降铜对植酸酶在断奶仔猪饲粮中应用的影响

　　摘要：【目的】为了加快仔猪生长和提高饲粮消化率，仔猪饲粮中常常同时添加高剂量铜和植酸酶，但高铜对植酸酶的作用究竟有何影响却仍鲜见报道。文章研究了高铜饲粮中添加植酸酶对仔猪营养物质消化率、生产性能、粪铜和粪磷排放的影响，以及降低铜的添加量对植酸酶作用的影响。【方法】试验选取180 头体重9—10 kg 长×大二元杂交仔猪，随机分成3 组，每组5 栏，每栏12 头猪，分别饲喂3 种试验饲粮中的一种。试验饲粮为玉米-豆粕型饲粮，其营养水平达到或超过NRC(1998)相应阶段猪营养需要量。组1 为对照组，饲粮铜添加量为180 mg·kg-1（硫酸铜），不添加植酸酶；组2 和组3 为植酸酶试验组，添加500 IU?kg-1植酸酶，组2 和3 饲粮铜添加量分别为 180和120 mg?kg-1（硫酸铜）。试验预试期3 d，正试期3w，试验期间仔猪自由采食和饮水，记录采食量，观察腹泻情况，计算试验期间平均日采食量、日增重、料重比和腹泻频率。试验结束前连续3 d 以栏为重复单位采集部分新鲜粪样，每100 g 新鲜粪样加10 mL 的10%乙醇，-20℃保存待测。以酸不溶灰分为参照内标，测定计算营养物质消化率和矿物质表观消化率。【结果】（1）高铜仔猪饲粮中添加植酸酶可使磷表观消化率提高21.12%（组2 与组1 相比，P＜0.01），粪磷含量降低4.41%（P=0.09），腹泻频率降低19.22%（P=0.35），添加植酸酶对干物质和蛋白表观消化率，采食量、日增重和料重比均无显著影响。（2）两个植酸酶试验组相比，当铜添加量由180 mg·kg-1降低到120 mg?kg-1时，钙、磷表观消化率分别提高13.74%和9.79%（组3 与组2 相比，P=0.02 和P=0.01），粪磷含量降低18.86% （P＜0.01），腹泻频率降低25.24%（P=0.25），降铜对干物质和粗蛋白表观消化率、采食量、日增重和料重比均无显著影响。（3）与高铜无植酸酶组相比，减少铜添加量并且添加植酸酶，可使饲粮的干物质、粗蛋白、钙和磷表观消化率分别提高1.80%、2.84%、17.20%和32.98%（组3 与组1 相比，P=0.02，P=0.04，P＜0.01 和P＜0.01），腹泻频率降低39.6%（P=0.04）。【结论】现有试验表明，在添加植酸酶的玉米-豆粕型饲粮中，将铜（硫酸铜形式）添加量从180 mg?kg-1减少到120 mg?kg-1可以显著减少铜对植酸酶的干扰，提高饲粮钙、磷表观消化率，降低粪铜和粪磷含量。

　　关键词：植酸酶；仔猪；生产性能；消化率；粪铜
        引言

　　【研究意义】中国是养猪大国，无论是猪的存

　　栏数还是猪肉产量均居世界首位。养猪业在中国畜牧业中占主导地位。由于养猪业规模化和工厂化程度的不断提高，造成数量巨大的粪污排放，其排放量已远远超过了周边土地和水体的消纳能力，不仅造成环境污染，还严重制约了畜牧业的可持续发展，发展生态循环农业是中国畜牧业发展的必然趋势。

　　但目前，粪污中的磷和铜超标仍是影响其生态循环利用的关键因素，亟待通过饲粮途径进行改善。【前人研究进展】饲粮中的磷主要以植酸磷的形式存在，植酸磷必须经植酸酶水解成无机磷后才能被机体吸收。然而，植物自身所含的植酸酶及单胃动物消化道微生物产生的植酸酶都非常有限，植物性饲粮中仅有少部分磷可以被动物利用。动物饲养试验表明，高植酸酶转基因玉米较普通玉米显著提高了饲粮能量和磷在生长猪体内的消化率[1]。微生物来源的植酸酶由于可以降解饲粮中动物无法直接利用的植酸，减少磷添加和排放，被认为是一种环境友好型添加剂。以往试验表明，饲粮中添加植酸酶不仅可以提高饲粮磷利用率，减少磷的添加和排放[2-3]，还可将钙和镁等矿物元素以及氨基酸从植酸盐螯合物中释放出来，提高其利用率[4]。而近年发现，植酸酶对微量元素的利用和沉积同样有促进作用[5-6]。

　　铜通过动物体内的系列酶或功能蛋白参与代谢、维持铁的正常作用、为皮肤及被毛生长与骨骼形成等所必需，是动物必需微量元素之一，但仔猪对铜的需要量仅为6 mg·kg-1[7]。自1955 年Barber 等[8]报道饲粮添加铜可促进猪生长后，高剂量铜被广泛用于养猪生产。而大剂量的铜添加使得铜的利用率非常低，断奶仔猪铜利用率在5%—20%，大量铜随粪便排放到环境中造成污染。【本研究切入点】如前所述，植酸酶可以提高微量元素的利用率，减少排放，那么是否可以通过添加植酸酶提高铜的利用率，减少铜的添加和排放？体外研究表明，一些二价阳离子在中性环境中易与植酸结合并形成不溶于水的复合物，抑制植酸的水解[9]，且饲粮中添加高铜还会影响植酸酶等其他生物活性添加剂的稳定性[10-11]。因此，在添加高铜的仔猪饲粮中添加植酸酶对生产性能和营养物质消化利用的影响如何?

　　这些问题均值得研究和探讨。【拟解决的关键问题】

　　研究了在仔猪饲粮中添加植酸酶并减少铜的添加量对其生产性能、营养物质消化率、粪铜和粪磷排放的影响。

　　1 材料与方法

　　试验于2011 年8 月21 日至9 月14 日在上海祥欣畜禽有限公司进行。

　　1.1 试验设计与处理

　　采用单因子完全随机试验设计。试验选取180 头35 日龄左右、体重9—10 kg 的健康二元杂交（长×大）断奶仔猪，按照公母比例一致的原则随机分成3 组，每组5 栏，每栏12 头。组1 为对照组不添加植酸酶，饲粮铜添加量参考猪场生产用量设为180 mg·kg-1；组2 和组3 为植酸酶试验组，添加市场推荐剂量植酸酶（500 IU·kg-1），组2 与组1 铜添加量一致，组3 减少1/3 铜添加量。

　　1.2 试验饲粮配制

　　试验基础饲粮在祥欣猪场生产用饲粮配方基础上进行改动，具体做法是用沸石粉替代原有浓缩料中的铜，每吨饲粮在原配方基础上减少21.3 kg 豆粕，改为添加3 组各自的试验预混料。饲粮的组成及营养水平见表1，祥欣猪场生产用饲粮配方中钙、磷、镁、锌、铁等矿物质和微量元素添加量都达到或超过NRC[12]

　　相应阶段猪营养需要量。试验预混料中，除含有相同水平的符合平衡氨基酸外，三组依次添加了180、180和120 mg·kg-1 的铜（硫酸铜），其铜含量实测值分别为187、187 和128 mg·kg-1。除对照组1 没有添加植酸酶，组2 和组3 分别添加了500 IU·kg-1 植酸酶。植酸酶（10 000 U·kg-1）购自丹尼斯克。

　　1.3 饲养管理与样品采集和处理

　　试验预试期3 d，正试期为3 w，试验前对猪舍及用具做好消毒工作，并按常规免疫程序进行预防接种及消毒驱虫工作。每日的饲料量人工定时分4 次饲喂，自由饮水，记录每天耗料量、上午和下午各清扫粪尿，观察腹泻情况一次。试验开始和结束前一晚清空料槽，第二天上午8：00 之前空腹称重，计算平均日增重（average daily bodyweight gain，ADG）、平均日采食量（average daily feed intake，ADFI）、料重比（feedconversion ratio ， F/G ） 和腹泻频率（ diarrheafrequency）。腹泻频率=[试验期内每日腹泻头数之和/（试验天数×试验头数）]×100%。于试验结束前，连续3 d 清晨，部分收粪法从地面上收集没有被尿液污染的新鲜粪样，每100 克新鲜粪样加10 mL 的10%乙醇，以栏为重复单位合并3 d 的粪样，-20℃保存，待测饲粮表观消化率和粪铜、磷含量。

　　1.4 样品分析

　　将试验饲粮和粪样65℃鼓风干燥48 h，粉碎机粉碎制成风干样。风干饲粮和粪样采用凯氏定氮法、乙二胺四乙酸二钠络合滴定法和钼黄法测定饲粮和粪中的粗蛋白、钙和磷含量，以2N-HCl 不溶灰分法[13]计算饲粮干物质（dry matter, DM）、粗蛋白质（crudeprotein, CP）、钙和磷表观消化率[14]。

　　饲粮干物质表观消化率计算公式为[13]：

　　DM 表观消化率(%)=100×(A-B)／A

　　式中：A 为粪风干样中HCL 不溶灰分含量，B 为饲粮风干样中HCL 不溶灰分含量。

　　饲粮粗蛋白表、钙和磷表观消化率计算公式为：

　　某营养物质表观消化率(%)=100-100×(A1/A2)×（B2/B1)

　　式中：A1 为饲粮风干样中HCl 不溶灰分含量（%）；A2 为粪风干样中盐酸不容灰分含量（%），B1 为饲粮风干样中某营养物质含量（%）；B2 为粪风干样中营养物质含量（%）。

　　铜含量按GB/T 13885—2003 的方法用原子吸收分光光度计检测。

　　1.5 数据统计分析

　　试验数据以栏为重复单元，用SPSS13.0 软件中的Descriptive Statistics-Explore 进行数据的正态性分析，当所有数据的符合正态分布后（P＞0.05），用单因子方差分析法（one way anova）进行方差统计，用最小显著差异法（LSD) 进行多重比较，以0.05 作为本研究中各项数据的差异显著性检验水平，当P＜0.05时认定为差异显著。所得数据均以“平均值（Mean）±标准误（SE）”表示。

　　2 结果

　　2.1 仔猪生产性能

　　如表2 所示，当饲粮铜含量均为180 mg·kg-1 时（组1 和组2），饲粮中添加500 IU·kg-1 植酸酶对仔猪采食量、日增重和料重比无显著影响（P=0.68，P=0.69，P=0.80），腹泻频率降低约1 个百分点，降幅达19.26%（P=0.35）；当饲粮中植酸酶含量相同时，饲粮铜由180 mg·kg-1（组2）减少到120 mg·kg-1（组3），仔猪的采食量、日增重和料重比差异仍不显著（P=0.70，P=0.69，P=0.90），腹泻频率又降低了近1 个百分点，降幅为25.24%（P=0.25）；饲粮铜添加量为120 mg·kg-1的植酸酶处理组（组3）与铜添加量180 mg·kg-1 的无植酸酶处理组（组1）相比，仔猪采食量、日增重和料重比虽有点下降（P=0.42，P=0.43，P=0.71），但仔猪腹泻频率显著降低，下降幅度达39.6%（P=0.04）。

　　2.2 养分消化率

　　如表3 所示，当饲粮铜含量均为180 mg·kg-1（组1 和组2）时，添加500 IU·kg-1 植酸酶使饲料干物质、粗蛋白以及钙的表观消化率分别提高了0.83%、1.64%和3.03%（ P=0.24，P=0.27，P=0.46），磷的表观消化率提高则更显著，组2 饲粮磷表观消化率比组1 高21.12%（P＜0.01）；当饲粮中植酸酶含量相同时，铜的含量由180 mg·kg-1（组2）减少到120 mg·kg-1（组3），饲粮干物质和粗蛋白的表观消化率分别提高了0.96%和1.18%（P=0.18 和P=0.42），钙和磷表观消化率分别提高了13.74%和9.79%（P=0.02 和P=0.01）；饲粮铜添加量为120 mg·kg-1 的植酸酶处理组（组3）与铜添加量180 mg·kg-1 的无植酸酶处理组（组1）相比，干物质、粗蛋白、钙和磷表观消化率分别提高1.80%、2.84%、17.20%和32.98%，差异显著（P=0.02，P=0.04，P＜0.01 和P＜0.01）。

　　2.3 粪中磷、铜含量

　　如图1 所示，在饲粮磷、铜含量相同的情况下（组2 与组1 相比），植酸酶处理组（组2）粪磷含量降低了4.41%（P=0.09），粪铜含量降低了6.76%（P=0.03）。当饲粮中植酸酶含量相同时，铜的含量由180 mg·kg-1（组2）减少到120 mg·kg-1（组3），粪磷含量降低了27.83%，差异显著（P＜0.01）；饲粮铜添加量为120 mg·kg-1 的植酸酶处理组（组3）与铜添加量180mg·kg-1 的无植酸酶处理组（组1）相比，粪磷含量减少了18.86%，差异显著（P＜0.01）。

　　3 讨论

　　植酸磷是饲粮中无法被动物利用的无效磷。研究表明，饲料中添加植酸酶可有效地提高饲料磷利用率。

　　饲粮中添加500 IU·kg-1 植酸酶可替代0.1—0.5 g·kg-1无机磷[3,15-17]。本试验结果与之相符，在高铜仔猪饲粮中添加500 IU·kg-1 植酸酶显著提高了饲粮磷的表观消化率，粪磷含量减少4.41%（组2 与组1 相比）。

　　植酸磷不仅是饲粮中无法被动物利用的无效

　　磷，还是抗营养因子，在低pH 条件下植酸易与饲粮中的蛋白质形成不溶性复合物，而在pH 高于蛋白质等电点时，植酸可以Ca2+、Zn2+等阳离子为“桥梁”，形成植酸-金属离子-蛋白质复合物[18]。植酸酶分解植酸，提高饲料磷利用的同时，也解除了植酸与饲粮中阳离子物质的结合[19-21]，提高了饲粮中矿物质和微量元素的利用。体外试验表明，植酸酶可以提高小麦中钙、铁、锌和铜的生物利用率[22]。Pallauf等[23]报道，在含铜量11.4 mg·kg-1 的仔猪饲粮中添加植酸酶显著提高了铜、镁、锌的利用率。Madrid 等[24]

　　报道，含铜量18 mg·kg-1 饲粮中添加500 IU·kg-1 植酸酶可以减少39%磷和33%铜排放到环境中。本试验结果表明，在铜添加量为180 mg·kg-1 的饲粮中添加500 UI·kg-1 植酸酶，粪铜含量减少6.76%，与前者研究结果基本一致，提示饲粮添加植酸酶可能具有减少粪铜排放的作用。

　　Woyengo 等[25]研究表明，植酸不仅会改变小肠内矿物质的溶解性，还会降低仔猪胃蛋白酶活性。张克英等[3]报道，饲粮添加植酸酶明显提高磷表观消化率、沉积率和蛋白质的生物学效价（分别提高12.8%、13.1%和16.0%）。计成等[26]报道，仔猪饲粮中添加植酸酶对干物质、能量和蛋白质的回肠表观消化率有改善，但不显著。Yanez 等[17]报道，植酸酶虽然可以显著提高饲粮磷和能量的表观消化率，但对仔猪的生长性能、蛋白质和氨基酸的消化率均无影响。不同动物试验，植酸酶对饲粮消化率、日增重和采食量的影响报道并不一致。这可能是因为不同试验的基础饲粮蛋白能量水平高低不同，当基础饲粮营养水平较高时，饲粮消化率和生产性能的改善潜力可能会变小。其他饲粮因素也可能改变植酸酶对饲粮消化率和生产性能的影响，如饲粮有效磷是否能满足动物的生长需要[27]，饲粮钙磷比例[28]以及饲粮里是否存在某些未知的干扰植酸酶发挥作用的因素。本试验可能由于基础饲粮的营养水平较高，并没有发现三组之间的ADG等生产性能有显著差异，在铜添加量为180 mg·kg-1 的饲粮中添加500 IU·kg-1 植酸酶，饲粮的干物质和粗蛋白表观消化率略有提高，而当饲粮铜添加水平降低到120 mg·kg-1 再添加植酸酶则显著提高了饲粮干物质、粗蛋白以及钙的表观消化率（组3 与组1 相比），并且组3 的粗蛋白和钙磷的表观消化率显著高于含有等量植酸酶的高铜组（组2）。提示饲粮中的高铜有可能减弱了植酸酶的作用。

　　目前，已报道的饲粮铜添加量对植酸酶作用影响的动物试验还比较有限。体外试验表明，在pH5.5 和pH6.5 的环境中，铜可以与植酸结合，植酸酶水解植酸的速度与铜的浓度显著负相关[29]。但Adeola[30]报道，当饲粮铜添加范围在0—120 mg·kg-1 时，添加植酸酶都促进了钙、磷的吸收和沉积，铜的添加量对血清中各矿物质和微量元素含量没有显著影响。Walk等[31]通过两因子三水平的交叉试验研究了同为重金属并且常常被超量添加的锌与植酸酶之间的关系，氧化锌的添加水平为0、1 750 和3 500 mg·kg-1，结果表明由于在3 500 mg·kg-1 的高剂量组，锌可能因为与植酸形成水不溶复合物，显著降低了血清中钙磷浓度；但在1 750 mg·kg-1 处理组，锌对植酸酶的作用没有显著影响。有趣的是，体外试验表明，锌离子与植酸以4﹕1 的比例结合生成水不溶性复合物[32]，而Walk 等试验中3 500 mg·kg-1 与饲粮中所含植酸的比例也恰恰约为4.5﹕1。以上试验结果说明，当饲粮锌的添加量与饲粮中植酸含量比例达到或超过铜-植酸复合物的结合比例时将会抑制植酸酶的作用。由此推测，饲粮铜的添加量也可能存在一个“阈值”，当铜的添加量超过该“阈值”时将会抑制植酸酶的作用。

　　此外，不同形式的添加铜对植酸酶的影响也不同。

　　Lu 等[9]检测了鸡饲粮在储存过程中，不同剂量硫酸铜和碱式氯化铜对植酸酶酶活性影响，结果表明添加添加200 mg·kg-1铜的处理组植酸酶活性都明显低于无添加铜对照组，并且各添加水平的硫酸铜组植酸酶酶活显著低于碱式氯化铜组。Lu 等[10]报道，断奶仔猪饲粮中添加200 mg·kg-1硫酸铜和碱式氯化铜都显著降低了植酸酶在体外的酶活性，并且硫酸铜组的降低幅度大于碱式氯化铜组。以上结果可能与碱式氯化铜较硫酸铜稳定，解离的铜离子较少有关。提示，不同形式的铜对植酸酶的干扰强度不同，其达到干扰植酸酶的“阈值”可能也不同。

　　一些研究认为高剂量铜具有杀菌作用，可以预防仔猪腹泻[33]。但本试验中120 mg·kg-1 铜+植酸酶组仔猪腹泻频率低于180 mg·kg-1 铜+植酸酶组，显著低于180 mg·kg-1 铜无植酸酶组。郭彤等[34]报道，Cu2+在微摩尔水平时就能有效抑制微生物的呼吸代谢途径。

　　Ball 和Aherne[35]认为，早期断奶仔猪消化道及其酶系尚未发育健全，消化力差是导致腹泻的重要原因。本试验结果可能与“120 mg·kg-1 铜+植酸酶”组营养物质消化利用率较高有关。