动物营养学报  2013, Vol. 25 Issue (7): 1541-1550   PDF (1123KB)    
引用本文
耿梅, 姜建阳, 韩先杰, 宋春阳. 纤维素组合酶在不同品种生长猪饲粮中的适宜添加量 [J]. 动物营养学报, 2013, 25(7): 1541-1550.  
GENG Mei, JIANG Jianyang, HAN Xianjie, SONG Chunyang. Appropriate Addition of Combining Cellulase in Diets for Growing Pigs of Different Breeds[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2013, 25(7): 1541-1550.  
纤维素组合酶在不同品种生长猪饲粮中的适宜添加量
耿梅, 姜建阳, 韩先杰, 宋春阳     
青岛农业大学动物科技学院, 青岛 266109
收稿日期：2013-01-16
基金项目：山东省良种工程重大课题项目(2009LZ012-04);山东省现代农业产业技术体系生猪创新团队资助(SDNY201226)
作者简介：耿 梅(1987—),女,山东青岛人,硕士研究生,从事单胃动物营养与饲料科学研究。E-mail: 987675749@qq.com
通讯作者：宋春阳,教授,硕士生导师,E-mail: songchunyang2006@163.com
摘要：本试验利用体外消化试验筛选出3种纤维素酶的最优组合,采用消化代谢试验来确定所筛选的纤维素组合酶在2个品种猪纤维性饲粮中的适宜添加量。试验以酸性洗涤纤维(ADF)为评定指标,以地瓜蔓为粗纤维来源,配制3.8% ADF和5.8% ADF的2种纤维水平的饲粮。分别选取5头体重 相近、健康去势的烟台黑猪和杜×鲁烟白杂交猪,于回肠末端安装T型瘘管,设5个最优纤维素组合酶添加量:0(对照组)、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%,采用5×5拉丁方设计进行消化代谢试验。结果表明:在5.8% ADF水平饲粮中,与对照组相比,纤维素组合酶添加量分别为0.10%和0.15%时,对2个品种猪养分消化率以及氮平衡的影响达到了显著水平(P<0.05),但在3.8% ADF水平饲粮中差异不显著(P>0.05)。在5.8% ADF水平饲粮中,在纤维素组合酶添加量相同的情况下,对于必需氨基酸,蛋氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸的回肠表观消化率烟台黑猪极显著高于杜×鲁烟白杂交猪(P<0.01);对于非必需氨基酸,除丝氨酸和甘氨酸回肠表观消化率差异不显著(P>0.05)外,其他氨基酸回肠表观消化率差异极显著(P<0.01)。结果提示,在5.8% ADF水平饲粮中,烟台黑猪纤维素组合酶适宜添加量为0.10%,杜×鲁烟白杂交猪为0.15%。
关键词： 纤维素酶     烟台黑猪     杜×鲁烟白杂交猪     养分消化率     氮平衡     氨基酸回肠表观消化率    
Appropriate Addition of Combining Cellulase in Diets for Growing Pigs of Different Breeds
GENG Mei, JIANG Jianyang, HAN Xianjie, SONG Chunyang     
College of Animal Science and Technology, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China
Abstract：This test was used an in vitro digestion test to screen the optimal combination of three kinds of cellulase, and aimed to study the appropriate addition of combining cellulase in diets for growing pigs of different breeds. The test used acid detergent fiber (ADF) as an evaluation index and prepared 3.8% ADF and 5.8% ADF of dietary fiber with sweet potato vine. Five Yantai Black growing pigs and five Duroc×Luyan White hybrid pigs with an average body weight of (25±1) kg were used, and were installed T fistulas in the terminal ileum. A 5 × 5 Latin square design was used in digestibility test, and the adding levels of combining cellulase were 0 (control group), 0.05%, 0.10%, 0.15% and 0.20%, respectively. The results showed as follows: the combining cellulase in the diets with 5.8% ADF significantly promoted nutrient digestibility and nitrogen balance in growing pigs of different breeds (P<0.05), but no significant difference was found in the diets with 3.8% ADF (P>0.05). Under the condition of the diets with 5.8% ADF and with the same addition of combining cellulose, for the essential amino acid, including Met, Val and Phe, the ileal apparent digestibility of Yantai Black pigs was significantly higher than that of Duroc×Luyan White hybrid pigs (P<0.01); for the non-essential amino acids, the ileal apparent digestibility of Ser and Gly was not significant (P>0.05), and that of the other amino acids was significant difference (P<0.01). The appropriate addition of combining cellulase in diets with 5.8% ADF was 0.10% for Yantai Black growing pigs and 0.15% for Duroc×Luyan White hybrid pigs.
Key words： cellulase     Yantai Black growing pigs     Duroc×Luyan White hybrid pigs     nutrient digestibility     nitrogen balance     ileal apparent digestibility of amino acids    

我国地方猪种大多数具有耐粗饲、适应性强等优点，且在长期饲喂过程中形成了使用纤维性饲粮的习惯。一定水平饲粮纤维不仅能调节微生态平衡，还能增强体质。因此，如何控制饲粮纤维的负面营养作用，利用其正面营养作用值得深思。目前，猪的常规型饲粮主要以玉米-豆粕型为主，但这些籽实饲料的细胞壁主要由非淀粉多糖(NSP)组成，这些抗营养因子会增加猪胃肠道食糜黏度[1]，引起营养物质吸收不良。营养物质的富集会使大量有害细菌增殖，对肠道黏膜上的绒毛与微绒毛的形态结构造成损伤，引起腹泻，从而降低营养物质的吸收率[2, 3, 4]。单胃动物(尤其是仔猪)体内并不能分泌NSP消化酶降解细胞壁[5]，细胞壁中的抗营养因子难以消除，进而影响动物机体对营养物质的消化吸收，导致动物生长不良及环境污染等问题。因此，将纤维素酶添加到饲粮中既能提高饲粮的消化利用效率、猪的生产性能，又可减少排泄物中氮、磷的排泄量，保护环境。杨叶东等[6]研究发现，在基础饲粮中添加0.1%的纤维素酶，“皮×大×长”三元杂交生长猪的平均日增重提高了15.64%，饲料报酬提高了7.21%。王宗沛等[7]研究发现，在大麦型饲粮中添加能够消化多种NSP的纤维素酶，可使仔猪的日增重提高20.66%，饲料转化率提高8.87%。纤维素酶在提高动物生长性能、改善胴体品质等方面有着积极的作用，但其在猪饲粮的应用中还存在一些问题，尤其是添加量问题。本试验以地方品种烟台黑猪和杜×鲁烟白杂交猪为研究对象，通过对饲粮养分消化率、氮平衡及氨基酸回肠表观消化率的测定，探讨所选纤维素组合酶在这2个品种猪的纤维性饲粮中的适宜添加量。

1 材料与方法
1.1 纤维素组合酶筛选

试验选取3个不同厂家生产的纤维素酶，设为A酶、B酶、C酶，A酶的发酵菌种为李氏木酶，B、C酶的发酵菌种为曲酶。利用羧甲基纤维素(还原糖法)酶活力测定方法测得的3种纤维素酶的活性分别为12.7万、0.6万、3.8万 U/g。酶活定义为40 ℃、pH 2.5、反应30 min的条件下，待测纤维素酶每分钟催化羧甲基纤维素水解成1 μmol葡萄糖的酶量为1个单位，用U/g表示。将3种酶分别进行两两组合，每种组合设定5种比例，分别为0∶ 100、25∶ 75、50∶ 50、75∶ 25、100∶ 0。通过胃蛋白酶-胰蛋白酶两步消化法来测定不同纤维素组合酶对饲料的干物质、粗蛋白质的消化率以及还原糖生成量，从中选出最优组合的最佳比例，然后再以最优酶组合的最佳比例和第3种酶进行同样的两两组合，最终选出3种酶的最佳组合比例。

1.2 试验饲粮

试验采用玉米-豆粕型饲粮，参考地方品种猪的饲养标准，以酸性洗涤纤维(ADF)为评定指标，以地瓜蔓为纤维来源，设定3.8% ADF水平为低纤维水平饲粮，5.8% ADF水平为高纤维水平 饲粮，其他养分含量一致。在每千克预混料中添加0.3 g的三氧化二铬作为外源指示剂。试验饲粮组成及营养水平和氨基酸组成分别见表1和表2。

表1 试验饲粮组成及营养水平(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis) %
表2 试验饲粮氨基酸组成Table 2 Amino acids composition of

experimental diets %
1.3 试验动物及设计

试验分别选取5头体重 相近、健康去势的烟台黑猪和杜×鲁烟白杂交公猪，分别放入50 cm×150 cm镀锌代谢笼中，每天07:00和16:00等量饲喂2次，总饲喂量为体重的3.5%。自由饮水，猪舍温度在(20±2) ℃。手术前驱虫，在回肠末端安装T型瘘管，恢复期10 d。

试验采用5×5拉丁方设计，分为低纤维水平饲粮与高纤维水平饲粮2期试验。每期每个品种猪的试验按照纤维素组合酶的添加量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)分为5组(Ⅰ～Ⅴ组)。采用逐级预混的原则，以保证纤维素组合酶混合均匀。

1.4 样品采集

试验期每期7 d，前5天为预试期，第6、7天连续收集48 h的粪样，混合均匀，按粪样重的10%、尿样体积的10%加入10%的硫酸固氮后于-20 ℃的冰箱保存。同时收集48 h食糜，采集前封口袋中加入10 mL 10%的硫酸，采集的食糜立即放入-20 ℃冰箱保存。试验结束后，将粪样于65 ℃烘箱中烘干，混合、粉碎处理后备用。

1.5 测定指标与方法
1.5.1 饲粮各常规养分消化率

采用三氧化二铬作外源指示剂测定饲粮常规养分消化率。饲粮和粪样的干物质、粗蛋白质、有机物含量的测定方法如下：采用陈明等[8]方法测定水分含量，计算干物质含量；采用GB/T 6432—1994[9]方法测定粗蛋白质含量；采用程建华等[10]方法测定粗灰分含量，计算有机物含量。

采用滤袋技术测定中性洗涤纤维(NDF)、ADF含量，计算半纤维素的含量。

半纤维素含量(%)=NDF含量-ADF含量。

饲粮中养分消化率(%)= ×100。

1.5.2 氮平衡

测定粪样和尿样中氮的含量。

氮表观消化率(nitrogen apparent digestibility，NAD，%)= ×100；

氮生物学价值(nitrogen biological value，NBV，%)= ×100；

氮总利用率(total nitrogen utilization，TNU，%)= ×100。

1.5.3 饲粮及食糜中氨基酸和铬含量

分析前室温下解冻食糜，将每头猪24 h采集的食糜混合均匀后用真空冷冻干燥机进行冷冻干燥。冻干后在室温下回潮24 h，将样品粉碎，通过80目筛处理后备用。饲粮和食糜中的16种氨基酸含量使用氨基酸自动分析仪(日立L-8800，日本)测定；饲粮和食糜中铬含量用干法消解后使用原子吸收光谱仪(日立Z-5000，日本)测定。

1.5.4 氨基酸回肠表观消化率的计算

计算公式如下：

氨基酸回肠表观消化率(%)= ×100。

1.6 数据处理

采用Excel 2003预处理试验数据，以重复为单位，用SPSS 18.0软件中GLM模型对数据进行两因子方差分析。品种内进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，并用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析
2.1 纤维素组合酶对猪养分消化率的影响

由表3可知，在3.8% ADF水平饲粮中，随着纤维素组合酶添加量的增加，不同品种猪养分消化率先升高后稳定。试验组养分消化率均高于对照组(Ⅰ组)，但差异不显著(P>0.05)，试验组间差异也不显著(P>0.05)。烟台黑猪养分消化率略高于杜×鲁烟白杂交猪，但2个品种间差异不显著(P>0.05)；纤维素组合酶对猪养分消化率无显著影响(P>0.05)；品种与纤维素组合酶对养分消化率无显著的交互作用(P>0.05)。

表3 纤维素组合酶在低纤维水平(3.8% ADF)饲粮中对2个品种猪养分消化率的影响 Table 3 Effects of combining cellulase in low-fiber level diets (3.8% ADF) on nutrient digestibility in growing pigs of two breeds %

由表4可知，在5.8% ADF水平饲粮中，干物质、粗蛋白质和有机物消化率，烟台黑猪Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组显著高于对照组(P<0.05)，除Ⅳ组的粗蛋白质消化率外，显著高于Ⅱ组(P<0.05)，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组间差异不显著(P>0.05)；NDF、ADF和半纤维素消化率，除Ⅳ、Ⅴ组的ADF消化率外，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组显著高于对照组(P<0.05)，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组间差异不显著(P>0.05)。干物质、粗蛋白质和有机物消化率，杜×鲁烟白杂交猪Ⅳ、Ⅴ组显著高于对照组(P<0.05)，Ⅳ、Ⅴ组间差异不显著(P>0.05)；ADF和半纤维素消化率，Ⅳ、Ⅴ组显著高于对照组(P<0.05)，Ⅳ、Ⅴ组间差异不显著(P>0.05)。

烟台黑猪干物质、粗蛋白质、有机物和NDF消化率略高于杜×鲁烟白杂交猪，2品种间差异不显著(P>0.05)，但ADF和半纤维素消化率极显著高于杜×鲁烟白杂交猪(P<0.01)；纤维素组合酶对猪的养分消化率有显著或极显著影响(P<0.05或P<0.01)。品种与纤维素组合酶的交互作用对养分消化率影响均不显著(P>0.05)。

2.2 纤维素组合酶对猪氮平衡的影响

由表5可知，纤维素组合酶在3.8% ADF水平饲粮中对不同品种猪的氮平衡影响不显著(P>0.05)；烟台黑猪的各项测定指标略高于杜×鲁烟白杂交猪，但差异不显著(P>0.05)；纤维素组合酶对猪氮平衡影响不显著(P>0.05)；品种与纤维素组合酶的交互作用对3种测定指标的影响均不显著(P>0.05)。

由表6可知，在5.8% ADF水平饲粮中，NAD、NBV、TNU，烟台黑猪Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组显著高于对照组(P<0.05)，TNU分别提高了7.59%、8.07%、7.92%，显著高于Ⅱ组(P<0.05)，但Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组间差异不显著(P>0.05)；杜×鲁烟白杂交猪Ⅳ、Ⅴ组显著高于对照组(P<0.05)，TNU分别提高了7.06%、7.56%，显著高于Ⅱ组(P<0.05)，但Ⅳ、Ⅴ组间差异不显著(P>0.05)。

猪品种及纤维素组合酶极显著影响了NAD、NBV、TNU(P<0.01)；纤维素组合酶对以上3项测定指标的影响与品种不存在交互作用(P>0.05)。

2.3 纤维素组合酶对氨基酸回肠表观消化率的影响

由表7可知，在3.8% ADF水平饲粮中，试验组缬氨酸回肠表观消化率显著高于对照组(P<0.05)。不同品种间，烟台黑猪的各项氨基酸回肠表观消化率略高于杜×鲁烟白杂交猪，缬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、脯氨酸差异极显著(P<0.01)；品种与纤维素组合酶之间的交互作用对氨基酸回肠表观消化率影响均不显著(P>0.05)。

由表8可知，在5.8% ADF水平饲粮中，除蛋氨酸、胱氨酸、甘氨酸和精氨酸回肠表观消化率外，烟台黑猪的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组氨基酸回肠表观消化率都显著高于对照和Ⅱ组(P<0.05)，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ组间差异不显著(P>0.05)；杜×鲁烟白杂交猪Ⅳ、Ⅴ组的赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸的回肠表观消化率显著高于与对照、Ⅱ、Ⅲ组(P<0.05)，Ⅳ、Ⅴ组间差异不显著(P>0.05)。不同品种间，烟台黑猪对必需氨基酸中的蛋氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸的回肠表观消化率极显著高于杜×鲁烟白(P<0.01)；对于非必需氨基酸，除丝氨酸的回肠表观消化率差异不显著(P>0.05)外，其他氨基酸的回肠表观消化率在2个品种间差异显著或极显著(P<0.05或P<0.01)。纤维素组合酶对不同品种猪的氨基酸回肠表观消化率有极显著或显著影响(P<0.05或P<0.01)，精氨酸、胱氨酸和脯氨酸回肠表观消化率除外。品种与纤维素组合酶之间交互作用对猪氨基酸回肠表观消化率影响均不显著(P>0.05)。

3 讨 论
3.1 纤维素组合酶对猪养分消化率的影响

纤维素酶对猪养分消化率的影响与饲粮纤维水平有关。本试验所选取的纤维素组合酶在5.8% ADF水平饲粮中效果显著，在3.8% ADF水平饲粮中无显著效果。Sauer等[11]研究发现，添加纤维素酶制剂，能提高大麦-豆粕型饲粮(高纤维饲粮)中蛋白质和能量的消化利用率，但对玉米-豆粕型饲粮(低纤维饲粮)的营养物质消化率没有显著影响。任继平等[12]研究鲁梅克斯K-1草粉饲粮中添加纤维素酶对生长猪生长性能的影响时发现，纤维素酶能显著提高生长猪的养分消化率和采食量。Omogbenigun等[13]认为在玉米-豆粕型饲粮中添加纤维素酶制剂可显著提高生长猪干物质、有机物、粗纤维、能量、粗蛋白质和粗灰分的消化率。一般认为，外源纤维素酶可帮助机体将纤维性饲料中的纤维素、半纤维素、果胶等大分子物质降解为易于小肠吸收的单糖和寡糖，降低消化道内容物的黏度，增大内源酶与营养物质的接触面积，从而提高营养物质的消化率。

3.2 纤维素组合酶对猪氮平衡的影响

大量文献报道，饲粮中的粗纤维含量过高会降低饲粮粗蛋白质的消化率，从而影响氮的吸收和利用，降低氮的沉积率，降低动物的生长性能[14, 15, 16]。因此，在高纤维水平饲粮中添加纤维素酶促进纤维的消化吸收意义重大。本试验中，纤维素组合酶在5.8% ADF水平饲粮中对猪体内TNU和NBV有显著地促进作用。在3.8% ADF水平饲粮中效果不显著。本试验中，TNU分别提高了7.59%、8.07%、7.92%，这与Sutton等[17]、Zervas等[18, 19]研究报道一致。当纤维素组合酶添加量分别为0.10%和0.15%时，纤维素组合酶对不同品种猪的养分表观消化率、TNU和NBV的作用效果达到最佳，之后随着添加量增加，各项指标无显著变化，说明纤维素组合酶在猪体内的利用率已达到饱和。所以纤维素组合酶在这2个品种猪5.8% ADF水平饲粮中的适宜添加量分别为0.10%和0.15%。

3.3 纤维素组合酶对氨基酸回肠表观消化率的影响

有研究表明，给动物饲喂高纤维饲粮不仅影响饲粮中粗蛋白质、淀粉和脂肪等营养物质(外源)的消化，而且增加回肠食糜中内源蛋白质和氨基酸的分泌量和排出量，影响氨基酸的消化率[20, 21]。饲粮纤维水平是影响回肠食糜中内源氮和氨基酸损失的重要因素之一，高纤维水平饲粮会导致饲粮粗蛋白质和氨基酸的利用率的降低。

表4 纤维素组合酶在高纤维水平(5.8% ADF)饲粮中对不同品种猪养分消化率的影响Table 4 Effects of combining cellulase in high-fiber level diets (5.8% ADF) on nutrient digestibility in growing pigs of two breeds %
表5 纤维素组合酶在低纤维水平(3.8% ADF)饲粮中对2个品种猪氮平衡的影响Table 5 Effects of combining cellulase in low-fiber level diets (3.8% ADF) on nitrogen balance in growing pigs of two breeds %

表6 纤维素组合酶在高纤维水平(5.8%ADF)饲粮中对2个品种猪氮平衡的影响Table 6 Effects of combining cellulase in high-fiber level diets (5.8% ADF) on nitrogen balance in growing pigs of two breeds %
表7 纤维素组合酶在低纤维水平(3.8%ADF)饲粮中对2个品种猪氨基酸回肠表观消化率的影响Table 7 Effects of combining cellulase in low-fiber diets (3.8% ADF) on ileal apparent digestibility of amino acids in growing pigs of two breeds %
表8 纤维素组合酶在高纤维水平(5.8%ADF)饲粮中对2个品种猪氨基酸回肠表观消化率的影响 Table 8 Effects of combining cellulase in high-fiber level diets (5.8% ADF) on ileal apparent digestibility of amino acids in growing pigs of two breeds %

李铁军等[22]报道，不同粗纤维对猪氨基酸的消化率影响不同，水溶性纤维素主要是影响内源性氮和氨基酸的分泌，从而降低表观消化率，但对真消化率无影响。王诚等[23]报道，猪在粗纤维较低的范围内(3％～6％)对赖氨酸、蛋氨酸和胱氨酸的表观消化率影响不显著，之后随粗纤维水平(6％～12％)的增加，各种必需氨基酸的表观消化率显著降低。上述研究结果表明，氨基酸回肠表观消化率与饲粮中纤维物质的添加水平密切相关。

有关高纤维性饲粮中添加纤维素酶对生长猪氨基酸回肠表观消化率的影响少见报道，纤维素酶能够促进饲粮中纤维素的分解，降低食糜黏度，能够提高粗蛋白质等营养物质的消化吸收水平，从而提高氨基酸的表观消化率。本试验结果表明，在3.8% ADF水平饲粮中添加纤维素组合酶效果不显著，而在5.8% ADF水平饲粮中添加纤维素组合酶对16种氨基酸回肠的表观消化率均有不同程度的提高。由此可见，纤维素酶的作用效果也与饲粮中纤维类物质的添加水平密切相关。

4 结 论

① 在5.8% ADF水平饲粮中，试验所选的纤维素组合酶对烟台黑猪和杜×鲁烟白杂交猪养分消化率和氮平衡有促进作用，而在3.8% ADF水平饲粮中效果不显著；相同的饲粮条件下，烟台黑猪对饲粮养分消化率和氮平衡促进作用效果优于杜×鲁烟白杂交猪。

② 在5.8% ADF水平饲粮中，试验所选的纤维素组合酶对促进猪的氨基酸回肠表观消化率效果显著，在3.8% ADF水平饲粮中效果不显著。

③ 在5.8% ADF水平饲粮中，烟台黑猪纤维素组合酶的适宜添加量为0.10%，杜×鲁烟白杂交猪为0.15%。

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