甜菜堿對豬不同生長發育階段影響的研究進展

薄欣宇 楊孟哲 任戰軍 董響貴 王淑輝

（西北農林科技大學動物科技學院，陜西咸陽 712100）

甜菜堿廣泛存在于動植物體內，因從甜菜中發現而得名。甜菜堿又稱三甲基氨酸，是動物代謝的中間產物，在營養物質的代謝中起著十分重要的作用[1]。隨著甜菜堿化學合成方法的進一步成熟和生產成本的不斷降低，甜菜堿已被廣泛應用于畜禽生產中[2]。研究發現，飼糧中添加甜菜堿能夠具有促進動物生長、改善胴體品質、緩解熱應激等作用[3]。在畜禽生產上，使用甜菜堿部分替代膽堿及蛋氨酸可以降低飼料成本。本文圍繞近些年來甜菜堿在不同生長發育階段豬上的飼喂效果及其調控機制進行分析，以期為其在豬生產中更好的高效應用提供參考依據。

1 甜菜堿的來源及作用

甜菜堿是一種廣泛存在于動植物組織中的天然存在的化合物，是甘氨酸的三甲基衍生物。甜菜堿的常見來源是甜菜及其副產品，但在小麥、紫花苜蓿粉等作物中也存在[4]。甜菜堿穩定無毒，可以純化形式作為飼料添加劑使用，最常見的形式是以無水甜菜堿、一水甜菜堿和鹽酸甜菜堿[5]。

甜菜堿還可作為一種滲透調節劑，可以增強細胞的Na+/K+泵功能，維持細胞的滲透平衡和壓力，從而保護腸道細胞和微生物，可抵消熱應激和球蟲病期間的性能損失，調節對特定飼料的消化率[6]。

同時甜菜堿、膽堿和蛋氨酸是動物體內甲基供體的主要來源，并且甜菜堿是其中最有效的一種，同位素研究表明，甜菜堿作為甲基供體的效率是膽堿的12～15 倍[7]。甜菜堿分子的化學結構如圖所示（圖1），可直接用作甲基供體提供三個甲基，可用于轉甲基化反應在肌酸、肉堿、磷脂酰膽堿、腎上腺素、甲基嘌呤和甲基化氨基酸的合成中起著重要作用。

圖1 甜菜堿的化學結構

甜菜堿也是是形成蛋氨酸的底物，然后蛋氨酸可以進一步轉化為s-腺苷甲硫氨酸(SAM)[8]。在蛋氨酸代謝循環中，SAM被甘氨酸N-甲基轉移酶(GNMT) 進一步轉化為S-腺苷同型半胱氨酸，從而為DNA 和蛋白質甲基化提供甲基，分別由DNMT (DNA 甲基轉移酶) 和組蛋白甲基轉移酶催化。因此，甜菜堿補充可能通過改變表觀遺傳標記，如DNA 和組蛋白甲基化[9-10]來調節基因表達。

2 日糧中添加甜菜堿對不同生長時期豬的生產性能的影響

2.1 妊娠母豬日糧中添加甜菜堿對仔豬生產性能的影響

母豬妊娠期補充甜菜堿可以促進新生仔豬肌肉生長，提高子代出生體重和出生后生長速度。Jin 等[11]將24 頭經產母豬隨機分為對照組(CON) 和從配種到分娩期間飼喂含甜菜堿的高甲基日糧組(MD)。結果顯示，與CON 組相比，MD 組仔豬初生重及28 日齡體重都顯著增加，日增重顯著高于CON組，且MD 組仔豬初生時血清IGF-1 濃度、肝臟IGF-1 基因和肌肉IGF-1R 蛋白表達顯著高于CON 組。研究表明，孕期補充MD 可提高子代出生體重和出生后生長速度，且與IGF-1基因和IGF-1R 基因表達增加以及IGF-1 基因啟動子DNA 甲基化改變有關。

Jia 等[12]在母豬妊娠期間飼喂甜菜堿日糧，發現妊娠期間補充母體甜菜堿會導致新生仔豬肌肉中線粒體DNA 啟動子的低甲基化和線粒體DNA 編碼的OXPHOS 基因的激活，同時顯著提高子代仔豬血漿甜菜堿濃度和肌肉中甲基轉移酶(BHMT和GNMT) 的表達。與飼喂普通日糧的對照組相比，甜菜堿組的仔豬背最長肌(LM) 重量高出13.1%，并且所有公母仔豬的初生重顯著提高，表明甜菜堿可以促進新生仔豬肌肉生長。

此外，還有研究證明通過對妊娠母豬補充甜菜堿，可以影響仔豬的糖代謝與脂代謝。Jia 等[13]的研究發現孕期補充母體甜菜堿可降低新生仔豬肝臟中半乳糖激酶1 的含量，表明甜菜堿在預防新生兒高血半乳糖相關疾病方面具有很大的潛力。Cai等[14]通過對妊娠母豬在整個妊娠期間飼喂普通對照日糧或添加甜菜堿日糧（3g/kg）發現母體甜菜堿顯著改變了新生仔豬糖異生基因啟動子上CPGS 和組蛋白的甲基化狀態，首次證明，母體甜菜堿可通過增強肝臟蛋氨酸代謝和DNA 及組蛋白的甲基化影響新生仔豬肝臟糖異生基因的表達。

膽固醇是細胞膜的重要成分，也是維持生命的類固醇激素和膽汁酸的前體[15]。Cai[16]等的研究發現飼喂產前母豬甜菜堿可增加新生仔豬肝臟膽固醇含量，改變肝臟膽固醇代謝基因的表達。次年，該團隊又在母豬整個妊娠期間飼喂添加甜菜堿的日糧(3g/kg)，以探討母豬甲基供體營養對新生仔豬肝臟脂肪生成基因表達的影響[17]。研究發現，母豬妊娠期間飼喂甜菜堿可使仔豬肝臟甘油三酯含量顯著降低，肝臟脂肪合成基因乙酰輔酶A 羧化酶（ACC）、脂肪酸合成酶（FAS）、硬脂酰輔酶A脫飽和酶（SCD）和甾醇調節元件結合蛋白-1c 的表達下調。

因此，母體甜菜堿可能通過表觀遺傳途徑調節胎兒IGF-1基因和IGF-1R 基因表達及肝臟的糖代謝和脂質代謝，從而影響子代的生長發育。

2.2 飼糧中添加甜菜堿對保育豬生長性能的影響

Xu[18]等研究發現在日糧中添加甜菜堿后，斷奶仔豬干物質和粗蛋白質的總消化率分別提高了4.2%和6.4%，可能與添加甜菜堿后，斷奶仔豬的腸道絨毛更加均勻，絨毛高度增加有關。后來，Paulo 等[19]分別用4 個水平（0.0%、0.1%、0.2%、0.3%）的甜菜堿飼喂23 日齡斷奶仔豬，發現各處理間對十二指腸絨毛高度和回腸隱窩深度的影響差異顯著，斷奶后3 個腸段絨毛高度和隱窩深度差異顯著，其中0.0%組十二指腸絨毛高度和回腸隱窩深度最低，0.2%最高。Wang 等[20]的研究也發現飼喂甜菜堿能顯著增加斷奶仔豬小腸絨毛高度和絨毛高度與隱窩深度的比值，而較高的隱窩深度表明細胞增殖活性增強，以確保足夠的上皮更新率并補償絨毛高度的損失[21]，表明甜菜堿可以通過改善腸道結構來提高斷奶仔豬的生長性能。

同時，Wang 等[20]對39 日齡的斷奶仔豬，在基礎日糧中分別添加0、1250、2500mg/kg 甜菜堿的試驗結果還表明，日糧中添加甜菜堿可線性提高仔豬平均日增重（ADG），降低腹瀉率，提高飼料轉化率（FCR）。甜菜堿顯著提高了粗蛋白（CP）和乙醚提取物（EE）的表觀全腸道消化率，提高了小腸淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶的活性，并且具有劑量依賴性，2500mg/kg 甜菜堿對消化酶活性的影響比1250mg/kg 甜菜堿對消化酶活性的影響更強。體外酶反應研究發現甜菜堿能增強淀粉酶和胰蛋白酶與相應底物的親和力，并能拮抗NaCl 誘導的高滲抑制作用。此外，甜菜堿還能提高腸道中谷胱甘肽過氧化物酶的活性與降低腹瀉率。

甜菜堿同樣可以通過提高血清生長激素（GH）和胰島素樣生長因子-1（IGF-1）的水平等促進斷奶仔豬生長。Dong等[22]發現飼喂600mg/kg 甜菜堿日糧的斷奶仔豬平均采食量、日增重、GH 和IGF-1 水平顯著提高。

綜上所述，日糧中添加甜菜堿改善了腸道結構，提高了消化酶活性，促進營養物質的消化，提高血清生長激素和胰島素樣生長因子-1 的水平，從而提高斷奶仔豬的生長性能，促進斷奶仔豬生長。

2.3 飼糧中添加甜菜堿對育肥豬生長性能的影響

Lawrence 等[23]的一項研究結果表明，添加1000mg/kg 甜菜堿對60～110kg 育肥豬的生產性能沒有顯著影響，但在粗蛋白含量較高（15.0%）的飼料中添加甜菜堿可提高育肥后期（28～56d）的日增重，降低采食量。在粗蛋白含量較低（12.7%）的飼料中添加甜菜堿對豬的育肥沒有影響。蛋白質水平與甜菜堿之間存在相關性，因此，高蛋白日糧中添加甜菜堿可以減少豬的采食量，提高日增重。

在豬的育肥過程中，甜菜堿還具有降低脂肪沉積和改變蛋白質利用的作用。甜菜堿可下調育肥豬脂肪組織中FAS mRNA的表達，降低脂肪生成酶的活性[24]。此外，有記載在肥育豬日糧中添加0.125%甜菜堿溶液，肥育豬的平均背脂厚度和血清甘油三酯濃度明顯降低。

此外，甜菜堿促進脂肪酸的β 氧化，加速脂解，降低動物的體脂含量，并重新分配體脂[25]。當80%基礎飼料中添加0%、0.125%、0.250%和0.5%甜菜堿時，生長伊比利亞豬的胴體脂肪濃度[26]、P3 脂肪厚度和內臟重呈下降趨勢，而胴體總蛋白、蛋白質沉積率和瘦肉率呈上升趨勢。添加0.5%甜菜堿組豬的胴體脂肪濃度和P3 脂肪厚度分別降低了10%和26%，蛋白質/脂肪比提高了23%，但對生長性能、內臟化學成分、蛋白質水平、胴體脂肪沉積率和血液尿素氮（BUN）水平沒有影響。

在育肥豬的日糧中添加甜菜堿也會影響育肥豬的能量代謝。Rtriyanto 等[27]對育肥豬提供能量有限但有足夠氨基酸的飼料，發現增加甜菜堿水平降低了育肥豬的熱量消耗和所需的能量。

總的來說，日糧中添加甜菜堿可以提高育肥豬的日增重，降低采食量，促進脂肪酸的β 氧化及降低脂肪沉積、改變蛋白質利用，降低育肥豬的熱量消耗和所需的能量。

3 討論與展望

在過去的幾十年里，已有大量的研究來評估日糧中添加甜菜堿對動物生產性能的影響。這些研究集中在甜菜堿作為蛋氨酸和膽堿替代品的作用及對日糧中補充甜菜堿作為富甲基飼料的作用。甜菜堿既具有甲基供體功能，又具有氨基酸功能，參與蛋白質和能量代謝。越來越多的研究表明，母體營養可通過表觀遺傳修飾（如DNA 甲基化、組蛋白乙酰化）導致后代發生永久性表型改變，從而長期影響后代的生長、發育和晚年的疾病易感性[28]。

蛋氨酸是豬重要的氨基酸，而甜菜堿的補充可補充減少飼料中蛋氨酸的添加量，降低飼料粗蛋白水平，減少使用昂貴的蛋白質來源，如豆粕，從而降低了飼養成本。此外，甜菜堿的滲透保護特性可能導致腸道結構的增殖增加，進而可能對動物的健康狀況和營養物質的消化率產生積極的影響。由于飼料中抗生素的禁用，將甜菜堿用于改善腸道健康將受到越來越多的關注。總而言之，這些促進豬生長發育的效果突出了甜菜堿作為飼料添加劑在養豬中的重要性。