动物营养学报  2014, Vol. 26 Issue (9): 2805-2813   PDF (1156KB)    
引用本文
胡向东, 焦乐飞, 李旭彬, 楼梦茜, 胡彩虹. 小麦替代玉米饲粮添加木聚糖酶对生长猪生长性能、结肠菌群和氮排放的影响[J]. 动物营养学报, 2014, 26(9): 2805-2813.  
HU Xiangdong, JIAO Lefei, LI Xubin, LOU Mengxi, HU Caihong. Effects of Xylanase Supplementation in Diets with Corn Replaced by Wheat on Growth Performance, Intestinal Microbiota and Nitrogen Emissions of Growing Pigs[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2014, 26(9): 2805-2813.  
小麦替代玉米饲粮添加木聚糖酶对生长猪生长性能、结肠菌群和氮排放的影响
胡向东1, 焦乐飞2, 李旭彬2, 楼梦茜2, 胡彩虹2     
1. 浙江皇冠科技有限公司, 杭州 310058;
2. 浙江大学饲料科学研究所, 杭州 310058
收稿日期：2014-3-14
基金项目：农业部948（2011-G7）
作者简介：胡向东（1957-），男，浙江温州人，硕士，研究方向为饲料添加剂开发。E-mail：zjcrown@hz.cn
通讯作者：胡彩虹，副研究员，博士生导师，E-mail：chhu@zju.edu.cn
摘要：本试验旨在研究小麦替代玉米饲粮添加木聚糖酶对生长猪生长性能、结肠菌群和氮排放的影响。试验选用126头体重约为45 kg的“杜×长×大”三元杂交生长猪，分为7组，每组3个重复，每个重复6头猪。具体分组是：对照组（CON组）饲喂玉米-豆粕型基础饲粮，W20组饲喂20%小麦基础饲粮，W20X组饲喂20%小麦基础饲粮+200 U/kg木聚糖酶，W40组饲喂40%小麦基础饲粮，W40X组饲喂40%小麦基础饲粮+200 U/kg木聚糖酶，W60组饲喂60%小麦基础饲粮，W60X组饲喂60%小麦基础饲粮+200 U/kg木聚糖酶。试验期50 d。结果表明：与对照组相比，W60组平均日增重显著降低（P<0.05），料重比显著提高（P<0.05），结肠梭菌、大肠杆菌数量显著增加（P<0.05），粪氮排放量显著增加（P<0.05）；W20X和W40X组间平均日增重、料重比差异不显著（P>0.05）；W40X组结肠乳酸杆菌数量显著增加（P<0.05），大肠杆菌、梭菌数量显著降低（P<0.05），粪样pH、脲酶活性显著降低（P<0.05）。综上所述，木聚糖酶有明显的益生作用，能刺激肠道有益菌增殖并抑制有害菌增殖，减少氮排放。本试验条件下，添加200 U/kg木聚糖酶的小麦饲粮中，小麦最适替代量为40%。
关键词： 木聚糖酶     小麦     肠道菌群     氮排放    
Effects of Xylanase Supplementation in Diets with Corn Replaced by Wheat on Growth Performance, Intestinal Microbiota and Nitrogen Emissions of Growing Pigs
HU Xiangdong1, JIAO Lefei2, LI Xubin2, LOU Mengxi2, HU Caihong2     
1. Zhejiang Crown Technology Company, Hangzhou 310058, China;
2. Institute of Feed Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
Abstract: This experiment was conducted to investigate the effects of xylanase supplementation in diets with corn replaced by wheat on growth performance, intestinal microbiota and nitrogen emissions of growing pigs. A total of 126 growing pigs (Duroc×Landrace×Yorkshire) with an average body weight of 45 kg were allotted to 7 groups with 3 replicates in each group and 6 pigs in each replicate. The groups were control group (CON group, corn-soybean meal-based diet), W20 group (20% wheat-based diet), W20X group (20% wheat-based diet+200 U/kg xylanase), W40 group (40% wheat-based diet), W40X group (40% wheat-based diet+200 U/kg xylanase), W60 group (60% wheat-based diet), and W60X group (60% wheat-based diet+200 U/kg xylanase), respectively. The experiment lasted for 50 d. The results showed as follows: compared with the control group, the average daily gain was significantly reduced (P<0.05), and feed to gain ratio was significantly increased (P<0.05), and the number of Clostridium and Escherichia coli in colonic and fecal nitrogen emission were significantly increased in W60 group (P<0.05); the average daily gain and feed to gain ratio were not significantly different between W20X group and W40X group (P>0.05); the number of Lactobacillus was significantly increased (P<0.05), the number of Clostridium and Escherichia coli was significantly decreased (P<0.05), and fecal pH and urease activity were significantly decreased in W40X group (P<0.05). In conclusion, the supplementation of xylanase in wheat-based diet can stimulate the proliferation of intestinal beneficial bacterium, and decrease nitrogen excretion. Results also indicate that the optimal replacement level of wheat is 40% in 200 U/kg xylanase diets for growing pigs.
Key words: xylanase     wheat     intestinal microbiota     nitrogen emissionss    

木聚糖酶是一类木聚糖降解酶系,可有效地水解小麦中的阿拉伯木聚糖，产生分子质量大小不同的功能性寡糖糖类益生元——低聚木糖[1]，降低肠道黏度，消除木聚糖抗营养作用，提高小麦饲料营养价值。左建军等[2]提出了益生型木聚糖酶的设计理念,创新性地把饲料酶与动物肠道健康联系起来。研究表明，饲粮中直接添加低聚木糖可有效改善动物肠道微生态和肠黏膜形态结构[3, 4]。但关于通过添加木聚糖酶从小麦饲粮中释放出低聚木糖，从而对肠道发挥益生作用的研究，目前相关文献报道还很少。为使小麦饲粮中的木聚糖被木聚糖酶水解，本次试验在生长猪小麦饲粮中添加足量的木聚糖酶水解小麦中的木聚糖，研究其替代玉米饲粮对生长猪生长性能、结肠菌群、粪尿氮排放的影响，探究木聚糖酶能否通过调控肠道微生物菌群从而减少氮排放，发挥益生作用，为益生型酶制剂的开发提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验动物及分组设计

木聚糖酶由帝斯曼公司提供。试验选用126头体重约为45 kg的“杜×长×大”三元杂交生长猪，分为7组，每组3个重复，每个重复6头猪。具体分组是：对照组(CON组)饲喂玉米-豆粕型基础饲粮，W20组饲喂20%小麦基础饲粮，W20X组饲喂20%小麦基础饲粮+200 U/kg木聚糖酶，W40组饲喂40%小麦基础饲粮，W40X组饲喂40%小麦基础饲粮+200 U/kg木聚糖酶，W60组饲喂60%小麦基础饲粮，W60X组饲喂60%小麦基础饲粮+200 U/kg木聚糖酶。自由采食和饮水，试验期50 d。

1.2 试验饲粮

参照NRC(1998)45 kg生长猪的营养需要量配制玉米-豆粕型基础饲粮，用小麦部分替代基础饲粮中的玉米和豆粕配制试验饲粮，其组成及营养水平见表1。

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)
1.3 指标测定 1.3.1 生长性能

记录耗料量、空腹始重和末重，计算试验猪的平均日采食量(ADFI)、平均日增重(ADG)和料重比(F/G)。

1.3.2 结肠菌群

试验结束，从每组选出体重相近的6头猪屠宰，分别取结肠内容物用于双歧杆菌、乳酸杆菌、大肠杆菌、梭菌的菌落计数。方法参照徐露蓉等[5]。在无菌厌氧条件下，取结肠内容物约0.5 g，加入4.5 mL灭菌生理盐水，摇匀。然后10倍梯度稀释，取0.1 mL平板计数。37 ℃下双歧杆菌厌氧培养72 h，乳酸杆菌和梭菌厌氧培养48 h；大肠杆菌有氧培养24 h，然后进行菌落计数。计算出每克干物质内容物的细菌数，并以其对数值表示。

1.3.3 氮排放

饲养试验结束后，每组选取6头猪饲养在代谢笼中进行粪尿收集，方法参照鲁宁等[6]。预试期3 d，粪尿收集试验5 d。鲜粪脲酶活性测定参照张云刚[7]，pH用pH计测定。收集结束后，将粪样称重，混合并用四分法取鲜粪样烘干至恒重，制成风干样品。将尿样混合，并取尿样总量的四分之一。粪尿氮含量的测定采用凯氏定氮法。另取鲜粪样与尿样混匀，测定0、12、24、36 h后的尿素氮浓度，采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定。

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0统计软件进行多因素方差分析(multi-way ANOVA)处理数据，各组间采用Duncan氏法多重比较进行差异显著性检验。以P<0.05作为差异显著的标准。

2 结果与分析 2.1 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪生长性能的影响

由表2可见，与对照组相比，W20、W20X组的ADFI、ADG以及F/G无显著变化(P>0.05)；W40组ADG显著降低了8.01%(P<0.05)，但与W40X组差异不显著(P>0.05)；W60组ADG显著降低了16.02%(P<0.05)，F/G显著升高了15.29%(P<0.05)，但与W60X组差异不显著(P>0.05)。饲粮中木聚糖酶与小麦水平对ADFI、ADG以及F/G的影响未表现出显著交互作用(P>0.05)。

表2 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪生长性能的影响Table 2 Effects of xylanase supplementation in diets with corn replaced by wheat on growth performance of growing pigs
2.2 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪结肠菌群的影响

由表3可见，与对照组相比，W20、W20X、W60X组结肠菌群数量均无显著变化(P>0.05)；W40X组结肠乳酸杆菌数量显著降低(P<0.05)，大肠杆菌、梭菌数量显著降低(P<0.05)；W60组大肠杆菌以及梭菌数量显著增加(P<0.05)。饲粮中木聚糖酶与小麦水平对乳酸杆菌数量的影响表现出显著的交互作用(P<0.05)，而其他菌群无显著交互作用(P>0.05)。

表3 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪结肠菌群的影响Table 3 Effects of xylanase supplementation in diets with corn replaced by wheat on colonic microflora of growing pigs
2.3 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪氮排放的影响

由表4可见，与对照组相比，各组的氮摄入量、尿氮排放量无显著差异(P>0.05)；W20、W40、W60组粪氮排放量显著增加(P>0.05)。相比于W20组，W20X组粪氮排放量显著降低了13.48%(P<0.05)。相比于W40组，W40X组粪氮排放量显著降低了23.93%(P<0.05)。相比于W60组，W60X组粪氮排放量显著降低了12.89%(P<0.05)。饲粮中木聚糖酶与小麦水平对粪氮排泄量的影响表现出显著的交互作用(P<0.05)。

表4 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪氮排放的影响Table 4 Effects of xylanase supplementation in diets with corn replaced by wheat on nitrogen excretion of growing pigs

由表5可见，与对照组相比，W20X组粪样pH显著降低(P<0.05)，脲酶活性则差异不显著(P>0.05)；W40X组的粪样pH以及脲酶活性都 显著降低(P<0.05)；W60与W60X组对粪样pH和 脲酶活性作用效果不显著(P>0.05)。饲粮中木聚糖酶与小麦水平对粪样pH、脲酶活性的影响未表现出显著的交互作用(P>0.05)。

表5 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪粪样pH、脲酶活性的影响Table 5 Effects of xylanase supplementation in diets with corn replaced by wheat on fecal pH and urease activity of growing pigs

由表6可见，随着时间的增加，各组粪尿混合物尿素氮浓度不断下降。与对照组相比，在0、12 h 2个时间点，各组的粪尿混合物中尿素氮浓度差异不显著(P>0.05)；在24、36 h 2个时间点，W20X和W40X组粪尿混合物中尿素氮浓度显著增加(P<0.05)，W20和W40组差异不显著(P>0.05)；W60和W60X组36 h后的尿素氮浓度显著降低(P<0.05)。饲粮中木聚糖酶与小麦水平对36 h后粪尿混合物中尿素氮浓度的影响表现出显著的交互作用(P<0.05)。

表6 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪粪尿混合物中尿素氮浓度的影响Table 6 Effects of xylanase supplementation in diets with corn replaced by wheat on manure UN concentration of growing pigs
3 讨 论 3.1 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪生长性能的影响

目前关于小麦饲粮中添加木聚糖酶替代玉米饲粮的改善猪生长性能的研究结果不尽一致。叶楠等[8]研究提出，饲粮小麦添加量对断奶仔猪生长性能无显著影响，而木聚糖酶的添加能显著提高试验仔猪1~14 d的平均日增重。王利等[9]研究表明，相比于玉米-豆粕型饲粮，小麦饲粮中添加2 000 U/kg的木聚糖酶对生长猪有明显的促生长作用，而Woyengo等[10]用小麦全部替代玉米饲喂生长猪的研究中发现，添加木聚糖酶对生长猪的生长性能无显著影响。本试验发现，随着饲粮中小麦添加水平的不断增加，生长猪的生长性能逐渐下降，而添加木聚糖酶可以减缓小麦对生长猪生长性能的副作用，其中40%小麦木聚糖酶组效果最佳。然而当小麦替代水平增至60%，即使添加木聚糖酶都达不到玉米-豆粕型饲粮组的效果，可能与小麦中β-葡聚糖等抗营养因子的增加有关[1]。而王修启等[11]将小麦和麦麸比例增至60%，添加0.18%以木聚糖酶为主的复合酶，可以显著增加生长猪日增重，说明木聚糖酶与其他酶制剂的协同作用可进一步加大小麦的添加量。

3.2 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪结肠菌群的影响

动物消化道微生物区系平衡对宿主消化吸收、阻止入侵病原菌、增强机体免疫有重要意义[12]。目前，研究添加木聚糖酶的小麦饲粮对肠道微生物的影响主要集中在禽类，对猪的研究不多。O’Connell等[13]发现70%小麦饲粮中添加木聚糖酶后，生长育肥猪的盲肠、结肠菌群数量与小麦组差异不显著。叶楠等[8]发现50%小麦饲粮中添加1 000 U/kg木聚糖酶能显著增加断奶仔猪盲肠内容物双歧杆菌数量。Diebold等[14]报道，添加木聚糖酶可以提高断奶仔猪回肠中微生物代谢产物乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸含量。本试验发现，添加200 U/kg木聚糖酶的40%小麦饲粮显著增加了生长猪结肠乳酸杆菌数量，降低了大肠杆菌及梭菌数量，说明木聚糖酶有益生作用，与左建军等[2]的报道一致，这可能是因为木聚糖酶能将木聚糖降解为低聚木糖和木寡糖等功能性寡糖，刺激有益菌产生的β-糖苷酶选择性地分解为丙酸和丁酸等短链脂肪酸作为碳源，降低胃肠道的pH，抑制肠道中病原菌的定植，同时促进有益菌迅速增殖[15]；饲粮小麦与木聚糖酶的水平对结肠乳酸杆菌数量的影响表现出显著的交互效应，表明添加木聚糖酶对结肠乳酸杆菌数量的提高作用随饲粮小麦水平的提高而越明显。试验还发现，W60X组益生效果较差，可能与低聚木糖含量过多以及其他抗营养因子的增加有关，潘灵辉[16]在断奶仔猪的研究中也表明，添加过量的低聚木糖会加重仔猪的腹泻，影响其生长性能。因此，在本试验条件下进一步研究木聚糖酶水解木聚糖的低聚木糖产物对肠道微生物菌群结构和功能多样性可能更好地解释木聚糖酶的益生效果。

3.3 小麦替代玉米饲粮中添加木聚糖酶对生长猪氮排放的影响

氮是猪排泄物中造成环境污染的主要物质，猪排泄物中氮的含量与饲粮中的氮含量以及氮的消化吸收有关。在本试验中，各组生长猪每日氮摄入量没有显著差异，随着饲粮小麦水平的增加，生长猪的粪尿排放量不断增加。Yin等[17]提出动物饲喂纤维饲料导致内源性氮排放的增加是由于其中的抗营养因子使肠上皮细胞丢失或者肠黏液分泌增加。试验还发现，饲粮小麦水平与木聚糖酶的添加对粪氮排放量的影响表现出显著的交互效应，即随着饲粮中小麦水平提高，添加木聚糖酶对粪氮排泄量的降低作用越明显，与O’Connell等[18]研究结果相似。猪所释放出的氮绝大部分是通过氨气的形式排放到空气中，而氨气主要来源于猪粪中的微生物脲酶催化尿中尿素产生的[7]。Canl等[19]报道，粪便中pH轻微的改变，就能对氨的挥发产生很大影响。喻洋[20]等提出樟科提取物和腐植酸的复合添加饲喂断奶仔猪，可抑制脲酶活性从而降低尿素分解速率，减少氨气的挥发，并显著提高仔猪的生产性能。本试验也发现，小麦饲粮中添加木聚糖酶对抑制脲酶的活性、降低pH、尿素氮的保存具有显著促进作用，可能是通过改变脲酶产生菌活性以及营养方式的代谢途径，改变粪样的pH，降低尿素分解速率,最终减少氨态氮的产生。

4 结 论

① 本试验条件下，与玉米-豆粕型饲粮相比，饲喂40%、60%小麦饲粮显著降低了猪的生长性能。添加木聚糖酶可以不同程度减缓小麦的副作用，其中40%小麦饲粮中添加木聚糖酶与玉米-豆粕型饲粮对猪的生长性能的影响差异不显著，可替代玉米饲粮。

② 40%小麦饲粮中添加木聚糖酶可通过调节肠道微生物菌群，减少氮排放，从而减轻对环境的污染，益生效果最佳。

参考文献
[1]NIAN F,GUO Y M,RU Y J,et al.Effect of exogenous xylanase supplementation on the performance,net energy and gut microflora of broiler chickens fed wheat-based diets[J]. Asian-Austrilan Journal of Animal Science,2011,24(3):400-406. (2)
[2]左建军,冯定远,张中岳,等.益生型木聚糖酶设计的理论基础及其意义[J]. 饲料工业,2011(S1):19-24. (2)
[3]徐海燕,辛国芹,曹银生,等.低聚木糖对益生菌及人肠道菌群的影响[J]. 药学研究,2013,32(9):500-503. (1)
[4]杨海英,杨在宾,杨维仁,等.益生素和低聚木糖对断奶仔猪生产性能、消化酶活性、血液指标和肠道微生物的影响[J]. 中国兽医学报,2009,29(7):914-919. (1)
[5]徐露蓉,栾兆双,胡彩虹,等.饲粮中添加纤维寡糖对生长猪生长性能、结肠菌群和肠黏膜通透性的影响[J]. 动物营养学报,2013,25(6):1293-1298. (1)
[6]鲁宁,易学武,谯仕彦.低蛋白日粮下赖氨酸水平对生长猪氮平衡和生长性能的影响[J]. 中国畜牧杂志,2011,47(5):34-38. (1)
[7]张云刚.樟科植物提取物对生长猪粪尿氮排放的影响及其机理探讨[D]. 硕士学位论文.杭州:浙江大学,2003:19-22. (2)
[8]叶楠,陈代文,毛湘冰,等.不同木聚糖水平饲粮中添加木聚糖酶对断奶仔猪生长性能及肠道微生态环境的影响[J]. 动物营养学报,2011,23(11):1961-1969. (2)
[9]王利,何军,余冰,黄志清,等.小麦基础饲粮中添加木聚糖酶对生长猪生长性能、血清生化指标及肠道微生物菌群的影响[J]. 动物营养学报,2012,24(10):1920-1927. (1)
[10]WOYENGO T A,SANDS J S,GUENTER W,et al.Nutrient digestibility and performance responses of growing pigs fed phytase-and xylanase-supplemented wheat-based diets[J]. Journal of Animal Science,2008,86(4):848-857. (1)
[11]王修启,刑宝松,张兆敏,等.小麦基础日粮添加不同水平木聚糖酶对猪生产性能的影响[J]. 华北农学报,2003,18(3):114-116. (1)
[12]冯焱,杨小军,胡雄兵,等.免疫应激对肉鸡肠道微生物区系的影响[J]. 农业生物技术学报,2012,20(7):807-814. (1)
[13]O'CONNELL J M,SWEENEY T,CALLAN J J,et al.The effect of cereal type and exogenous enzyme supplementation in pig diets on nutrient digestibility,intestinal microflora,volatile fatty acid concentration and manure ammonia emissions from finisher pigs[J]. Animal Science,2005,81:357-364. (1)
[14]DIEBOLD G,MOSENTHIN R,PIEPHO H P,et al.Effect of supplementation of xylanase and phospholipase to a wheat-based diet for weanling pigs on nutrient digestibility and concentrations of microbial metabolites in ileal digesta and feces[J]. Journal of Animal Science,2004,82(9):2647-2656. (1)
[15]ENGBERG R M,HEDEMANN M S,STEENFELDT S,et al.Influence of whole wheat and xylanase on broiler performance and microbial composition and activity in the digestive tract[J]. Poultry Science,2004,83(6):925-938. (1)
[16]潘灵辉.低聚木糖对断奶仔猪生产性能、肠道菌群及免疫水平影响的研究[D]. 硕士学位论文.长沙:湖南农业大学,2005:21-22. (1)
[17]YIN Y L,MCEVOY J D G,SCHULZE H,et al.Apparent digestibility (ileal and overall) of nutrients and endogenous nitrogen losses in growing pigs fed wheat (var.Soissons) or its by-products without or with xylanase supplementation[J]. Livestock Production Science,2000,62(2):119-132. (1)
[18]O'CONNELL J M,CALLAN J J,O'DOHERTY J V.The effect of dietary crude protein level,cereal type and exogenous enzyme supplementation on nutrient digestibility,nitrogen excretion,faecal volatile fatty acid concentration and ammonia emissions from pigs[J]. Animal Feed Science and Techology,2006,127(1/2):73-88. (1)
[19]CANH T T,AARNINK A J A,VERSTEGEN M W A,et al.Influence of dietary factors on the pH and ammonia emission of slurry from growing-finishing pigs[J]. Journal of Animal Science,1998,76:1123-1130. (1)
[20]喻洋,李晓燕,王旭平,等.樟科提取物腐植酸及其复合添加对仔猪粪尿中氨排放的影响[J]. 中国畜牧杂志,2011,47(9):61-64. (1)