甜菜堿對熱應激條件下肉鴨生物學功能的影響

韓浩月譯 潘雪男審 韓浩月 何閃制表

摘? 要：在炎熱的季節，熱應激是家禽生產面臨的一個主要問題，尤其在潮濕地區。本研究的目的是探究，甜菜堿對處于熱應激下的肉鴨的血液和盲腸短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）組成的藥效學影響。360羽肉鴨（家鴨）隨機分入4個處理：C組（即熱應激對照組，日糧中不添加甜菜堿，肉鴨遭遇熱應激）、T1組（日糧中添加700 μg/kg甜菜堿）、T2組（日糧中添加1 000 μg/kg甜菜堿）和T3組（日糧中添加1 300 μg/kg甜菜堿）。每個處理設6個重復，每個重復15羽肉鴨，試驗為期42 d。結果表明，在熱應激條件下，T1組、T2組和T3組的肉鴨增重顯著高于熱應激對照組肉鴨的（P<0.05）。與熱應激對照組肉鴨相比，甜菜堿可顯著改善T1組、T2組和T3組肉鴨血液中紅細胞和血小板計數等生理指標（P<0.05）。在炎熱的環境中，日糧中補充甜菜堿可顯著降低肉鴨血液pH（P<0.05），但不會顯著影響血液電解質濃度（Na+、K+和Cl-）和血液氣體濃度。在熱應激條件下，盲腸中SCFA的濃度高于熱應激對照組。與熱應激對照組肉鴨相比，T1組、T2組和T3組肉鴨的總SCFA、乙酸和丙酸的生成量顯著提高（P<0.05）。綜上所述，在熱應激條件下，日糧中補充甜菜堿對肉鴨盲腸中SCFA水平、血液生化指標和體重具有有益影響。

關鍵詞：甜菜堿;鴨;電解質;熱應激;血液學指標

熱應激是最重要的環境應激之一，挑戰著全球的家禽生產。在炎熱的季節，熱應激伴隨著高濕會激活動物機體的應激機制，從而對畜禽生產和動物福利產生不利影響。

家禽對熱應激更為敏感，因為家禽的體溫相較于哺乳動物的更高，沒有汗腺，并且全身覆蓋羽毛。由于這些生物學特性，當處于熱應激環境中時，家禽的采食量會減少，飼料轉化率和增重降低，進而導致家禽生產出現巨大的經濟損失。當家禽（包括鴨）受到熱應激影響時，其血液學指標會降低。血液學指標是評估動物健康水平和營養狀態的重要指標，因為血液學指標對家禽的應激反應十分敏感，可作為免疫功能的一般生物標志物。熱應激會導致家禽體溫升高，血液pH升高，氣喘。熱應激期間家禽增加飲水量，會導致血液稀釋，從而降低血液中的脂質水平、PCO2、HCO-3和電解質（Na+、K+和Cl-）濃度。

甜菜堿是甘氨酸的三甲基衍生物，是一種雙極性化合物，有3個疏水性甲基（CH3）和一個親水性羧基（COOH）。與膽堿和蛋氨酸類似，甜菜堿可作為甲基供體。甜菜堿提供的甲基可用于各種代謝過程中的甲基傳遞反應，如蛋白質合成、能量代謝以及肉堿和肌酸的合成。甜菜堿在動物生產中的使用量逐步提高，因為研究發現其可以緩解動物的高溫應激，改善生長性能。當動物暴露于高溫應激中時，甜菜堿可調節滲透壓以防止脫水，保存細胞中的水分，并有助于維持動物的消化率和生長性能。此外，研究發現，在高溫環境下，甜菜堿可以減少動物體內鈉鉀泵（Na+/K+泵）消耗的能量，并將節約的能量用于動物生長。甜菜堿還有助于腸道黏膜的擴張，從而提高營養物質的吸收和利用。部分研究的試驗結果相互矛盾，在熱應激條件下，在肉雞日糧中添加? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?800 μg/kg～1 000 μg/kg的甜菜堿，或在飲水中添加0.05%～0.10%的甜菜堿，可以提高肉雞的體重;而在飲水中添加0.10%～0.20%的甜菜堿，會導致肉雞的體重減輕。在正常的環境條件下，在日糧中添加0.50%的甜菜堿可提高鴨的增重，降低飼料轉化率。另有研究發現，夏季在日糧中添加1.5%的甜菜堿，可提高蛋鴨的產蛋性能。然而，夏季熱應激對肉鴨影響的研究較少。短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA），如乙酸和丙酸，有益于家禽腸道中宿主菌的生長，改善腸道中的微生態環境，使乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌在盲腸中充分定植，并可抑制有害菌在腸道中的定植。熱應激通過減少肉雞腸道中的有益菌和SCFA加劇應激反應，從而導致有害菌加速增殖。先前的研究表明，在高溫下，肉雞體內的大腸桿菌、大腸菌群和需氧菌總數減少。眾所周知，乳酸桿菌可以激活動物的腸道功能，而乳酸桿菌的增加似乎與大腸桿菌、大腸菌群和需氧菌總數的減少有關。乳酸桿菌分泌的細菌素可抑制有害菌的生長，還可以產生SCFA，使腸道中的微生態環境更有利于有益菌的生長。有人指出，在日糧中添加對盲腸微生態環境有益的有機酸，可以改善淋巴器官的重量。有關甜菜堿對處于熱應激條件下的鴨的腸道中SCFA水平和血液指標影響的研究十分有限。因此，本研究旨在探討甜菜堿對熱應激下鴨生物學功能的藥效學機制，試驗結果有望為夏季熱應激下提高鴨的生產力提供理論基礎。

1? 材料與方法

1.1? 試驗設計

從韓國京畿道楊平郡的一家孵化場隨機選擇360羽剛出殼的肉用雛鴨（家鴨），隨后隨機平均分入4個處理中，每個處理設6個重復，每個重復15羽肉鴨，試驗期為42 d。各處理或試驗組按以下方式設置：C組為熱應激對照組，肉鴨飼喂不添加甜菜堿的日糧，生產中遭遇熱應激刺激;T1組、T2組和T3組統稱為甜菜堿處理組，即肉鴨飼喂添加甜菜堿的日糧，添加水平分別為700 μg/kg、? ? ? ? ? ? ?1 000 μg/kg和1 300 μg/kg。甜菜堿購自荷蘭Excentials公司，為Beta-key包被型甜菜堿（包被率為97%）。

1.2 試驗日糧和飼喂管理

試驗日糧能夠向肉鴨提供可滿足或略高于NRC（NRC，1994）規定的營養水平。在育雛期（1～21日齡），肉鴨飼養于溫度為? 26 ℃～33 ℃的正常環境中，自由采食和飲水，24 h持續光照。在育成期（22～42日齡），肉鴨在飼喂試驗日糧的同時還提供熱風。為了制造熱應激的條件，11：00～17：00向鴨舍施加熱風（溫度維持在33 ℃～43 ℃，相對濕度70%），17：00～11：00溫度維持在? ? ?22 ℃～26 ℃，相對濕度50%;試驗在育成期一直重復這個循環。在整個試驗期間，所有試驗肉鴨均自由采食和飲水。在每個鴨欄的地板上鋪設10 cm的稻殼作為墊料。試驗的第1天到第7天，鴨舍內的溫度保持在33 ℃，然后每周降低2 ℃～3 ℃，直到第21天鴨舍內的溫度不再降低。

2? 結果

2.1 肉鴨的生產性能和血液學指標

甜菜堿對肉鴨的增重、采食量和飼料轉化率（feed conversion ratio，FCR）的影響見表2。與熱應激對照組（C組）肉鴨相比，甜菜堿處理組（T1組、T2組和T3組）肉鴨的增重和采食量顯著提高（P<0.05）。在肉鴨的FCR上，甜菜堿處理組顯著低于熱應激對照組，然而各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。這一結果表明，在炎熱的季節，甜菜堿可以減小由熱應激導致的肉鴨生產性能降低幅度。熱應激會引起肉鴨脫水，而甜菜堿作為甲基供體，可有效調控肉鴨體內的滲透壓。動物生產行業的部分研究所得結果存在矛盾，熱應激時，在日糧中添加800 μg/kg～1 000 μg/kg的甜菜堿，或在飲水中添加0.05%～0.10%的甜菜堿，可以提高肉雞的增重;然而，在飲水中添加0.10%～0.20%的甜菜堿，會導致肉鴨的體重減輕。不過有關熱應激對鴨生產性能影響的研究很少。甜菜堿對肉鴨血液學指標的影響結果見表3。相較于熱應激對照組，甜菜堿處理組肉鴨的紅細胞和血小板的血液學指標顯著升高（P<0.05）。在肉鴨的紅細胞濃度方面，甜菜堿處理組高于熱應激對照組，但各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。對于血細胞比容（haematocrit，HCT），與熱應激對照組相比，甜菜堿處理組提高36%，T1組、T2組和T3組提高的幅度依次增加。與熱應激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血紅蛋白（hemoglobin，HGB）的濃度提高21.98%，各甜菜堿處理組間未發現顯著差異。與熱應激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的紅細胞平均容量（mean corpuscular volume，MCV）、紅細胞平均血紅蛋白濃度（mean corpuscular hemoglobin concentration，MCHC）、紅細胞分布寬度（red cell distribution width，RDW）、血小板濃度（platelets，PLT）和平均血小板體積（mean platelet volume，MPV）變化顯著，但各甜菜堿處理組肉鴨間未發現顯著差異。這些結果與Aengwanich（2007）的研究結果相似，后者發現高溫應激會降低肉雞的血液學指標。這些結果表明，在日糧中添加甜菜堿，可以使處于熱應激狀態下的肉鴨維持穩定的血液學指標，從而緩解熱應激引發的損傷。在熱應激狀態下，肉鴨體內的HCT減小與血細胞（包括白細胞）濃度降低有關，而這種沖淡現象是由紅細胞受損、紅細胞生成減少、紅細胞數量和大小減少所致;另外，由于處于熱應激狀態，鴨會增加飲水量，這也會導致血細胞濃度降低。在熱應激狀態下，肉鴨喂給添加了甜菜堿的日糧后，其血液學指標值高于飼喂正常日糧的熱應激對照組肉鴨的，這表明甜菜堿可能有助于蛋氨酸的生物合成和滲透壓調控。有人指出，本試驗觀察到的大部分結果可能均與蛋氨酸的生成直接或間接相關。紅細胞數量的減少會引起出血性貧血和溶血性貧血，而血紅蛋白數量的減少會引起小紅細胞增多癥。紅細胞比容與紅細胞體積有很大的相關性;因此，當紅細胞比容減小時，血紅蛋白和血紅素的水平會降低。MCHC代表平均血紅蛋白濃度的絕對值，MCHC偏低與缺鐵性貧血有關。熱應激會導致家禽的血液變得稀薄，這是一種適應性反應，即使血漿體積沒有變化，也能使水分流失，包括從細胞內滲透出的水分，從而降低HCT和HGB濃度。

2.2? 血液中電解質指標

甜菜堿對處于熱應激狀態下的肉鴨的血液pH和電解質的影響見表4。甜菜堿處理組肉鴨的血液pH顯著低于對照組肉鴨的（P<0.05），而各甜菜堿處理組肉鴨差異不大。在熱應激下，與各處理組相比，熱應激對照組肉鴨具有最低水平的血液電解質（P<0.05）。甜菜堿處理組肉鴨血液中的Na+、K+和Cl-的濃度顯著高于熱應激對照組肉鴨的。T1組、T2組、T3組在肉鴨血液中Na+、K+和Cl-的濃度上沒有顯著差異。這些結果表明，在熱應激狀態下，在日糧中添加甜菜堿，可以通過維持穩定的血液電解質水平緩解熱應激對肉鴨的影響，從而調控滲透壓。細胞外部的滲透濃度會刺激甜菜堿滲透進入細胞，并在巨噬細胞和腎細胞中積累。腸道所耗能量的30%～60%用于鈉鉀ATP泵，該泵能使細胞中的水分含量保持平衡，在沒有甜菜堿等滲透調節劑的情況下發揮關鍵作用。本試驗中熱應激對照組所得結果與其他研究者的文獻報告結果相一致，即在熱應激下，家禽和水牛血液中Na+、K+和Cl-的水平下降。在熱應激下，家禽會出現張口呼吸和不斷喘氣的現象，這會導致家禽處于呼吸性堿中毒的痛苦狀態。在高溫環境中，家禽通過張口呼吸蒸發呼吸器官內部的水分來散熱，這會增加血液中二氧化碳的排放量，進而導致血液pH升高，從而引起呼吸性堿中毒，后者可通過減少排尿時H+和K+之間的競爭增加K+的損失。因此，當血液中電解質平衡以這種方式遭到破壞時，家禽的采食量和生產力會降低。在急性熱應激期，家禽體溫的升高會降低Na+水平，細胞膜滲透性的改變會稀釋血液，致使K+從組織中滲出進入血液。而熱應激過后，K+的滲出現象減弱，多余的K+被排出體外，K+水平恢復到正常水平或較低的水平。血液中Cl-的減少是由于體液中需要更多的Cl-來補償酸性反應，使血液pH會正常化，因為血液pH因熱應激引起的呼吸性堿中毒而升高。血液中電解質含量的減小是由于通過尿液和汗液流失的電解質增加所致，以緩解熱應激。

2.3 血液氣體

表5列出了甜菜堿對處于熱應激中的肉鴨血液氣體濃度的影響。與熱應激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血液氣體濃度顯著升高（P<0.05），血液中PCO2和PO2濃度顯著升高。對于肉鴨的細胞外液堿剩余（extracellular fluid base excess，BEecf）濃度，甜菜堿處理組顯著低于熱應激對照組（P<0.05），而各甜菜堿處理組之間沒有顯著差異。與熱應激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨的血液含有更高濃度的HCO3和TCO2。上述結果表明，在日糧中添加甜菜堿，可通過維持穩定的血液氣體濃度緩解肉鴨的熱應激狀態。據報道，熱應激會降低肉鴨血液中的PCO2水平;在熱應激期間維持血液中的PCO2水平至關重要，這是因為在熱應激條件下家禽會不斷喘氣，CO2會通過呼吸系統不斷呼出體外。

2.4 盲腸中SCFA的組成

在熱應激下，甜菜堿對肉鴨盲腸中SCFA濃度有較大的影響。與熱應激對照組相比，甜菜堿處理組肉鴨盲腸中乙酸和丙酸的水平顯著升高，而丁酸、異丁酸、戊酸和異戊酸的濃度顯著降低（P<0.05），總SCFA濃度顯著增加（P<0.05），但各甜菜堿處理組肉鴨之間沒有顯著的差異。上述結果表明，甜菜堿處理組肉鴨盲腸中SCFA組成的變化可能是動物免疫力提高的一個重要指標，甜菜堿能夠通過調節動物腸道的微生態環境減輕熱應激的影響。多項研究報道，在熱應激條件下，肉雞腸道中乙酸和丙酸等SCFA的水平降低，乳酸菌含量減少，這表明維持腸道微生物群的健康對減輕熱應激的影響十分重要。

3? 討論

本研究表明，與未添加甜菜堿的熱應激對照組相比，日糧中添加甜菜堿能夠減緩或消除熱應激對肉鴨的不良影響，使它們具有較為理想的增重、采食量、飼料轉化率和SCFA組成，同時不同的甜菜堿添加量之間沒有顯著的差異。上述結果與其他的研究結果相一致，他們也發現在熱應激下，日糧中添加甜菜堿可以提高動物的生產性能。綜上所述，本研究證明，在熱應激條件下，日糧中添加700 μg/kg的甜菜堿可以提高肉鴨生產的經濟效益，甜菜堿可以通過維持穩定的血液學指標和健康的腸道環境緩解熱應激對肉鴨的影響。

原題名：Effects of betaine on biological functions in meat-type ducks exposed to heat stress（英文）

原作者：S O Park和W K Kim