甜菜堿對(duì)豬不同生長(zhǎng)發(fā)育階段影響的研究進(jìn)展

薄欣宇 楊孟哲 任戰(zhàn)軍 董響貴 王淑輝

（西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712100）

甜菜堿廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)，因從甜菜中發(fā)現(xiàn)而得名。甜菜堿又稱三甲基氨酸，是動(dòng)物代謝的中間產(chǎn)物，在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝中起著十分重要的作用[1]。隨著甜菜堿化學(xué)合成方法的進(jìn)一步成熟和生產(chǎn)成本的不斷降低，甜菜堿已被廣泛應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)中[2]。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加甜菜堿能夠具有促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、改善胴體品質(zhì)、緩解熱應(yīng)激等作用[3]。在畜禽生產(chǎn)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(lái)甜菜堿在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段豬上的飼喂效果及其調(diào)控機(jī)制進(jìn)行分析，以期為其在豬生產(chǎn)中更好的高效應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 甜菜堿的來(lái)源及作用

甜菜堿是一種廣泛存在于動(dòng)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(lái)源是甜菜及其副產(chǎn)品，但在小麥、紫花苜蓿粉等作物中也存在[4]。甜菜堿穩(wěn)定無(wú)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(wú)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(diào)節(jié)劑，可以增強(qiáng)細(xì)胞的Na+/K+泵功能，維持細(xì)胞的滲透平衡和壓力，從而保護(hù)腸道細(xì)胞和微生物，可抵消熱應(yīng)激和球蟲病期間的性能損失，調(diào)節(jié)對(duì)特定飼料的消化率[6]。

同時(shí)甜菜堿、膽堿和蛋氨酸是動(dòng)物體內(nèi)甲基供體的主要來(lái)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(xué)結(jié)構(gòu)如圖所示（圖1），可直接用作甲基供體提供三個(gè)甲基，可用于轉(zhuǎn)甲基化反應(yīng)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(xué)結(jié)構(gòu)

甜菜堿也是是形成蛋氨酸的底物，然后蛋氨酸可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為s-腺苷甲硫氨酸(SAM)[8]。在蛋氨酸代謝循環(huán)中，SAM被甘氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶(GNMT) 進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為S-腺苷同型半胱氨酸，從而為DNA 和蛋白質(zhì)甲基化提供甲基，分別由DNMT (DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶) 和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶催化。因此，甜菜堿補(bǔ)充可能通過(guò)改變表觀遺傳標(biāo)記，如DNA 和組蛋白甲基化[9-10]來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)。

2 日糧中添加甜菜堿對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)期豬的生產(chǎn)性能的影響

2.1 妊娠母豬日糧中添加甜菜堿對(duì)仔豬生產(chǎn)性能的影響

母豬妊娠期補(bǔ)充甜菜堿可以促進(jìn)新生仔豬肌肉生長(zhǎng)，提高子代出生體重和出生后生長(zhǎng)速度。Jin 等[11]將24 頭經(jīng)產(chǎn)母豬隨機(jī)分為對(duì)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(jié)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(shí)血清IGF-1 濃度、肝臟IGF-1 基因和肌肉IGF-1R 蛋白表達(dá)顯著高于CON 組。研究表明，孕期補(bǔ)充MD 可提高子代出生體重和出生后生長(zhǎng)速度，且與IGF-1基因和IGF-1R 基因表達(dá)增加以及IGF-1 基因啟動(dòng)子DNA 甲基化改變有關(guān)。

Jia 等[12]在母豬妊娠期間飼喂甜菜堿日糧，發(fā)現(xiàn)妊娠期間補(bǔ)充母體甜菜堿會(huì)導(dǎo)致新生仔豬肌肉中線粒體DNA 啟動(dòng)子的低甲基化和線粒體DNA 編碼的OXPHOS 基因的激活，同時(shí)顯著提高子代仔豬血漿甜菜堿濃度和肌肉中甲基轉(zhuǎn)移酶(BHMT和GNMT) 的表達(dá)。與飼喂普通日糧的對(duì)照組相比，甜菜堿組的仔豬背最長(zhǎng)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(jìn)新生仔豬肌肉生長(zhǎng)。

此外，還有研究證明通過(guò)對(duì)妊娠母豬補(bǔ)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(fā)現(xiàn)孕期補(bǔ)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(yù)防新生兒高血半乳糖相關(guān)疾病方面具有很大的潛力。Cai等[14]通過(guò)對(duì)妊娠母豬在整個(gè)妊娠期間飼喂普通對(duì)照日糧或添加甜菜堿日糧（3g/kg）發(fā)現(xiàn)母體甜菜堿顯著改變了新生仔豬糖異生基因啟動(dòng)子上CPGS 和組蛋白的甲基化狀態(tài)，首次證明，母體甜菜堿可通過(guò)增強(qiáng)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(dá)。

膽固醇是細(xì)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(fā)現(xiàn)飼喂產(chǎn)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(dá)。次年，該團(tuán)隊(duì)又在母豬整個(gè)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(yíng)養(yǎng)對(duì)新生仔豬肝臟脂肪生成基因表達(dá)的影響[17]。研究發(fā)現(xiàn)，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(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1c 的表達(dá)下調(diào)。

因此，母體甜菜堿可能通過(guò)表觀遺傳途徑調(diào)節(jié)胎兒IGF-1基因和IGF-1R 基因表達(dá)及肝臟的糖代謝和脂質(zhì)代謝，從而影響子代的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.2 飼糧中添加甜菜堿對(duì)保育豬生長(zhǎng)性能的影響

Xu[18]等研究發(fā)現(xiàn)在日糧中添加甜菜堿后，斷奶仔豬干物質(zhì)和粗蛋白質(zhì)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(guān)。后來(lái)，Paulo 等[19]分別用4 個(gè)水平（0.0%、0.1%、0.2%、0.3%）的甜菜堿飼喂23 日齡斷奶仔豬，發(fā)現(xiàn)各處理間對(duì)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(gè)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(fā)現(xiàn)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(xì)胞增殖活性增強(qiáng)，以確保足夠的上皮更新率并補(bǔ)償絨毛高度的損失[21]，表明甜菜堿可以通過(guò)改善腸道結(jié)構(gòu)來(lái)提高斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能。

同時(shí)，Wang 等[20]對(duì)39 日齡的斷奶仔豬，在基礎(chǔ)日糧中分別添加0、1250、2500mg/kg 甜菜堿的試驗(yàn)結(jié)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(zhuǎn)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(duì)消化酶活性的影響比1250mg/kg 甜菜堿對(duì)消化酶活性的影響更強(qiáng)。體外酶反應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)甜菜堿能增強(qiáng)淀粉酶和胰蛋白酶與相應(yīng)底物的親和力，并能拮抗NaCl 誘導(dǎo)的高滲抑制作用。此外，甜菜堿還能提高腸道中谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性與降低腹瀉率。

甜菜堿同樣可以通過(guò)提高血清生長(zhǎng)激素（GH）和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（IGF-1）的水平等促進(jìn)斷奶仔豬生長(zhǎng)。Dong等[22]發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，提高了消化酶活性，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化，提高血清生長(zhǎng)激素和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1 的水平，從而提高斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能，促進(jìn)斷奶仔豬生長(zhǎng)。

2.3 飼糧中添加甜菜堿對(duì)育肥豬生長(zhǎng)性能的影響

Lawrence 等[23]的一項(xiàng)研究結(jié)果表明，添加1000mg/kg 甜菜堿對(duì)60～110kg 育肥豬的生產(chǎn)性能沒(méi)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(duì)豬的育肥沒(méi)有影響。蛋白質(zhì)水平與甜菜堿之間存在相關(guān)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(guò)程中，甜菜堿還具有降低脂肪沉積和改變蛋白質(zhì)利用的作用。甜菜堿可下調(diào)育肥豬脂肪組織中FAS mRNA的表達(dá)，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(jìn)脂肪酸的β 氧化，加速脂解，降低動(dòng)物的體脂含量，并重新分配體脂[25]。當(dāng)80%基礎(chǔ)飼料中添加0%、0.125%、0.250%和0.5%甜菜堿時(shí)，生長(zhǎng)伊比利亞豬的胴體脂肪濃度[26]、P3 脂肪厚度和內(nèi)臟重呈下降趨勢(shì)，而胴體總蛋白、蛋白質(zhì)沉積率和瘦肉率呈上升趨勢(shì)。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(zhì)/脂肪比提高了23%，但對(duì)生長(zhǎng)性能、內(nèi)臟化學(xué)成分、蛋白質(zhì)水平、胴體脂肪沉積率和血液尿素氮（BUN）水平?jīng)]有影響。

在育肥豬的日糧中添加甜菜堿也會(huì)影響育肥豬的能量代謝。Rtriyanto 等[27]對(duì)育肥豬提供能量有限但有足夠氨基酸的飼料，發(fā)現(xiàn)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(lái)說(shuō)，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(jìn)脂肪酸的β 氧化及降低脂肪沉積、改變蛋白質(zhì)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(guò)去的幾十年里，已有大量的研究來(lái)評(píng)估日糧中添加甜菜堿對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)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(duì)日糧中補(bǔ)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(zhì)和能量代謝。越來(lái)越多的研究表明，母體營(yíng)養(yǎng)可通過(guò)表觀遺傳修飾（如DNA 甲基化、組蛋白乙?；?dǎo)致后代發(fā)生永久性表型改變，從而長(zhǎng)期影響后代的生長(zhǎng)、發(fā)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(bǔ)充可補(bǔ)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(zhì)來(lái)源，如豆粕，從而降低了飼養(yǎng)成本。此外，甜菜堿的滲透保護(hù)特性可能導(dǎo)致腸道結(jié)構(gòu)的增殖增加，進(jìn)而可能對(duì)動(dòng)物的健康狀況和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率產(chǎn)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(lái)越多的關(guān)注?？偠灾?，這些促進(jìn)豬生長(zhǎng)發(fā)育的效果突出了甜菜堿作為飼料添加劑在養(yǎng)豬中的重要性。