低蛋白日糧在不同生長階段豬上的應用研究進展

鄧 盾，王 剛，陳衛東，馬現永

（廣東省農業科學院動物科學研究所/畜禽育種國家重點實驗室/農業部華南動物營養與飼料重點實驗室/廣東省畜禽育種與營養研究公共實驗室/廣東畜禽肉品質量安全控制與評定工程技術研究中心，廣東 廣州 510640）

畜禽養殖行業給人們提供了優質蛋白質產品的同時也帶來了較為嚴重的環境污染問題。全世界80%的生豬養殖在中國，如何減少豬的氮排放對于解決我國養殖行業的污染問題至關重要。飼料原料中過高比例的氮是增加污染的主要原因之一。據統計，規模化養殖中約6成左右的氮以糞尿的形式排出體外，這不僅造成資源浪費，還引起空氣、水域污染以及養殖環境惡化等問題［1-3］。而且氨氣等含氮臭氣具有強刺激性，極易溶解在豬的眼結膜和呼吸道粘膜上，引起結膜炎、支氣管炎等系列炎癥［4-5］，嚴重時會降低動物的采食量和日增重［6］，影響動物福利［7］。可見降低飼料中的氮比例，提高消化利用率對于養殖行業的節能減排意義重大［8］。

目前，豬日糧主要是以豆粕等高粗蛋白（Crude protein，CP）原料為基礎的配方飼料，其優點是氨基酸種類全面，營養豐富。但是這部分氮營養難以被動物消化利用，而且豆粕等原料多依賴于進口，一旦出現貿易摩擦，對我國養殖行業的發展將極為不利。低蛋白日糧通過添加合成氨基酸，減少了豆粕等蛋白飼料的使用。同時，由于添加了合成氨基酸，降低蛋白質分解過程中的能耗和蛋白合成過程中氨基酸轉運，有利于機體的消化吸收，減少氮排放［9-11］。隨著合成生物學和氨基酸工業的發展，工業氨基酸價格逐漸降低，低蛋白日糧的成本優勢凸顯，必將成為飼料行業發展的新趨勢。本綜述對近年來有關低蛋白日糧在不同生長階段豬上應用的研究進行了總結，以期為養殖行業的節能減排工作提供依據。

1 低蛋白日糧的概念及功能

低蛋白日糧是指將飼料中氮水平按豬的營養需求NRC2012或我國《豬飼養標準》（NY/T 65-2004）的推薦量降低1%～4%，并按照動物不同生長階段的營養需求配制成的飼料。目前，不斷增大的環保壓力和日益緊張的飼料原料資源推動著低蛋白日糧研發的飛速發展。按照添加氨基酸種類的不同，低蛋白飼料大致可以分為3種：完全必需氨基酸平衡的低蛋白日糧、部分必需氨基酸平衡的低蛋白日糧和必需氨基酸+非必需氨基酸平衡的低蛋白日糧，其中以部分必需氨基酸（如：L-Lys，L-Thr，L-Trp，D,L-Met）平衡的低蛋白日糧為主。但無論哪種形式的低蛋白日糧，都應根據氨基酸平衡理論和理想蛋白模型進行精準設計，其總體的氮水平和能量水平都不應低于機體需求量。

根據氨基酸平衡理論，所有的氨基酸都可以當成可消化和代謝的蛋白質，飼料中氨基酸的比例和含量應與動物機體一致或者接近，此時氨基酸利用率最高。但氨基酸的含量并非越多越好，過多氨基酸只能通過脫氨基作用，作為能源被利用，增加機體能耗和排泄量。研究證實，只要進行科學配比設計，低蛋白日糧不僅不會降低豬的生產性能，而且對于降低飼料成本、減少氮排放、減少對豆粕等蛋白原料的進口依賴度都大有益處。

2 低蛋白日糧在生豬養殖上的應用

2.1 低蛋白日糧在母豬上的應用

使用低蛋白日糧可明顯減低母豬養殖環境中的氮排放，從而有利于母豬健康狀況和采食量的提高。研究表明，16%低蛋白飼料能夠提高哺乳母豬的采食量2%，提高窩重10%，提高泌乳量8.5%，同時欄舍風機位置的氨氣濃度從第3周開始明顯減少 8.9%～10.9%［12］。陳軍等［13］使用了更低水平的粗蛋白日糧，對試驗組妊娠期母豬飼喂9.5%的低蛋白日糧，對照組飼喂13.5%的粗蛋白日糧，結果試驗組母豬的平均總產仔數、平均產活仔數、平均初生窩重均和對照組差異不顯著，但是氮的日排泄量和糞含氮量均顯著降低。可見，在母豬養殖過程中應用低蛋白日糧不會影響其生長性能。而且多個研究表明，低蛋白日糧同樣適用于梅山母豬［13］、長大二元雜交母豬［14］、金華初產母豬［15］等多個品種，不影響這些母豬的生長和生產性能。

L-Lys是豆粕型日糧的第一限制氨基酸，對于母豬泌乳性能至關重要。降低母豬日糧的粗蛋白含量，但L-Lys的含量不能降低，泌乳母豬日糧中絕大多數L-Lys用于泌乳，在氨基酸平衡的低蛋白日糧中添加適當的L-Lys有利于提高母豬的泌乳性能［16］。但是L-Lys含量并非越高越好，董志巖等［17］在母豬15.5%的低蛋白日糧中添加不同水平的賴氨酸(0.9%～1.05%)，發現0.90%添加組比1.00%和1.05%添加組的仔豬窩均增重提高了7.98%和9.81%，糞氮排放減少了15%左右。方桂友等［18］在夏季高溫條件下作了類似實驗，結果說明減少2.5%的粗蛋白(15.5%)、添加0.83%L-Lys的平衡日糧，能顯著提高哺乳仔豬的平均日增重，減少母豬泌乳期失重，減少16.11%的糞氮排泄量。

2.2 低蛋白日糧在仔豬上的應用

低蛋白日糧在仔豬中同樣應用效果良好，大量的研究（表1）表明，適當降低日糧蛋白質水平、補充合成氨基酸，不會影響仔豬的生產性能，同時可有效降低仔豬的氮排放。羅增梅等［19］將粗蛋白含量為18%的小麥-豆粕型仔豬日糧減少至15%，結果仔豬血清中尿素氮水平減少了35.2%，同時日增重增加了0.71%，料肉比增加了3.76%。曹開梅等［20］采用玉米-豆粕型日糧做了相似的研究，將18%粗蛋白的仔豬日糧減少至14%～17%不等，結果表明仔豬日糧中降低1%～3%粗蛋白對仔豬生長性能影響不顯著；但是繼續減少粗蛋白水平至14%則會降低動物的生長性能。荊園園等［21］通過代謝組學分析，α-酮異戊酸和纈氨酸在14%粗蛋白日糧組顯著降低；與此相反，血清總膽固醇、游離脂肪酸和肝臟IGFBP-1的mRNA表達水平卻顯著升高，因此低蛋白日糧造成仔豬生長受限，與肝臟IGF-Ⅰ和IGFBP-1的表達有關，肝臟纈氨酸和α-酮異戊酸等代謝關鍵物有可能在此過程中發揮重要作用［21-23］。

豆粕含有較高的粗蛋白，可采用棉籽粕等低蛋白飼料原料代替豆粕配制低蛋白日糧，但棉籽粕中含有游離的棉酚等生長抑制因子，可能會抑制仔豬生長，補充合成氨基酸不僅能平衡棉籽粕的粗蛋白水平，還可緩解抑制因子的抑制作用。宋陽等［24］采用普通棉籽粕替代50%的豆粕，通過補充9種氨基酸，使仔豬的平均采食量、平均日增重以及G/F值達到與純豆粕日糧接近的效果。

低蛋白日糧結合其他一些技術可進一步提高節氮減排的效果。如采用微粉碎技術能進一步提高飼料利用率，減少氮排放。李偉躍等［25］將仔豬日糧粗蛋白降低1%，采用普通粉碎和超粉碎兩種方式加工原料，糞尿氮減排率分別顯著減少26.79%、32.89%。在低蛋白日糧中添加酶制劑（如蛋白酶、木聚糖酶等）也是提高營養消化利用率的常用方式。竇勇等［26］研究發現，添加0.2%復合酶制劑，粗蛋白表觀消化率提高了19.83%，糞尿氮排放量降低42.27%，減排效果十分顯著。

表1 低蛋白日糧對仔豬生長性能的影響Table 1 Effect of low protein diets on growth performance of piglets

2.3 低蛋白日糧在生長肥育豬上的應用

生長育肥階段是整個生豬飼養過程中飼料消耗最大的階段，占總耗料的2/3，如何降低這一部分能耗對于養殖行業的可持續發展至關重要。研究表明，降低生長肥育豬日糧中的粗蛋白水平，對于減少氮排放效果顯著（表2）。日糧中蛋白水平每降低1%，氨氣排放量降低10%左右，總氮排放量降低8.0%［27］。吳東等［28］在生長育肥階段使用14%和15%粗蛋白的低蛋白日糧，發現血清中的氮水平分別比17%粗蛋白日糧降低了16.05%和11.59%，糞便中氨氣分別減少了17%和14.6%；而飼喂13%和14% CP的低蛋白日糧較15% CP的高蛋白日糧，生豬血清中的氮水平分別降低了10.05%和17.31%，糞便中氨氣最高降低了15%。多數研究表明日糧降低1%～4%粗蛋白，對生長豬和肥育豬的生長性能、胴體性質、肉品質均無顯著影響［29］。

一些關鍵的氨基酸對生長肥育豬的生長性能有明顯影響［30］。目前，平衡低氮日糧一般添加了一些限制性的必需氨基酸，通常使用L-Thr、L-Trp、L-Lys、D,L-Met等［31］。李寧等［29］認為降低L-Trp水平會顯著降低育肥豬平均日增重和采食量，而降低同樣水平的L-Thr則無顯著影響；通過分析血清中游離氨基酸含量發現，一些必需氨基酸如L-Ile和L-Val含量明顯升高，說明缺乏L-Trp影響到其他氨基酸的利用，進而干擾豬的其他生理代謝。該結論與Nathalie等［32］的研究結果基本一致，他們發現低蛋白飼料中L-Trp和L-Val的短缺將顯著影響豬的平均日增重。必需氨基酸中的一些支鏈氨基酸有利于肥育豬生長性能和健康狀況的提升。Jiao等［33］認為補充L-Trp、L-Ile和 L-Val比 補 充 L-lys、L-Thr和 D,L-Met更有利于肥育豬平均日增重的提高，同時IgG和IgA等免疫因子表達水平上升，有利于機體免疫力的提高。

另外，除了補充必需氨基酸外，一些非必需氨基酸也可調控生長肥育豬對低蛋白日糧利用狀況。甄吉福等［34］在12.5%和11%的低蛋白日糧中補充L-Glu和其他一些必需氨基酸，發現添加L-Glu可降低育肥豬的尿氮和總氮排放量，提高蛋白質利用效率，但對育肥豬的生產性能則無顯著影響。

表2 低蛋白日糧對生長肥育豬生長性能的影響Table 2 Effect of low protein diets on growth performance of growing and finishing pigs

3 生豬低蛋白日糧配制的相關問題

3.1 采用凈能體系配制低蛋白日糧

目前，配制豬飼料普遍采用消化能和代謝能體系，但隨著研究深入，人們發現消化能和代謝能體系已不能完全滿足動物營養的需求，越來越多的學者推薦使用凈能來配制日糧。凈能是指飼料的代謝能扣除飼料在體內的熱增耗后剩余的能量，也是動物采食飼料的總能減去糞便、尿液、氣體排放的能量。由于高蛋白、纖維素等飼料原料在消化過程中代謝時間延長，過量的氮增加熱量的消化，降低了飼料的凈能。因此，飼料代謝能并不能完全反映飼料能值，而凈能相對而言更為準確。低蛋白日糧中添加適當的氨基酸，降低了機體對飼料代謝的能耗，因而有利于氮素營養的吸收［35］。

大量研究和生產經驗表明，若不使用凈能體系配制低蛋白日糧，很容易導致生長育肥豬胴體變肥［36-37］。這是因為采用消化能和代謝能配制的低蛋白日糧中，補充的氨基酸減少了蛋白質周轉和機體代謝的能量損耗，氨基酸的脫氨作用也大大減少，多余的熱量被貯存為脂肪，使得胴體變肥［38］。準確配制低蛋白日糧必須對飼料原料的凈能值進行測定，但凈能值測定的過程比較繁瑣，這是制約其應用的一大因素。在實際中，通常將氨基酸的總能值乘以0.75轉化為凈能值使用［39］。研究人員發現采用凈能體系能很好地解決低蛋白日糧致胴體變肥的問題［38］，這一點得到了尹慧紅等［40］學者研究的證實，采用凈能體系配制低蛋白日糧飼喂育肥豬，即使粗蛋白降低4%，補充的合成氨基酸后也不影響機體胴體品質和肌肉品質。此外，不少研究表明，L-Lys在機體生長發育中具有重要作用，是第一限制氨基酸，日糧中L-Lys和能量的絕對數量和比例對機體蛋白質和脂肪的沉積有顯著影響，采用L-lys/凈能比配制低蛋白飼料，能更好地平衡營養，提高胴體性能［38,41］。

3.2 從滿足豬生長和營養兩角度配制低蛋白日糧

目前生豬飼料配制都有考慮到豬不同生長階段的營養需求特點，但很少有研究根據不同生長階段生豬的生長特點來配制低蛋白日糧。隨著氨基酸研究的深入，一些氨基酸功能逐漸被揭示出來，特別是一些支鏈氨基酸的功能，在不同生長階段的豬中加入不同種類的支鏈氨基酸有利于機體機能和生產性能的提升，如在母豬低蛋白日糧中添加L-Val和L-Ile等支鏈氨基酸可以有效提高母豬泌乳和生產性能［42］；在仔豬低蛋白日糧中添加L-Leu、L-Val和L-Ile等支鏈氨基酸能刺激蛋白合成和提高免疫力［43-46］，促進仔豬健康生長，減少抗生素使用；在生長肥育豬低蛋白日糧中添加L-Arg，可提高瘦肉率、降低脂肪率、改善豬肉質性狀［47］。因此，在低蛋白日糧配制過程中應充分考慮豬的營養需求和功能需求。

3.3 提升氨基酸制備工藝促進低蛋白日糧的應用

在整個豬養殖成本中，飼料成本占60%～70%，如何降低飼料成本是市場關注焦點。減少豆粕等高成本原料的使用是節約成本的關鍵。研究表明，在25 kg生長豬上，減少日糧2%粗蛋白，成本可下降0.3元/kg；減少日糧3%粗蛋白，成本可下降0.5元/kg［48］。和玉丹等［49］研究指出，在50 kg中豬上，減少日糧3%粗蛋白，成本可減少0.17元/kg。此外，隨著環保壓力的增大，糞污處理成本在規模養殖中的比例逐漸增大，低蛋白日糧由于減少了氮排放，也將顯著減少環保處理成本。

盡管優勢明顯，但低蛋白日糧在應用過程中依然存在一些問題。從營養和功能角度，添加全部8種必需氨基酸和一些關鍵非必需氨基酸更能滿足動物生長需求。但由于氨基酸生產工藝和成本等原因，L-Lys、L-Thr、L-Trp工藝相對成熟，價格較低，現階段飼料和養殖企業主要采用添加一些低成本的限制性必需氨基酸來配制低蛋白日糧。但一些重要的氨基酸如L-Leu、L-Val和L-Ile等對豬的生長性能有顯著影響［43-46，50］，卻很少添加。因此加強此類氨基酸生產工藝的研發，是進一步降低低蛋白日糧成本，提高養殖業經濟效益的關鍵。

4 展望

隨著飼料短缺和環保問題的日益緊迫，低蛋白日糧的研究和技術推廣勢在必行。大量研究表明，將豬各個階段的日糧粗蛋白水平降低2%～3%不會對豬的生長性能產生負面影響，相反對養殖成本的降低、豬的消化利用率的提高、氮氣排放的減少等具有明顯效果。但是現階段低蛋白日糧在研究和應用中存在一些問題，例如飼料配制過程中仍采用以代謝能和消化能為基礎的配制方法為主，而以凈能為基礎的飼料配制方法沒有得到廣泛推廣和應用；此外鑒于L-Lys在動物代謝中的重要地位，建議采用L-lys/凈能比配制低蛋白飼料，針對不同生長階段豬研究合適的飼料凈能需求。此外，受制于氨基酸制備工藝，目前配制低蛋白日糧使用的還是L-Lys、L-Thr、L-Trp、D,L-Met部分必需氨基酸，而不是全部8種必需氨基酸，加強氨基酸制備工藝的研發，降低氨基酸使用成本是進一步提高低蛋白日糧經濟效益、提升低蛋白日糧使用效果的關鍵。盡管低蛋白日糧的使用效果顯著，但也要結合不同生長階段豬的生長特點配制低蛋白日糧，比如仔豬階段，過多減少粗蛋白含量會使機體生長受限，也會導致母豬乳蛋白合成受到抑制，建議使用的粗蛋白水平比正常值低2%，相關研究也需進一步加強，以提供優質、經濟、高效的低蛋白日糧。