畜禽体内大部分钙、磷参与骨骼和牙齿的构成,其余则维持正常的生理功能[1]。饲粮中钙、磷主要来自磷酸氢钙及植物原料[2-3]。玉米-豆粕型饲粮中60%~90%的磷以植酸磷形式存在[4],因单胃动物体内缺乏分解植酸磷的植酸酶,仅能利用10%~30%的磷[5],造成资源浪费和环境污染。植酸酶可水解植酸磷,解除抗营养作用,产生能被机体利用的磷和微量矿物质[6-8],从而改善生长性能,提高矿物元素沉积[9-13]。一般在畜禽饲粮中添加500 FTU/kg植酸酶[14]。研究表明,超量添加植酸酶(4倍甚至更多)可充分降解植酸,获得更好的生长性能[15]。但植酸酶的超量添加并非无限制,韩进诚等[16]研究表明,植酸酶添加水平为4 000 FTU/kg时,生长性能及其他生理指标最佳,植酸酶添加水平超出4 000 FTU/kg后并无显著差异。目前,关于黄羽肉鸡饲粮植酸酶超量添加的研究较少。因此,本试验选用黄羽肉鸡,研究低钙、磷水平饲粮添加高剂量(2 000、4 000 FTU/kg)植酸酶对1~42日龄黄羽肉鸡生长性能、胫骨指标和钙磷代谢的影响,以期为黄羽肉鸡饲粮中植酸酶的科学利用提供理论参考。
1 材料与方法 1.1 试验设计试验在广东省农业科学院动物科学研究所试验场进行,采用单因子随机设计,选用初始体重为35.83 g、健康状况良好的1日龄岭南黄羽肉公雏1 080只,根据体重一致原则随机分为6个组,每组6个重复,每个重复30只。
1.2 试验饲粮试验采用玉米-豆粕型基础饲粮,根据《中国饲料成分及营养价值表(2004年第15版)》,并参考我国《鸡饲养标准》(NY/T 33—2004)试验饲粮,试验饲粮组成及营养水平见表 1。各组饲粮除钙、磷含量外其他营养水平保持一致。正对照组(PC组)饲喂基础饲粮,正常添加磷酸氢钙;中钙、磷水平饲粮组(MP组)磷酸氢钙添加量降低50%,MP+2000、MP+4000组分别在MP组基础上添加2 000、4 000 FTU/kg植酸酶;低钙、磷水平饲粮组(LP组)不添加磷酸氢钙,LP+2000、LP+4000组分别在LP组基础上添加2 000、4 000 FTU/kg植酸酶。各组钙磷比保持在1.4 : 1.0。配制饲粮时,植酸酶按照不同添加水平等重量替代预混料的载体玉米芯粉。试验用耐热植酸酶由挑战集团提供,植酸酶为颗粒性,活性为10 000 FTU/kg,制粒后留存率大于40%。
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表 1 试验饲粮组成及营养水平(饲喂基础) Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (as-fed basis) |
试验鸡地面平养,自由采食颗粒料及饮水,常规饲养和免疫。
1.4 样品的采集与制备试验结束,每重复选取接近平均体重的2只鸡称重,翅静脉采血5 mL,室温静置1 h,离心(3 500 r/min,10 min)制备血清,-20 ℃保存备测血清生化指标。采血后试验鸡颈部放血屠宰,剖取肾脏装于1.5 mL离心管,做好标记后立即置于液氮中,待样品采集完后转移至-80 ℃冰箱保存,备测钙磷代谢关键基因表达量。取两侧胫骨,去除表面肌肉筋膜组织并编号,右侧胫骨于采样当天测胫骨断裂强度,左侧胫骨置于-20 ℃保存,备测其他指标。
1.5 指标测定与方法 1.5.1 生长性能试验开始和结束前1天22:00断料供水,次日08:00以重复为单位准确称试验鸡体重,统计耗料量,计算平均日采食量(ADFI)、平均日增重(ADG)、料重比(F/G)。试验全期每日观察鸡只健康状况和精神状态,出现死鸡,立即称重并计算耗料量,以消除死鸡对试验结果的影响。
1.5.2 胫骨指标右侧胫骨采用嫩度仪(INSTRON-441型,Instron公司,美国)测定胫骨断裂强度。左侧胫骨外送暨南大学附属第一医院核医学科测定胫骨密度。测定骨密度后的胫骨高温蒸煮6 min后剥离所有软组织,105 ℃烘干24 h脱水后用纯度为99.5%的乙醚浸泡96 h,65 ℃烘干4 h至恒重,称重,胫骨粉碎过40目筛,混匀550 ℃马弗炉中灰化24 h,称重计算灰分含量。灰分含量测定参照GB/T 6438—1992的方法,灰分中钙含量测定采用乙二胺四乙酸(EDTA)直接容量法(GB/T 6436—1992),灰分中磷含量测定采用钒钼酸铵法(GB/T 6437—1992)。
1.5.3 血清生化指标血清钙、磷含量和碱性磷酸酶(AKP)活性的测定在多功能酶标仪(Spectra Max M-5,Molecular Devices公司,美国)上进行,试剂盒由南京建成生物工程研究所提供,检测方法和结果计算按说明书进行。
1.5.4 钙磷代谢关键基因表达在80 mg肾脏样品中加入1 mL Trizol试剂(TaKaRa,日本)提取总RNA。依照试剂盒(TaKaRa,日本)说明书将提取的RNA(1 μg)反转录为cDNA。根据GenBank中鸡的基因序列,使用Primer Premier 3.0设计引物(表 2)。荧光定量PCR反应体系(20 μL):2 μL cDNA,10 μL SYBR Green 2×Mix,上、下游引物各1 μL(100 nmol/L),6 μL ddH2O。反应条件:95 ℃预变性3 min;95 ℃变性15 s,退火30 s,72 ℃延伸30 s,40个循环。以β-肌动蛋白(β-actin)作为实时荧光定量PCR的内参基因。采用2-ΔΔCt法计算目的基因表达量。
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表 2 实时定量PCR引物序列 Table 2 Primer sequences for real-time qPCR |
42日龄时,每个组选取6只接近平均体重的鸡转移到代谢笼,单笼饲养。采用全收粪法进行代谢试验,预饲5 d后禁食排空48 h,待适应后进入正试期。代谢笼下放置集粪盘,每只鸡单独收粪,将其中混有的皮屑和羽毛用镊子夹出,其余收集于装有适量10%盐酸的自封袋内,-20 ℃保存。连续收集4 d,准确记录正试期每只鸡采食量和排泄量。试验结束,将每只鸡4 d的粪样混匀,65 ℃烘干至恒重,置室温下回潮24 h后粉碎过40目筛并编号,测定其中钙、磷含量,测定方法同胫骨灰分中钙、磷含量的测定。利用以下公式计算钙、磷代谢率:
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试验数据采用SPSS 17.0软件中的ANOVA过程进行单因子方差分析,当处理效应差异显著时进行Duncan氏法多重比较。P < 0.05表示差异显著,0.05≤P < 0.10表示有趋势。试验数据均以平均值±标准误(mean±SE)表示。
2 结果 2.1 植酸酶对1~42日龄黄羽肉鸡生长性能的影响由表 3可知,与PC组相比,MP组体重、ADG、ADFI降低(P>0.05);与MP组相比,各植酸酶添加组体重、ADG、ADFI显著提高(P < 0.05),同时MP+4000、LP+4000组显著高于PC组(P < 0.05)。
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表 3 植酸酶对1~42日龄黄羽肉鸡生长性能的影响 Table 3 Effects of phytase on growth performance of yellow-feathered chickens aged from 1 to 42 days |
由表 4可知,与PC组相比,MP组胫骨骨密度显著降低(P < 0.05);与MP组相比,MP+2000、MP+4000组胫骨骨密度显著升高(P < 0.05)。与PC组相比,MP组胫骨脱水脱脂重显著降低(P < 0.05);与MP组相比,各植酸酶添加组胫骨脱水脱脂重显著升高(P < 0.05),除LP+2000组外,其他各组显著高于PC组(P < 0.05)。与PC和MP组相比,LP+2000、LP+4000组胫骨灰分含量显著降低(P < 0.05)。与PC组相比,MP组胫骨磷、钙含量降低(P>0.05);与MP和PC组相比,LP+2000组胫骨磷、钙含量显著降低(P < 0.05)。
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表 4 植酸酶对42日龄黄羽肉鸡胫骨指标的影响 Table 4 Effects of phytase on tibia indexes of yellow-feathered chickens at 42 days of age |
由表 5可知,与PC组相比,MP组血清AKP活性显著升高(P < 0.05);与MP组相比,各植酸酶添加组血清AKP活性显著降低(P < 0.05),但与PC组相比差异不显著(P>0.05)。
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表 5 植酸酶对42日龄黄羽肉鸡血清生化指标的影响 Table 5 Effects of phytase on serum biochemical indexes of yellow-feathered chickens at 42 days of age |
由表 6可知,与MP和PC组相比,MP+4000、LP+4000组肾脏克洛索蛋白(Klotho)表达量有上升的趋势(P=0.092)。与PC组相比,MP组肾脏成纤维生长因子受体1(Fgfr1)表达量上升(P>0.05);与MP和PC组相比,MP+4000组肾脏Fgfr1表达量显著上升(P < 0.05)。
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表 6 植酸酶对42日龄黄羽肉鸡钙磷代谢关键基因表达的影响 Table 6 Effects of phytase on the expression of key genes of calcium and phosphorus metabolism of yellow-feathered chickens at 42 days of age |
由表 7可知,与PC组相比,MP组粪钙含量降低(P>0.05);与MP组相比,LP+4000组粪钙含量显著降低(P < 0.05),同时显著低于PC组(P < 0.05)。与PC组相比,MP组粪磷含量降低(P>0.05);与MP组相比,LP+2000、LP+4000组粪磷含量显著降低(P < 0.05);且MP+4000、LP+2000、LP+4000组显著低于PC组(P < 0.05)。与PC组相比,MP组钙代谢率显著升高(P < 0.05);与MP组相比,MP+4000组钙代谢率显著降低(P < 0.05);LP+4000组钙代谢率显著高于PC组(P < 0.05)。与MP和PC组相比,LP+4000组磷代谢率有升高的趋势(P=0.067)。
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表 7 植酸酶对42日龄黄羽肉鸡粪钙、磷含量及代谢率的影响 Table 7 Effects of phytase on contents and metabolic rates of calcium and phosphorus in faeces of yellow-feathered chickens at 42 days of age |
单胃动物不能有效地利用植物性饲料中的植酸磷,需额外添加无机磷,造成磷资源的浪费和成本增加[17]。植酸酶水解植酸,产生肌醇和正磷酸,解除抗营养作用,释放氨基酸、消化酶、脂肪酸等,促进动物对营养物质吸收,改善生长性能[18]。研究表明,饲粮中钙、磷水平降低会影响肉鸡生长性能[19-20],饲粮添加植酸酶可提高生长性能,且添加量越高效果越明显[21-22]。本试验表明,饲粮钙、磷水平降低,试验鸡体重、ADG、ADFI降低,但与正常钙、磷水平组相比,差异不显著,可能是钙、磷水平的减少不足以影响试验鸡生长性能[23]。饲粮添加2 000、4 000 FTU/kg植酸酶均可提高体重、ADG、ADFI,且4 000 FTU/kg添加组效果优于2 000 FTU/kg添加组,说明低钙、磷水平饲粮添加高剂量植酸酶可提高1~42日龄黄羽肉鸡生长性能。
3.2 植酸酶对42日龄黄羽肉鸡胫骨指标的影响骨折断力、骨灰分、骨密度、骨重量都是衡量骨骼矿化的常用指标,可反映出饲粮中矿物质,特别是钙、磷的平衡情况[24-25]。研究表明,钙、磷缺乏会导致结构性骨被吸收,引起骨质疏松[26],低钙、磷水平饲粮添加植酸酶可提高骨密度和脱水脱脂重[27-28]。本试验结果表明,低钙、磷水平饲粮显著降低了胫骨骨密度、脱水脱脂重,MP+2000、MP+4000组胫骨骨密度显著升高,各植酸酶添加组胫骨脱脂脱水重显著升高,且4 000 FTU/kg添加组效果优于2 000 FTU/kg添加组和PC组,但植酸酶完全替代磷酸氢钙对胫骨骨密度无显著影响,可能植酸酶的添加只是缓解了软骨细胞增生引起的骨密度降低,并未完全消除[29]。研究表明,机体摄入钙、磷不足时会动员骨组织中钙、磷,导致骨中钙、磷、灰分含量降低[30],添加植酸酶可提高胫骨灰分、钙、磷含量[31-32]。本试验表明,低钙、磷水平饲粮降低了胫骨灰分、磷、钙含量,MP+2000、MP+4000组胫骨灰分、钙、磷含量提高;但LP+2000、LP+4000组胫骨灰分、钙、磷含量降低,可能无磷酸氢钙添加时胫骨灰分、钙、磷含量降低严重,添加植酸酶也无法弥补[33]。
3.3 植酸酶对42日龄黄羽肉鸡血清生化指标的影响AKP是畜禽对磷需要的敏感指标[34]。研究表明,饲粮磷水平降低,血清AKP活性升高[35],饲粮添加植酸酶可降低血清AKP活性[36]。本试验结果表明,降低饲粮钙、磷水平,血清AKP活性显著增加,饲粮添加2 000、4 000 FTU/kg植酸酶可显著降低血清AKP活性。也有研究表明,植酸酶添加水平越高,血清AKP活性降低越明显[37],本试验中,4 000 FTU/kg添加组与2 000 FTU/kg添加组相比血清AKP活性有所降低,但差异不显著,与本试验胫骨磷含量的研究结果相一致。
3.4 植酸酶对42日龄黄羽肉鸡钙磷代谢关键基因表达的影响肾脏作为机体钙、磷吸收最主要的器官之一,在调节钙磷平衡方面起到了尤为重要的作用[38]。成纤维生长因子23(Fgf23)可远距离作用于肾脏,通过Fgf23-Klotho-Fgfr1复合体抑制肾小管上皮细胞中Ⅱ型钠离子依靠磷转运载体a(NaPi-Ⅱa)的表达来调节血磷平衡[39]。研究表明,血磷增加超过机体所需量时,肾脏中Fgfr1表达量增多,肾脏对磷的重吸收减少[40]。本试验结果表明,MP+4000组肾脏Fgfr1基因的表达显著上调,降低了肾脏对磷的重吸收,维持机体磷平衡。
3.5 植酸酶对42日龄黄羽肉鸡粪钙、磷含量及代谢率的影响研究表明,饲粮中添加植酸酶能有效地提高钙、磷利用率,降低磷排泄量[41-42]。本试验表明,与PC组相比,LP+2000、LP+4000组粪钙、磷含量显著降低,且效果优于MP+2000、MP+4000组;LP+4000组钙、磷代谢率提高,且效果优于MP+2000、MP+4000组。这说明高剂量植酸酶完全替代磷酸氢钙可提高钙、磷代谢率,减少钙、磷排放,且饲粮钙、磷水平越低,植酸酶发挥作用的效果越显著[43]。
4 结论① 低钙、磷水平饲粮添加高剂量植酸酶可提高1~42日龄黄羽肉鸡生长性能,提高胫骨脱水脱脂重,降低血清AKP活性。
② 中钙、磷水平饲粮添加植酸酶可提高胫骨骨密度,上调肾脏Fgfr1基因的表达。
② 仅考虑生长性能、血清生化指标、胫骨指标及钙磷代谢指标,1~42日龄岭南黄羽肉鸡玉米-豆粕型饲粮中添加高剂量植酸酶可以部分或者完全代替磷酸氢钙。
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