豬內源氨產生機制及其營養(yǎng)調控措施

近年來排放到大氣中的氨氣不斷增加，其中畜牧養(yǎng)殖排放的氨氣是主要來源[1]。據(jù)歐洲環(huán)境安全局2010年統(tǒng)計，在全球氨氣的排放中，牲畜的氨氣排放量占39%，其中豬的氨氣排放占25%。氨具有強烈的刺激氣味，對動物的黏膜產生刺激可引發(fā)多種炎癥，并通過引起黏膜細胞快速生長和代謝，造成氧和能量的需要增高，而氨的解毒過程是一個高度耗能的過程，這樣動物用于生長和生產的能量就相應減少，從而降低了豬的生長性能[2]。氨自呼吸道吸入，經(jīng)肺泡進入血液，與血紅蛋白結合，使血紅素變?yōu)檎F血紅素，降低血紅蛋白的攜氧能力?血液堿儲和血紅素的氧化能力，進而出現(xiàn)貧血和組織缺氧，機體對疾病的抵抗力下降;另外氨也會影響免疫細胞的應答，降低動物的免疫力[3]。減少動物體內氨的產生是最有效的減少氨排放及污染的方法。因此全面了解豬內源氨的機制和研究內源氨營養(yǎng)調控機制具有重要意義。

1豬腸道內氨的產生

豬內源性氨是指豬體內產生的氨。腸道是氨的主要來源，肝臟為氨的主要轉化場所，而腎臟為氨及其代謝產物尿素的排泄器官[4]。內源氨在體內的產生及循環(huán)過程見圖1[5]。腸道是氨的主要來源，腸道的功能狀態(tài)直接影響氨的產生和吸收，氨在腸道中主要以銨離子(NH+4)形式和氨氣的形式存在[6]。飼糧蛋白質在腸道被消化酶降解成氨基酸，部分氨基酸被吸收進入腸道上皮細胞中經(jīng)聯(lián)合脫氨基作用下產氨[7](圖1)。部分未被吸收的氨基酸經(jīng)腸腔微生物脫氨與脫羧作用和尿素酶分解尿素產生氨。

1.1飼糧蛋白質的降解產氨

飼糧中的蛋白質進入腸道后，在胰腺分泌的胰蛋白酶?胰糜蛋白酶以及小腸分泌的氨基肽酶及二肽酶的作用下，水解為氨基酸。氨基酸經(jīng)過聯(lián)合脫氨基作用產生氨氣。豬攝入的蛋白質中僅

有14%作為養(yǎng)分被保留在體內[8]。腸道內主要降解蛋白質的細菌種屬有擬桿菌屬?丙酸菌屬?梭菌屬?鏈球菌屬?乳桿菌屬等[9]。未被消化吸收的飼糧蛋白質或其水解產物氨基酸在腸道細菌腐敗作用下產生大量的腐敗產物(胺?氨?酚?吲哚?H2S等)。

1.2腸道微生物產氨

         腸道微生物在體內產生氨的過程除了降解蛋白質產生氨，也能直接通過還原脫氨?水解脫氨以及減飽和脫氨?脫羧等作用生產氨。另外微生物還可以直接產生脲酶，分解體內的尿素進而產生氨。體內的一些微生物也可以通過脫羧作用產生氨。研究發(fā)現(xiàn)摩根氏菌屬?腸桿菌?克雷伯氏菌?發(fā)光細菌等的組氨酸脫羧酶的作用很大;腸桿菌科?弧菌科和假單胞菌具有很強的鳥氨酸脫羧酶或賴氨酸脫羧酶的作用[10-11]。

1.3體內谷氨酰胺的脫酰氨基作用產氨

體內谷氨酰胺的來源比較廣泛，在大腦?肌肉?腎臟以及腸道均不同程度的存在(12])，其中最容易導致動物出現(xiàn)氨中毒的是大腦和腸道中的氨。谷氨酰胺產生氨的途徑主要是谷氨酰胺通過磷酸化谷氨酰胺酶的脫酰氨基作用產生谷氨酸?核苷酸?氨氣和能量。此過程主要受磷酸化谷氨酰胺酶的影響。磷酸化谷氨酰胺酶主要有2種類型，肝臟型的磷酸化谷氨酰胺酶及腎臟型磷酸化谷氨酰胺酶。James等[13]研究發(fā)現(xiàn)，超過80%磷酸化谷氨酰胺酶存在于小腸中，15%的磷酸化谷氨酰胺酶存在于大腸中。磷酸化谷氨酰胺酶的活性受胰島素以及血管緊張素Ⅱ的調控。

研究發(fā)現(xiàn)，胰島素及血管緊張素Ⅱ能夠增強磷酸化谷氨酰胺酶的活性，進而導致氨增加，損害腦組織及肝臟的功能[14]。當肝臟受損害或者腦部組織受損時，磷酸化谷氨酰胺酶的活性會增加，RomeroGómez等[15]在小腸中的十二指腸測得的磷酸化谷氨酰胺酶活性時發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，肝硬化病人的磷酸化谷氨酰胺酶活性比正常人高4倍。因此豬肝臟與腎臟的健康狀況直接影響體內氨的產生。

2氨在體內的代謝過程

2.1在肝臟內的循環(huán)

正常情況下肝臟合成的尿素有15%經(jīng)腸黏膜分泌入腸腔。腸道細菌有尿素酶，可將尿素水解成為二氧化碳(CO2)和氨，這一部分氨約占腸道產氨總量的90%。腸道中的氨可被吸收入血液，其中3/4的吸收部位在結腸，其余部分在空腸和回腸。氨入血后可經(jīng)門脈入肝，重新合成尿素。這個過程稱為尿素的腸肝循環(huán)。

2.2在血液中的循環(huán)

腸道中氨重吸收入血液的程度決定于腸道內容物的pH，腸道內pH低于6時，腸道內氨生成NH+4，隨糞便排出體外;腸道內pH高于6時，腸道內氨吸收入血液。正常機體內只有少量游離的氨。正常血液中氨的來源包括組織代謝產生的氨和腸道微生物產生的氨。機體組織中的氨基酸經(jīng)過聯(lián)合脫氨作用脫氨產生部分血液氨;腎小管上皮細胞中谷氨酰胺水解也會產生部分血液氨。腸道未被消化蛋白質腐敗和細菌分解尿素產生的氨吸收進入血液。血液中氨大部分進入肝臟合成尿素，而血液中保持較低水平[16]。當血液中氨的產生與清除保持動態(tài)平衡時，機體就能正常運行。一旦平衡被破壞就會發(fā)生異常。高血液氨的根本原因是氨產生增多或氨清除減少[17]。肝臟疾病時由于肝臟通過合成尿素來清除氨的能力減退，以致來自腸道的氨不經(jīng)肝臟解毒直接進入體內循環(huán)，最終導致血液中氨濃度升高。血液中氨濃度增高時，過多的氨將會干擾腦細胞能量代謝，引起腦組織能量不足，影響神經(jīng)遞質的產生和神經(jīng)遞質間的平衡，從面使興奮性遞質減少或抑制性遞質增加。盛大平等[18]研究發(fā)現(xiàn)患各型病毒性肝炎?肝門膽管癌?肝癌與健康的人血液中氨濃度相比正常人顯著增高。

3豬內源氨營養(yǎng)調控措施

3.1降低飼糧蛋白質水平

豬對蛋白質的利用率受多種因素的影響，主要包括飼糧蛋白質的消化率?氨基酸組成以及飼糧氨基酸的平衡和動物的需要量[19]。50多年前，科學家就提出了理想蛋白質的概念。目前國內主要參考美國NRC標準和我國豬飼養(yǎng)標準，而這2種標準采用的飼糧的蛋白質水平都高于豬實際需要量。

在實際生產中，為了追求最快生長速度，最大利益化，過高飼糧蛋白質水平也造成了蛋白質過量，過量的蛋白質會隨糞尿排出，最終被脲酶降解產生氨[20]。Galassi等[21]通過研究低蛋白質和高纖維飼糧對豬的生長性能?養(yǎng)分消化率?氮沉積以及氨排放的影響，得出在滿足飼糧氨基酸平衡和適宜能量載體物質平衡的條件下，適當降低飼糧的飼糧蛋白質水平可以減少氮排放。該試驗分為對照組(中性洗滌纖維水平為114g/kg，粗蛋白質水平為120g/kg)?高纖維組(中性洗滌纖維水平為193g/kg，粗蛋白質水平為122g/kg)?高纖維低蛋白質組(中性洗滌纖維水平為176g/kg，粗蛋白質水平為98g/kg，滿足必需氨基酸需要量和能量載體物質平衡)以及高纖維低蛋白質組(中性洗滌纖維水平175g/kg，粗蛋白質水平為99g/kg，滿足必需氨基酸和適宜能量載體物質平衡，額外添加10g/kg的膨潤土)。

結果表明，與比高纖維組和高蛋白質組相比，2個低蛋白質飼糧組未影響豬的平均日增重?料重比及屠宰性能，每天尿氮的排放量分別降低了8和6g，糞氮排放量也顯著降低。Hansena等[22]研究發(fā)現(xiàn)與標準組(粗蛋白質水平為169g/kg)相比，氨基酸平衡的低蛋白質組(粗蛋白質水平為136g/kg)豬的生長情況?飼料利用率以及瘦肉率未受影響，但平均每天每頭豬氨排放量減少了1.8g，糞氮排放量降低了14%，豬糞的pH顯著降低(6.85vs.7.42)。Shi等[23]通過不同蛋白質水平對生長豬氨基酸消化率與氮排放量

研究發(fā)現(xiàn)，與NRC標準蛋白質水平相比，氨基酸平衡的低蛋白質飼糧顯著降低了氨氮的排放量的10%。Ball等[24]研究也得出過類似的結論。Hansen等[25]和Philippe等[26]均發(fā)現(xiàn)每千克飼糧中減少10g粗蛋白質，在滿足必需氨基酸需要量和適宜能量載體物質平衡的情況下，可以降低7%~15%氨的排放量。

黃健等[27]發(fā)現(xiàn)，滿足必需氨基酸需要量和適宜能量載體物質平衡的情況下，在NRC基礎上降低粗蛋白質3~4個百分點可以顯著減少氨排放量的26.55%~57.85%。總之，滿足必需氨基酸需要量和適宜能量載體平衡的情況下適當降低蛋白質水平，不影響豬生長的情況，同時可以降低氨的排放。

降低飼糧蛋白質水平可降低氨排放量主要的機制在于:參照NRC標準及我國的飼養(yǎng)標準，蛋白質飼料的添加是過量的。過多的蛋白質不能被豬利用，被腸道微生物脲酶分解產生氨。低蛋白質飼糧模式下，部分尿氮可轉換成了糞氮，最終導致氨的排放量減少;氨基酸平衡的低蛋白質飼糧有助于降低尿和糞中的pH和微生物氮分解代謝相關酶的活性[27]。

微生物脲酶是分解尿氮產生氨的關鍵酶。脲酶活性受pH的影響，當pH>7.4，脲酶活性升高，分解產生氨氮量增加。實際生產中設計配方時，滿足必需氨基酸需要量和能量載體適宜的情況下可以降低飼糧中的蛋白質水平。在NRC(2012)推薦量的基礎上降低蛋白質水平的2~4個百分點，對豬的生長性能沒有影響，同時可以顯著降低氨排放量。但降低超過4個百分點，會影響動物的生長性能[28]。

3.2添加植物提取物

植物提取物中目前應用較多的主要是絲蘭提取物?樟科提取物以及中草藥等。絲蘭屬提取物屬于龍舌蘭科，其活性成分主要是皂角苷，他可以抑制體內脲酶的活性，減少尿素的分解。同時它能與體內產生的氨結合，降低畜禽舍內的有害氣體的濃度，因此常作為飼料添加劑在畜牧業(yè)上得到廣泛的應用。Santacruz?Reyes等[30]報道，哈夫絲蘭提取物可通過抑制脲酶活性，使糞污氨揮發(fā)量減少55.5%。周學光等[31]研究絲蘭提取物對降低豬舍內氨濃度的試驗，結果發(fā)現(xiàn)添加200g/t的絲蘭寶后，在飼喂第2周時豬舍內氨濃度已經(jīng)開始下降，之后氨的濃度是逐周下降的。這與Colina等[32]的結果是一致的。梁國旗等[33]比較了樟科植物提取物和絲蘭植物提取物對仔豬生長性能?糞尿中氨和硫化氫散發(fā)的影響，結果發(fā)現(xiàn)添加樟科提取物(350mg/kg)和絲蘭提取物(125mg/kg)后均顯著降低了氨的濃度。綜合已有文獻報道發(fā)現(xiàn)在畜禽的飼糧中添加60~350mg/kg的植物提取物均有促進動物的生長性能，同時降低糞便和畜禽舍內氨排放的作用，且在此范圍內隨著添加量的增加，效果更好。

絲蘭提取物和樟科提取物減少氨排放的機制在于:1)提取物的有效成分作用于脲酶的活性部位，抑制了糞便和腸道中脲酶的活性，降低了尿素分解。2)提取物的有效成分通過干擾產生脲酶相關的微生物的代謝，阻礙脲酶的合成途徑，降低脲酶的分泌，使尿素的分解速度降低。3)提取物改變微生態(tài)環(huán)境的氧化還原條件，降低微生物的代謝活性，使其厭氧分解的能力降低。4)提取物的活性分子結合腸道中的臭氣分子，并將其轉化成其他無毒的氮化物[34]。5)提取物的主要成分可以促進腸道內的微生物利用氨合成微生物蛋白，減少氨的排放。6)提取物通過阻止糞尿中氮發(fā)生硝化作用，從而使氮以無機質的形式存在，降低了散發(fā)到大氣中的氨氣的量。

3.3添加益生菌

益生菌定植于腸道中，可以調節(jié)腸道微生態(tài)平衡從而對動物的健康發(fā)揮著良好的作用。在畜牧業(yè)上常用的益生菌包括雙歧桿菌?酵母菌?乳酸菌?枯草芽孢桿菌等。目前研究較多的就是將幾種益生菌混合制成復合菌制劑，作為飼料添加劑添加在飼料中。國內也有將益生菌制劑與中草藥或寡聚糖等以一定的比例混合制成制劑作為飼料添加劑使用的。益生菌不但能改善動物的生長性能?提高飼料利用率，也可以減少氨?硫化氫等臭氣的產生。

氨對動物有毒副作用，破壞腸細胞，因此降低腸道內氨濃度，有利于動物健康生長。腸道微生物在脫羧酶作用下通過脫羧作用產生氨[10-11]。

給豬飼喂適量的酵母菌和枯草芽孢桿菌制劑，可以減少氨的排放，這主要和酵母菌同化尿酸，抑制氨態(tài)氮的產生以及枯草芽孢桿菌可以抑制脫羧產氨有關[35]。Solga[36]認為有益菌能夠分泌有益成分如氨基氧化酶和一些能分解硫化物的酶，從而降低氨?吲哚等有害氣體的濃度。王華等[37]在基礎飼糧的基礎上添加0.50%?0.10%?0.15%3個不同濃度益生菌劑，測定了盲腸和結腸的氨濃度及腸道pH。添加了益生菌劑組的氨濃度和pH均顯著低于對照組。

腸道內較低的pH可以促進有益菌分泌有益成分降低氨的濃度。鄭衛(wèi)國等[38]通過飼喂或在豬舍內噴灑益生菌發(fā)酵液的形式對不同階段的豬進行了試驗，結果發(fā)現(xiàn)在不同階段豬舍得到的結果基本一致，在添加益生菌菌劑的濃度為0.1%同時噴灑菌液的情況下，持續(xù)6個月可降低氨排放30%~40%，同樣的處理方式連續(xù)進行1年，可降低氨排放40%~50%。Wang等[39]在飼糧中添加0.5%~20.0%的枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌，可以減少氨排放50%。腸道中大腸桿菌通過脫氨作用產生氨。王濤等[40]發(fā)現(xiàn)乳酸菌菌劑添加量為0.1%和0.2%可顯著降低盲腸中大腸桿菌的數(shù)量。

益生菌可以降低氨的濃度的機制主要包括:通過降低腸道內的pH，較低的pH致使通過發(fā)生脫氨?脫羧作用產生氨的厭氧微生物死亡，進而降低微生物產生氨;益生菌降低pH，可以抑制脲酶的活性，抑制尿氮分解產生氨;益生菌可以通過同化尿酸，降低氨態(tài)氮的產生;益生菌通過分解有益成分，將氨分解。

目前市場上應用最廣的益生菌包括酵母菌?乳桿菌?枯草芽孢桿菌等。益生菌主要通過3種形式使用:直接口服活菌?制成菌劑添加和飼糧中添加同時在舍內噴灑。目前的研究發(fā)現(xiàn)添加量在0.05%~2.00%具有較好的效果，且降低氨濃度最高可達到50%。

4小結

         隨著健康養(yǎng)殖觀念的不斷提高，人們對畜產品的健康及安全問題更加重視，在畜產品安全的前提下，氨氣污染問題越來越受到國家環(huán)境部門的重視。目前研究氨氣的來源多是從畜禽舍內及糞尿中產生的氨進行研究，控制氨排放的方法主要是通過調整飼糧配方?改善飼養(yǎng)管理。但是對于氨的來源及如何減少排放還存在以下問題:添加的益生菌要考慮成本和制備工藝;絲蘭提取物在我國的產量并不多。同時腸道內氨產生的機理及氨的產生是否與一些特定的基因有關還有待于進一步的研究。總之，從根源上控制氨的產生，減少排放，從而減少疾病的發(fā)生，對于養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展有很大的實踐意義和應用前景。

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