通過調節神經系統有效降低直腸溫度，產生鎮靜作用，從而改善雛雞的采食量以及生長性能[9]。除了在緩解雛雞熱應激方面有很大潛力，D-Asp也可以通過改變腸道微生物菌群區系影響斷奶仔豬的生長性能[10]。目前關于D-Asp功能研究大多集中于醫學和藥學領域，在畜牧養殖業中關于D-Asp對生豬機體健康和生長性能的影響研究鮮少報道。因此，本研究擬通過在飼糧中添加不同水平的D-Asp，探討其對斷奶仔豬生長性能、血清生化指標、游離氨基酸含量以及營養物質表觀消化率的影響，為改善仔豬生長性能和提高營養物質表觀消化率提供理論依據，同時為畜禽功能性氨基酸營養需要與飼養管理提供新的調控策略。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

D-Asp(純度≥98%)購自湖南某生物科技有限公司。基礎飼糧購自長沙某飼料科技有限公司。三元雜交(杜×長×大)斷奶仔豬購于湖南某農牧發展有限公司。

1.2 試驗設計

選擇44頭體況相近的45日齡健康三元雜交(杜×長×大)斷奶仔豬，平均體重為(10.74±0.25) kg，隨機分為4組，每組11個重復，每個重復1頭豬，公母各占1/2，其中對照組飼喂粗蛋白質(CP)含量為17%的玉米-豆粕型基礎飼糧，D-Asp添加量根據Li等[10]和前期預試驗結果設置，試驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組分別飼喂在基礎飼糧中添加50、500和5 000 mg/kgD-Asp的試驗飼糧。基礎飼糧的配制參照NRC(2012)中10～30 kg體重斷奶仔豬營養需要標準，其組成及營養水平見表1，飼糧中氨基酸含量見表2。

表1 基礎飼糧組成及營養水平(風干基礎)

表2 飼糧中氨基酸含量

1.3 飼養管理

本試驗在中科院亞熱帶農業生態研究所動物飼養室進行，全封閉式豬舍，漏縫金屬材質地板，不銹鋼可調式料槽，乳頭式飲水器。仔豬單籠飼養，并按照豬場標準飼養管理程序對試驗豬進行驅蟲與免疫處理。預試期5 d，正試期28 d。每天飼喂粉料3次，時間為07:30、12:00和18:30，自由飲水和采食，以食槽無剩料為原則。整個圈舍采取自然通風，在養殖期內對所有圈舍進行不定期消毒和清掃。

1.4 樣品采集和指標測定

1.4.1 生長性能的測定

于試驗第14、21和28天，分別對斷奶仔豬進行稱重，記錄每天的采食量和健康狀況，根據采食量和體重計算平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。

1.4.2 臟器指數的測定

飼養試驗結束后，每組隨機選取6頭豬，共24頭豬，禁食12 h，麻醉后屠宰解剖，屠宰后取出心臟、肝臟、脾臟和腎臟，將表面水分吸干后進行稱重，并計算臟器指數。

臟器指數(%)=[臟器重量(kg)/ 宰前活重(kg)]×100。

1.4.3 血清生化指標的和游離氨基酸含量的測定

飼養試驗結束后，斷奶仔豬禁食12 h，進行空腹采血，取前腔靜脈血液10 mL，3 000 r/min、4 ℃離心10 min，取上層血清于1.5 mL離心管中，-20 ℃凍存。待測時，將血清解凍，取300 μL用CX4型全自動生化分析儀(美國Backman公司)測定，測定總蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、尿素氮(UN)、葡萄糖(GLU)、氨的含量及谷丙轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST)、堿性磷酸酶(ALP)的活性。測定方法按羅氏(Roche)生化試劑盒操作說明進行。

取700 μL血清，加入8%磺基水楊酸700 μL，充分混勻，靜置1 h，4 ℃，10 000 r/min離心20 min，離心過后取下層水相，過0.22 μm濾膜后裝入上樣瓶存于4 ℃，用氨基酸分析儀(L8900，日本)測定血清游離氨基酸的含量。

1.4.4 糞便的收集處理和營養物質表觀消化率的測定

1.4.4.1 糞便的采集、處理及測定

在試驗結束前3天對糞樣進行采集，混勻后將收集的糞樣分為2份，其中一份使用10% HCl進行固氮，以10 g/mL的濃度進行，用于測定糞便中的粗蛋白質含量。另一份糞樣置于105 ℃烘箱中處理，待到恒重后取出稱重，用于測定糞便中的絕干干物質含量。將烘干的樣品粉碎過40目篩保存待測。

1.4.4.2 營養物質表觀消化率的測定

飼糧和糞便樣品中的干物質含量根據GB/T 6435—2006測定；粗蛋白質含量根據GB/T 6432—1994測定；粗脂肪(EE)含量根據GB/T 6433—2006測定；粗灰分(Ash)含量根據GB/T 6438—2007測定；粗纖維(CF)含量根據GB/T 6434—2006測定。

本試驗采用內源指示劑-鹽酸不溶灰分(AIA)法進行表觀消化率的測定，計算公式如下：

營養物質表觀消化率(%)=100-[(飼糧中 AIA含量/糞中AIA含量)×(糞中 營養物質含量/飼糧中營養物質含量)×100]。

1.5 數據處理與統計分析

試驗數據先用Excel 2018軟件進行整理和分析，數據以平均值(mean)±標準誤(standard error, SE)表示，然后使用SPSS 22.0統計軟件對數據進行單因素方差分析(one-way ANOVA)。單因素方差分析顯著時，采用Duncan氏法對數據進行多重比較，以P<0.05作為顯著性判斷依據，0.05≤P<0.10為有差異趨勢。

2 結 果

2.1 D-Asp對斷奶仔豬生長性能的影響

由表3可知，試驗第14天，試驗Ⅰ組的平均體重、ADFI和ADG顯著高于其他3組(P<0.05)，且比對照組分別提高19.6%、8.8%和35.6%。而試驗Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ組F/G均顯著低于對照組(P<0.05)，分別降低16.4%、10.6%和12.8%，其中試驗Ⅰ組F/G最低。

表3 D-Asp對斷奶仔豬生長性能的影響

試驗第21天，試驗Ⅰ組平均體重最高，較對照組提高13.5%，并且較試驗Ⅱ和Ⅲ組分別提高12.1%和9.2%，但是各組之間差異不顯著(P>0.05)。試驗Ⅰ組的ADFI最高，試驗Ⅱ組的ADFI最低。試驗Ⅰ組的ADG顯著高于其他3組(P<0.05)，與對照組相比，顯著提高了16.4%。試驗Ⅰ組的F/G也顯著低于其他3組(P<0.05)，較對照組降低20.2%。

試驗第28天，試驗Ⅰ組平均體重最高，較對照組提高10.2%，并且相較試驗Ⅱ和Ⅲ組分別提高11.3%和8.4%，但是各組之間差異不顯著(P>0.05)。與對照組相比，試驗Ⅱ組的ADFI顯著降低(P<0.05)；試驗Ⅰ組ADFI最高，且顯著高于試驗Ⅲ組(P<0.05)。試驗Ⅰ組的ADG顯著高于其他3組(P<0.05)，與對照組相比，顯著提高了23.5%。試驗Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ組F/G均顯著低于對照組(P<0.05)，分別降低16.3%、11.0%和15.8%，其中試驗Ⅰ組F/G最低。

2.2 D-Asp對斷奶仔豬臟器指數的影響

由表4可知，飼糧添加不同水平D-Asp對斷奶仔豬臟器指數無顯著影響(P>0.05)。

表4 D-Asp對斷奶仔豬臟器指數的影響

2.3 D-Asp對斷奶仔豬血清生化指標的影響

由表5可知，隨著D-Asp添加水平的增加，血清TP和ALB含量也隨之增加，呈現劑量效應，且試驗組的血清ALB含量均顯著高于對照組(P<0.05)。試驗Ⅱ、Ⅲ組血清TP含量顯著高于對照組(P<0.05)。與對照組相比，添加不同水平D-Asp均可顯著提高血清ALP活性(P<0.05)，且試驗Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ組間無顯著差異(P>0.05)。各組之間血清GLU、氨含量及ALT和AST活性無顯著差異(P>0.05)。

表5 D-Asp對斷奶仔豬血清生化指標的影響

2.4 D-Asp對斷奶仔豬血清游離氨基酸含量的影響

由表6可知，對于必需氨基酸，隨著飼糧中D-Asp添加水平的增加，斷奶仔豬血清中的游離異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)和纈氨酸(Val)含量呈線性降低趨勢，對照組中所含Ile、Leu和Val含量顯著高于其他試驗組(P<0.05)；與對照組相比，添加不同水平的D-Asp可顯著提高斷奶仔豬血清中賴氨酸(Lys)含量，同時不同程度降低苯丙氨酸(Phe)的含量；飼糧中添加不同水平D-Asp對血清中蛋氨酸(Met)和蘇氨酸(Thr)含量無顯著影響(P>0.05)。對于非必需氨基酸，飼糧中添加不同水平D-Asp對血清絲氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、丙氨酸(Ala)、酪氨酸(Tyr)和脯氨酸(Pro)含量均無顯著影響(P>0.05)；隨著飼糧中D-Asp添加水平的增加，血清組氨酸(His)的含量降低，對照組的含量最高且顯著高于試驗組(P<0.05)；與對照組相比，試驗Ⅰ組血清甘氨酸(Gly)和半胱氨酸(Cys)含量顯著升高(P<0.05)，且顯著高于其他2組試驗組(P<0.05)，試驗Ⅲ組血清Asp含量顯著高于其他3組(P<0.05)。試驗Ⅲ組血清精氨酸(Arg)含量也顯著高于試驗Ⅰ和Ⅱ組(P<0.05)，與對照組差異不顯著(P>0.05)。

表6 D-Asp對斷奶仔豬血清游離氨基酸含量的影響

2.5 D-Asp對斷奶仔豬營養物質表觀消化率的影響

由表7可知，與對照組相比，試驗Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ組的粗脂肪表觀消化率顯著提高(P<0.05)，分別提高了7.8%、10.3%和10.5%，但粗灰分表觀消化率顯著降低(P<0.05)，分別降低了14.5%、11.6%和11.1%。與對照組相比，試驗Ⅰ和Ⅱ組粗蛋白質和粗纖維表觀消化率顯著降低(P<0.05)，試驗Ⅲ組與對照組間無顯著差異(P>0.05)。與對照組相比，試驗Ⅰ組總能表觀消化率顯著降低了3.1%(P<0.05)，其他試驗組與對照組間無顯著差異(P>0.05)。不同水平D-Asp對干物質表觀消化率無顯著影響(P>0.05)。

表7 D-Asp對斷奶仔豬營養物質表觀消化率的影響

3 討 論

3.1 D-Asp對斷奶仔豬生長性能和臟器指數的影響

在養豬生產過程中，斷奶仔豬階段生長性能的好壞直接關系生豬后期育肥階段的生長和肉品質安全，是影響經濟效益的關鍵指標[11]。在動物體內，L-Asp是腸上皮細胞的主要能量來源，與谷氨酸同是合成Pro、Arg、丙氨酸(Ala)等氨基酸的底物，可通過改善肝臟代謝來緩解仔豬氧化應激[12]。而D-Asp則主要分布于神經和內分泌系統中，可有效調控動物激素水平進而影響動物的生理活動[13]。本研究結果表明，飼糧中添加不同水平D-Asp可以不同程度地改善斷奶仔豬ADFI、ADG和降低F/G。尤其是添加50 mg/kgD-Asp時，可顯著提高斷奶仔豬的ADG和ADFI以及降低F/G。添加500和5 000 mg/kg的D-Asp在平均體重方面與對照組差異不顯著，但是仍然可以顯著降低F/G，這意味著添加不同水平D-Asp可不同程度地改善斷奶仔豬的生長性能和提高飼料轉化率。其原因可能如下：一方面D-Asp可轉化為L-氨基酸用于機體蛋白質的合成，另一方面D-Asp也可合成N-甲基-D-天冬氨酸直接或間接刺激N-甲基D-天冬氨酸受體[14]，而適量的N-甲基D-天冬氨酸能夠調控動物生長激素等激素的水平，調控脂肪代謝，從而顯著提高仔豬的生長速度和采食量[15]。Li等[10]研究表明，飼糧添加1%L-Asp對斷奶仔豬生長性能無顯著影響，但添加1%D-Asp會抑制其生長和破壞仔豬免疫功能。也有研究表明，在飼糧中添加2%D-Asp顯著抑制雞的生長，添加6%L-Asp則不會抑制生長[16]。這些結果與本研究結果均相反，這可能是因為飼糧中添加過量的D-Asp不能有效地被動物機體內的天冬氨酸消旋酶或氧化酶所降解，導致細胞內D-Asp過量積累，阻礙畜禽生長發育[4]，但是適量D-Asp的添加則可促進動物的生長發育。

臟器指數主要是反映動物內臟器官是否中毒以及臟器功能強弱的一個關鍵指標[17]，同時也可以反映動物生長發育的狀況和營養物質吸收情況[18]。本試驗研究發現，飼糧中添加不同水平的D-Asp對斷奶仔豬的心臟指數、肝臟指數、脾臟指數、肺臟指數以及腎臟指數均沒有顯著影響，這表明低水平D-Asp對斷奶仔豬內臟器官無毒害作用。

3.2 D-Asp對斷奶仔豬血清生化指標的影響

動物機體的原料以及消化產物的代謝都是通過血液的運輸來實現，血清生化指標的變化能夠直接反映動物的營養狀態和健康狀況，也能反映組織器官機能的變化[19]。本研究結果表明，斷奶仔豬血清TP和ALB的含量呈劑量效應，即隨著D-Asp添加水平的增加，血清TP和ALB含量顯著增加。血清TP和ALB的含量主要受飼糧類型以及營養水平的影響，可以反映機體的蛋白質代謝水平和免疫機能[20]。血清TP和ALB含量的提高，則說明斷奶仔豬體內的蛋白質合成代謝增加以及提高免疫力。動物血清中的ALT、AST和ALP的活性可以反映動物肝臟功能的受損程度和抗應激能力[21]。本試驗中，添加不同水平的D-Asp對仔豬血清中AST和ALT活性并沒有顯著影響，卻可顯著提高血清中ALP的活性，這一結果與Li等[10]研究添加1%D-Asp或DL-Asp的結果相一致。這可能是由于添加D-Asp會促進肝臟代謝，增強肝臟中的D-Asp氧化酶活性，加快脂肪消化吸收和鈣磷沉積，提高機體抗應激能力，從而改善仔豬的生長發育。

3.3 D-Asp對斷奶仔豬血清游離氨基酸含量的影響

Lys是生豬生長過程中的第一限制性氨基酸，本研究發現，添加不同水平D-Asp可顯著提高血清游離Lys含量，這表明體內蛋白質合成速度加快，提高產肉效率，促進肌肉的生長發育[22]。支鏈氨基酸(Val、Leu、Ile)參與機體內蛋白質和能量的代謝，可以通過哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路調節機體能量和蛋白質的代謝，促進動物生長和健康[23]，而添加不同水平的D-Asp則顯著降低血清支鏈氨基酸含量，這是否預示著添加D-Asp干擾了支鏈氨基酸的代謝，有待進一步研究。本研究表明，添加不同水平的D-Asp顯著降低血清Phe含量，而Phe與Tyr具有協同作用，Phe與Tyr的比值可以作為衡量Phe在體內的累積情況，在本試驗中各組Phe與Tyr的比值分別為0.80、0.72、0.88和0.73，表明不添加或添加中劑量的D-Asp可有Phe累積的現象[24]，從而抑制了仔豬生長發育，這也進一步證實了500 mg/kgD-Asp添加量的仔豬表現出比其他組生長發育遲緩和采食量低的現象。當飼糧提供的非必需氨基酸不能滿足動物機體需求時，動物機體能通過一系列轉氨反應合成非必需氨基酸以滿足動物的需求[25]。本研究發現，添加不同水平的D-Asp可顯著影響血清非必需氨基酸Asp、Gly、Cys、His和Arg的含量，但對Ser、Glu、Ala、Tyr和Pro含量無顯著影響。添加低水平和中水平的D-Asp可降低血清Arg和His含量，這可能是因為添加少量的D-Asp可有效提高精氨酸酶和組氨酸酶的活性，從而加速Arg和His的分解[26]。血清中Gly和Cys主要是參與機體的脂肪代謝和解毒作用[27-28]，添加50 mg/kg的D-Asp可顯著增加血清中的Gly和Cys的含量，從而調控機體的脂肪代謝，促進斷奶仔豬生長發育和蛋白質的合成。

3.4 D-Asp水平對斷奶仔豬營養物質表觀消化率的影響

目前國內外尚無對D-Asp影響斷奶仔豬表觀消化率的影響研究，因此，本試驗探討了飼糧添加不同水平D-Asp對斷奶仔豬營養物質表觀消化率的影響，以期說明具有旋光性的D-氨基酸對斷奶仔豬營養需求的作用。本研究發現，添加不同水平D-Asp可有效提高斷奶仔豬粗脂肪表觀消化率。飼糧中的脂肪通常是在腸道脂肪酶的作用下，將其分解為游離脂肪酸和甘油，以乳糜微粒的形式進入血液循環[29]。口服D-Asp會引起新生雛雞體溫的抑制，同時也可以影響血漿代謝產物中的甘油三酯含量[9]，這進一步證明D-Asp與機體脂質代謝有關，可以影響小腸對脂質的吸收。有研究報道，D-氨基酸的添加會導致消化道蠕動能力降低，進而降低動物營養物質消化率[30]。這與本試驗結果一致，本試驗發現添加不同水平D-Asp可降低斷奶仔豬粗蛋白質和總能表觀消化率，且添加50 mg/kgD-Asp時，其粗蛋白質和總能表觀消化率最低，這主要是因為D-Asp會降低腸道蠕動能力，同時此處理增加了斷奶仔豬的采食量，在這雙重因素的作用下降低了飼糧的消化率。營養物質表觀消化率的變化一定程度上也與腸道微生物有關，D-氨基酸可阻止各種細菌生物膜的形成和促進已形成的生物膜分解，從而影響腸道微生物有益菌和有害菌的分布[31]。D-Asp作為D-氨基酸的一種，也可影響動物腸道微生物種群區系，從而影響了粗纖維及其他營養物質表觀消化率，但具體的作用機制還需要進一步研究。

4 結 論

飼糧中添加不同水平的D-Asp，尤其是添加50 mg/kg的D-Asp時，可有效提高斷奶仔豬的生長性能和飼料轉化率，促進營養物質的吸收利用，影響體內氨基酸代謝。因此，50 mg/kgD-Asp有潛力作為一種新型的功能性添加劑應用于斷奶仔豬飼糧中。