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低蛋白日粮在养猪生产中的应用研究进展

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发表时间:2022-04-11 20:37来源:北斗农科

低蛋白日粮在养猪生产中的应用研究进展

叶翔杨1,王丽1*,杨雪芬1,余明芬2

(1.广东省农业科学院动物科学研究所,畜禽育种国家重点实验室,农业农村部华南动物营养与饲料重点实验室,广东省畜禽育种与营养研究重点实验室,广东广州510640;2.武宣县农业农村局,广西来宾545900)

摘要:随着生猪养殖的规模化发展,饲料配方设计趋向精细化、精准化。多年研究发现,适当降低日粮蛋白水平可提高饲料利用率,降低蛋白饲料原料用量,缓解大豆种植、进口压力,降低生产成本,降低养殖过程中氮排放造成的环境污染。本文主要综述了低蛋白日粮在母猪、仔猪、商品猪生产中的应用情况及其对环境的影响,并分析了低蛋白日粮在生产中推广的限制因素,旨在为低蛋白日粮在我国生猪养殖业中合理应用提供参考。

关键词:猪;低蛋白日粮;生产性能;肠道健康;环境

长期以来,我国养殖业面临着蛋白饲料资源紧缺、氮排放污染严重等问题。豆粕是大豆提取豆油后产生的一种蛋白质含量较高的副产品。作为主要植物蛋白饲料原料,豆粕的供应量和价格与大豆产量密切相关。国际粮农组织数据显示,2020年我国大豆的产量为1960 万t,仅占世界产量的5.54%;进口大豆10032.71 万t,为大豆产量的5.11倍,占农产品进口的48.27%[1];巴西和美国为我国的主要进口国,2020年1—7月农产品进口量分别占进口总量的36.99%、13.11%[2]。随着中美贸易战的持续发展,我国加大了向其他国家进口大豆等蛋白饲料,同时加强了对低蛋白日粮技术的研究,以期减少对豆粕的需求,缓解美国大豆进口量降低带来的资源压力。低蛋白日粮是指将日粮粗蛋白(CP)水平按猪营养需要(NRC)推荐标准降低2~4个百分点,然后通过适当添加赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苏氨酸(Thr)等必需氨基酸,使日粮中的各种氨基酸含量和比例与动物必需氨基酸的需求相吻合,达到理想氨基酸平衡,从而提高蛋白质利用率,降低排泄物中氮排放[3]。

我国农业农村部也大力倡导养殖业低氮减排绿色发展,研究饲料中豆粕减量替代方案,加强推广应用低蛋白日粮相关技术。2020年,在我国农业农村部组织研究低蛋白日粮技术的基础上,全国饲料工业标准化技术委员会修订发布了《仔猪、生长育肥猪配合饲料》(GB/T5915-2020)[4],其中育肥猪全程饲料平均CP水平最低为12.6%、最高为_应用提供参考。

1   低蛋白日粮在养猪生产中的应用

1.1 低蛋白日粮对母猪生产性能的影响

母猪在不同生理阶段对CP和氨基酸需求有所不同,适当降低日粮CP水平能提高母猪采食量,从而影响其生产性能[6]。对于妊娠母猪,其氨基酸需要量与胎儿、乳腺组织、胎盘(包括与之相关的绒毛尿囊液、子宫)、体蛋白沉积及能量摄入量密切相关(NRC2012)。在妊娠中后期,饲喂含15%CP 日粮的母猪每天至少消耗20g 可消化赖氨酸(SIDLys),而饲喂12%CP 日粮的母猪则消耗18.4g/d[7]。其中,氧化/转氨作用、胎儿生长、乳腺发育、初乳生成、维持和子宫构成分别占SIDLys总需求量的29.5%、22.7%、16.8%、16.1%、10.4%和4.5%[8]。俞清霞[9]、方桂友等[10]研究发现,日粮CP水平较NRC降低1~2个百分点对母猪的繁殖性能及初乳氨基酸含量无显著影响,13%CP组的初生窝重、断奶窝重及初乳中氨基酸浓度显著高于12%CP 组,氨基酸利用率显著高于14%CP 组、15%CP 组,表明13%CP日粮能够满足妊娠母猪繁殖需求。

对于哺乳母猪,由于采食量限制及泌乳需要,降低日粮CP水平会影响其对氨基酸尤其是第一限制性氨基酸Lys的摄取,在日粮供应不足的情况下动员体储备,造成体况损失进而影响母猪的繁殖性能。研究表明,在泌乳高峰期,高产母猪的可消化粗蛋白(SIDCP)需要量为125g/kg[11],SIDLys需要量为9.05g/kg[12],其中95%用于乳汁生成和氧化,相对于妊娠第102天SIDLys需要量增加了338%[13]。饲喂含47g/d SID Lys的低蛋白日粮母猪,在哺乳前期可通过增加蛋白质动员来抵消日粮不足,但持续的CP不足会影响母猪哺乳中、后期的泌乳量[14]。然而,Huber等[15]研究发现,不同CP水平日粮(CP16.24%,CP12.68%+合成氨基酸)对哺乳母猪的泌乳性能、乳成分均无显著影响,显著提高了合成乳汁过程中氮、精氨酸(Arg)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)+酪氨酸(Tyr)和色氨酸(Trp)的表观利用率,该结果与氮和氨基酸摄入量减少密切相关。哺乳母猪饲喂CP水平为13.78%的氨基酸平衡日粮能显著减少尿中氮排放至60%,提高用于生成乳汁的氮总表观利用率至73%,提高实际氮利用率至82.7%[16]。而当日粮中可消化氨基酸水平达到Lys∶Thr∶Met:Trp 的比值为100∶72∶27∶16时,12%~13%CP 水平下母猪血清中尿素氮、游离Lys、Thr、Leu和总氨基酸浓度均显著低于饲喂15%CP 日粮[17]。以上研究表明,哺乳母猪日粮的CP水平低于12%会对母猪的繁殖性能造成影响,可通过补充合成氨基酸来满足高产母猪CP需要,避免影响母猪的泌乳性能及其体况,减少母猪使用寿命从而影响生产效益。

1.2 低蛋白日粮对仔猪肠道健康的影响

仔猪生长速度快,对蛋白质的需求量高。但由于早期断奶仔猪肠道未发育完全,蛋白酶分泌不足、活性不高,不能充分消化饲粮中的蛋白质,从而引起病原性腹泻、肠黏膜损伤、肠绒毛受损,进而影响其生长性能。Gao等[18]研究发现,高水平可SIDCP日粮会导致断奶仔猪水通道蛋白和紧密连接蛋白表达量显著降低,炎症细胞因子表达量显著升高,腺苷5′-单磷酸腺苷(AMP)活化蛋白激酶(AMPK)信号通路受到抑制,肠道微生物多样性降低。低蛋白日粮可通过降低肠道pH值及肠道有害代谢产物的含量,改善肠道菌群结构。Kang等[19]研究发现,与17%CP 饲粮相比,14%CP饲粮中添加0.1%组氨酸可影响断奶仔猪血清氨基酸成分,提高组氨酸浓度,影响肠道微生物菌群(丁酸弧菌和拟杆菌),但对生长性能和肠道形态无显著影响。田志梅等[20]研究同样证明,降低3%CP水平能显著提高断奶仔猪十二指肠中肠肽酶(Erepsin)、蔗糖酶(Sucrase)、麦芽糖酶(Maltase)、葡萄糖酶(Glucolase)以及空肠乳糖酶(Lactase)等消化酶的基因表达丰度,说明降低3%CP水平的饲粮能显著改善仔猪肠道健康,可在仔猪生产中广泛应用。

然而,刘壮等[21]研究发现,给48日龄PIC阉公猪饲喂13%CP并平衡氨基酸日粮会显著降低回肠食糜中双歧杆菌(Bifidobacterium)、乳酸杆菌(Lactobacillus)和消化链球菌(Peptostreptococcus)的数量,部分肠道屏障功能相关基因(MUC-1、MUC-2和Occludin)的表达量均显著下降,说明单体氨基酸不能完全替代蛋白质;但补充酪蛋白能一定程度改善肠道菌群结构及肠道屏障功能。低蛋白日粮中添加酮戊二酸(AKG)也能一定程度上提高十二指肠和空肠前、后段中氨基酸转运蛋白的表达量,激活mTOR信号,促进小肠吸收蛋白质的能力,从而增加蛋白质沉积[22]。以上研究表明,降低3%CP水平日粮能有效缓解仔猪断奶应激,改善肠道健康;但极低CP会影响肠道菌群结构,降低肠道屏障功能,添加酪蛋白、AKG等物质能一定程度缓解日粮CP过低带来的不利影响。1.3低蛋白日粮对肉品质的影响早期研究认为,降低饲料蛋白质水平会提高胴体脂肪含量。Li等[23]发现,降低3%CP的低蛋白日粮能显著提高育肥猪背最长肌的红度(a*)、肌间脂肪(IMF)和单不饱和脂肪酸(MUFA)含量,降低多不饱和脂肪酸(PUFA)含量,Ⅰ型和Ⅱ型肌纤维表达水平显著升高。王东等[24]]研究发现,与15.6%CP 日粮相比,14.6%CP日粮对杜×民杂交育肥猪的生长性能及猪肉粗脂肪含量无显著影响,但会显著降低屠宰率,而13.6%CP日粮会显著降低育肥猪的生长性能、屠宰率,提高粗脂肪含量,其原因可能是日粮CP水平降低,使机体将一部分的能量转化成脂肪储存于肌肉中。

近年来研究表明,在保证氨基酸平衡供应的情况下,降低1%~2%CP 水平对育肥猪的肉品质无显著影响[25]。Chen等[26]研究发现,在17%CP 日粮中添加1%AKG能显著提升血清和肌肉中游离氨基酸的浓度,显著提高背最长肌和股二头肌中肌细胞生成素(MyoG)的mRNA表达量,改善股二头肌的肌分化因子(MyoD)的表达,表明补充促进氨基酸代谢的物质对猪肉品质有改善作用。综上,日粮降低1%~2%CP 水平对商品猪生长性能及肉品质无显著影响。

2   猪低蛋白日粮对环境的影响

低蛋白日粮能影响猪对蛋白质的采食量,改善蛋白质利用率,从而降低氮排放,缓解养猪业带来的环境污染问题。大量研究表明,在维持生长性能的前提下,每降低1%日粮CP水平,可减少8%~10%的总氮排泄量[27]。Bindas等[28]研究显示,当8.8kg 断奶仔猪日粮CP水平由21.08%降低至18.64%时,血液中尿素水平由4.21mmol/L 极显著降低至2.61mmol/L,粪便中CP及氨气含量极显著降低了16.93%和15.52%。当日粮CP水平减少1%时,7kg 断奶仔猪的粪尿氮和磷的减排率分别为19.36%和26.06%[29]。妊娠后期母猪日粮CP降低1~3个百分点,可减少粪氮排泄量8.57%~22.93%[10]。猪舍氨气(NH3)浓度监测显示,保育猪和育肥猪前期日粮CP含量每降低3%~4%,猪舍NH3浓度降低26.55%~57.85%[30];哺乳母猪饲喂16%CP 的低蛋白日粮,猪舍风机位置NH3浓度降低8.7%~10.9%,定位栏位置降低5.1%~11%[31]。以上结果表明,低蛋白日粮能有效降低氮排放,缓解环境压力。

在低蛋白日粮中添加代谢调节剂,能更精确地增强碳水化合物氧化代谢,同时减少氨基酸氧化代谢,提高蛋白质利用率,从而达进一步减少氮排泄。二氯乙酸钠(DCA-Na)是一种小分子化合物,能通过抑制丙酮酸脱氢酶激酶去磷酸化而激活丙酮酸脱氢酶,增加进入线粒体的丙酮酸流量,产生的大量乙酰CoA启动三羧酸循环,促进葡萄糖的氧化磷酸化[32]。Sun等[33]研究表明,给40kg 育肥猪低蛋白(13.5%CP)日粮中添加100mgDCA-Na能够显著减少氮排放,并能最大限度地给肝和肝外组织提供所需的氨基酸。AKG是连接碳、氮代谢的重要枢纽,是三羧酸循环中的重要物质,低蛋白日粮(10.99%CP)中添加1.0%和1.5%AKG可降低氮排放量26.16%,氮沉积最高可提高10.42%[34]。胍基乙酸(GAA)由精氨酸和甘氨酸合成,是肌酸(Cr)代谢的直接前体物质,15.08%CP 生长猪日粮中添加1200 mg/kg GAA 可以显著降低尿氮排放,提高氮的利用率[35]。

综上,降低日粮CP水平可提高蛋白质利用率,有效减少猪粪氮和尿氮的排放量,减少养殖对环境造成的污染。

3   低蛋白日粮应用可行性及存在问题

经国内外学者几十年研究,低蛋白日粮技术已相对完善,能大幅提高蛋白饲料利用率、维持生产性能、减少排泄物氮排放,并一定程度上降低养殖成本,具有较强的技术可行性和经济可行性,但在生产中应用还存在一定问题。

3.1 技术可行性分析

低蛋白日粮应用技术体系主要包括饲料原料营养数据库、精准日粮配方技术和精细饲养管理工艺。中国饲料数据库收录了一千多万条饲料营养价值数据,并每年更新《中国饲料成分及营养价值表》,全国各大饲料和养殖企业也实时开展原料营养成分检测,持续大量的数据积累为低蛋白日粮精准配制提供了更有力的数据支撑。国务院办公厅《关于促进畜牧业高质量发展的意见》(国办发〔2020〕31号)也明确提出完善饲料原料营养价值数据库、优化饲料配方结构和加工功能、提高饲料原料利用率等相关要求[36]。

农业农村部近年来也持续支持国内几家科研单位开展饲料原料营养价值评定及净能相关研究,建立适合我国饲料原料和生产特点的猪净能体系。于2021年4月正式上线发布了饲料原料营养价值数据库及应用平台系统[37];结合Lys、Met、Thr、Trp等必需氨基酸的平衡模式构建中国猪低蛋白日粮模型;组织成立全国动物营养指导委员会,制定发布了“猪鸡饲料玉米豆粕减量替代技术方案”[38]。以上行动均为猪低蛋白日粮的应用奠定了理论和数据基础。

此外,2019年11月发布的《产业结构调整指导目录》鼓励企业生产异亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)、组氨酸(His)等小品种氨基酸[39],为低蛋白日粮的广泛应用提供了物质基础。

我国畜禽养殖的阶段饲养工艺日趋完善。目前已颁布的国家标准《猪营养需要量》、《仔猪、生长育肥猪配合饲料》,明确提出了商品猪6个阶段的CP、必需氨基酸、净能等营养需要量。结合养殖企业的精细化饲养管理和饲料企业精准对应生长阶段的饲料产品,使进一步降低日粮平均CP水平成为可能。

3.2 经济可行性分析

成本是决定养猪生产中选择低蛋白日粮的主要因素。在我国现行日粮配方结构中,豆粕价格对成本有决定性影响。日粮CP水平每降低1%,可减少2.3%的豆粕用量。2020年,我国猪肉产量为4113.3 万t[1],按耗料增重比4.5计算,消耗配合饲料1.85亿t,将生猪养殖全程CP水平由目前的16%降至14%,可减少豆粕用量近851万t,折合大豆约1132 万t。

应用低蛋白日粮会较大幅度增加Lys等必需氨基酸的用量,确保必需氨基酸价格不发生大幅上涨,是成功推广低蛋白日粮的关键。近年来,我国饲用氨基酸工业发展较快,年产量超过300万t,占全球产量约55%,位居世界第一,其中,Lys、Thr、Trp已能实现完全自给,Lys、Thr还可大量出口,对保障必需氨基酸的价格起到重要作用[40]。

3.3 应用推广中存在的主要问题及展望

首先,我国的养猪业目前仍是以中小型猪场为主,饲养管理水平较低,其对饲料品质的评判过渡依赖CP水平,限制了低蛋白日粮在行业内的应用。目前,低蛋白日粮在一体化规模养殖企业中的应用积极性高,其自营规模猪场育肥猪饲料CP水平已降至13.6%,低于行业平均水平约2个百分点。但中小规模养殖场(户)普遍将CP含量高低作为衡量饲料产品优劣的主要指标,在这种评判标准引导下,饲料企业为维持其市场份额,尽可能不改变饲料产品配方组成和CP水平,因此饲料企业对外销售的育肥猪饲料CP水平仍维持在15%以上[34]。

其次,饲料原料营养数据收集与应用不充分。低蛋白日粮配制需要完善的原料基础数据支撑,配套采取精准配方技术和精细饲养管理。目前,我国饲料原料营养数据库仍不完善,基础数据储备还不足,资源共享程度和数据更新速度有待提高。此外,净能体系、氨基酸平衡模式、精细阶段饲养工艺等核心技术要求高,中小养殖户不具备相应知识储备,难以理解与应用低蛋白日粮技术,导致其不能在大范围推广普及。

最后,国内绝大部分养殖企业未能深刻认识到低蛋白日粮应用对养殖业的氮减排效果,相关法律法规体系和支持政策也未能给予充分认可。2014年环保部《大气氨源排放清单编制技术指南(试行)》[41]确定畜禽养殖业氨排放系数及参数,各级环保部门依据该指南核定养殖场排放量。养殖场应用低蛋白日粮有效减少了氮和氨排放,但其减排贡献没能在核算排放量时得到充分体现,也就得不到相应的优惠政策支持,也间接影响养殖企业应用的积极性。

低蛋白日粮技术能够有效减少蛋白饲料的应用,降低氮排放从而减少环境污染,在养猪生产中具有广阔的应用前景。应尽快建立并完善饲料原料营养数据库,加强科研单位与饲料企业合作,推广低蛋白日粮核心技术,从而促进低蛋白日粮在养猪和饲料行业普及和应用。

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ResearchProgress on the Application of Low Protein Diet in Pig Production

YEXiangyang1, WANG Li1*, YANG Xuefen1, YU Mingfen2

(1.Guangdong Key Laboratory of Animal Breeding and Nutrition, KeyLaboratory of Animal Nutrition and Feed Science in South China,Ministry of Agriculture and Rural Affairs, State Key Laboratory ofAnimal and Poultry Breeding, Institute of Animal Science, GuangdongAcademy of Agricultural Sciences, Guangdong Guangzhou 510640, China;2. Bureau of Agriculture and Rural Affairs of Wuxuan County, GuangxiLaibin 545900, China)

Abstract:Withthe large-scale development of pig breeding, feed formula designtends to be refined and precise. Researches over the years have foundthat reducing the level of daily grain protein can improve feedutilization rate, reduce the amount of protein feed raw materials andproduction costs, relieve soybean cultivation and import pressure,and thus reduce nitrogen emissions in the breeding process caused byenvironmental pollution. This paper reviewed some low protein dietresearch to provide reference for the rational application of lowprotein diet in the production practice in China, such as theapplication in the production of sows, piglets and swine, theinfluence of environment and the limiting factors in the production.

Keyword:Piglet; Low protein diet; Production performance; Intestinal health;Environment


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