断奶仔猪日粮高剂量氧化锌的替代技术研究进展

 导读
  氧化锌是断奶仔猪阶段饲料中防止腹泻的常用饲料添加剂,但是它的使用会造成环境污染。农业农村部也逐渐开始对氧化锌在养猪生产中的使用加以限制。此次研究从氧化锌的抗腹泻机理、不同的锌源和改变氧化锌的生物活性、氧化锌来源、植物乳杆菌、植物精油、水解单宁(HT)和氧化锌联合使用、猪免疫球蛋白G(ppIgG)等方面进行综述,探讨其替代思路,以期为断奶仔猪高剂量氧化锌替代提供参考。
  
  仔猪过早断奶会引起食欲差、消化不良、腹泻、生长缓慢等所谓的”仔猪早期断奶综合征”。为了更加高效地利用母猪资源,仔猪断奶时间越来越早,但随之而来的腹泻等问题也越来越严重。饲喂高剂量氧化锌(ZnO)虽然可以有效解决仔猪腹泻等问题,但随着深入研究人们发现长期饲喂ZnO会对仔猪毛色肉质等产生不良影响,且会造成仔猪ZnO依赖性腹泻和土壤污染等问题。

断奶仔猪日粮高剂量氧化锌的替代技术研究进展

饲料中添加高剂量氧化锌可有效控制断奶仔猪的腹泻,但也存在一定的副作用。原农业部第1224号公告《饲料添加剂安全使用规范》规定:乳猪料中锌的最高含量不得超过2 250 mg/kg,且这种锌必须是来源于氧化锌中的锌,这种高锌日粮只能用于断奶后前2周的仔猪。其他补充锌的饲料一般不使用氧化锌。虽然高剂量氧化锌成为一种控制断奶后仔猪腹泻的通用饲料添加剂,具有功效显著,成本相对便宜并且实践操作简便等特点,但是锌元素毕竟属于重金属,对多数活体生物甚至包括仔猪本身,都是有毒性的。

长时间应用含有过高浓度锌的饲料会引起动物产生中毒症状;严重影响其他微量元素的吸收,导致铜、铁吸收不平衡,造成其他营养素效价的降低;破坏机体内恒稳机制,造成仔猪出现皮肤苍白、被毛粗乱卷曲、贫血等现象。另外,当猪场中富含锌元素的粪便通过施肥进入到土壤中会被富集,所以土壤中高浓度的锌被认定是环境污染物和健康危害物。

近年来仔猪日粮中高剂量氧化锌的替代问题亟待解决,也成为国内外的研究热点。文章从高剂量氧化锌的抗腹泻机理,不同的锌源和改变氧化锌的生物活性、氧化锌来源、植物乳杆菌、植物精油、水解单宁(HT)和氧化锌联合使用、猪免疫球蛋白G(ppIgG)等方面进行综述。

  1 高剂量氧化锌抗仔猪腹泻的作用机理
  
  断奶应激导致饲料消化率降低30%的断奶仔猪在腹泻状态下营养物质消化率进一步下降。提高断奶仔猪肠道绒毛高度降低隐窝深度和增加绒毛高度与隐窝深度的比值在促进仔猪肠道发育的同时增强了肠道功能, 而肠道功能的增强导致仔猪腹泻率的减少。研究表明仔猪日粮中添加高剂量氧化锌能够提高血液中的锌水平,并在进一步调节脑肠肽和饥饿激素的分泌刺激仔猪采食同时,血液中锌含量增加可以有效促进消化酶的合成和激活提高营养物质消化率。

补锌还可以改善肠道形态学,通过提高小肠绒毛的高度和改变隐窝深度来提高小肠的消化潜力,日粮中的高锌可以增加很多胰腺组织的酶活,可以提高养分利用率。不仅如此,氧化锌还能调节肠道菌群稳态及多样性,促进肠道抗菌肽基因的表达,进一步对断奶仔猪肠道进行修复,尽管一些研究表明日粮中添加高剂量氧化锌对仔猪采食量没有影响,但是均能够显著提高日增重。
  
  2 高剂量氧化锌的替代技术
  
  2.1 氧化锌不同来源
  
  2.1.1 氧化锌纳米颗粒
  
  纳米材料一般是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度(1~100 nm)或由其作为基本单元构成的材料[8]。日粮氧化锌纳米颗粒对断奶仔猪生长,腹泻率,矿物质沉积(Zn,Fe和Mn),肠道形态和屏障有影响。Chao Wang, Ligen Zhang等人设计了在4组的总共384头断奶仔猪的基础日粮中添加了0、400和800 mg / kg纳米氧化锌或3 000 mg / kg 氧化锌为期14 d的试验。与对照组相比,800 mg / kg 纳米氧化锌和3 000 mg / kg 氧化锌显着提高了断奶仔猪的平均日增重和降低了腹泻率。

断奶仔猪日粮高剂量氧化锌的替代技术研究进展

氧化锌和纳米氧化锌基团作用之间两者没有显著差异。氧化锌和纳米氧化锌不会影响谷氨酸草酰乙酸转氨酶,谷氨酸-丙酮酸转氨酶和乳酸脱氢酶的血清活性。但是,添加氧化锌和800 mg / kg 纳米氧化锌显著增加仔猪血浆,肝脏,胰腺和胫骨中的锌浓度,而不影响Fe和Mn的浓度。

与对照组相比,800 mg / kg 纳米氧化锌明显降低了血浆二胺氧化酶活性,降低了肠系膜淋巴结中需氧细菌总数,并增强了闭合蛋白,ZO-1,IL-1β,IL-10,TNF-α的mRNA表达。回肠黏膜中的α和ki67,绒毛高度,宽度和表面积增加。与氧化锌组相比,800 mg / kg 纳米氧化锌显着降低了好氧细菌的数量,增加了occludin,IL-1β,IL-10和TNF-α的mRNA表达,并降低了粪便中锌的浓度。这些结果表明,断奶仔猪日粮中800 mg / kg 纳米氧化锌可以替代3 000 mg / kg 氧化锌。

  2.1.2 包被氧化锌
  
  包合分子技术是一种分子被包嵌于另一种分子的空穴结构内,形成包合物,从而达到调节物质溶出速率、提高生物利用度的新型加工工艺。日粮中添加脂质包裹的(包被的)氧化锌,对受肠毒素性大肠杆菌(ETEC)攻击的断奶仔猪断奶后腹泻具有改善效果。用ETEC K88的3×1010菌落形成单位对32头35 d大的断奶仔猪进行了口头攻击,而8头仔猪则没有受到攻击(对照)。

每组受攻击的仔猪接受的日粮,其中日粮含100 mg/kg氧化锌(低氧化锌),2 500 mg/kg氧化锌(高氧化锌)或100 mg/kg脂质(10%)包被的氧化锌;对照猪接受低氧化锌日粮。包被氧化锌和高氧化锌组的仔猪日增重,十二指肠,空肠和回肠的绒毛中的杯状细胞密度以及空肠和回肠中的绒毛高度与低氧化锌组相比均较高。包被的氧化锌和高氧化锌组仔猪的粪便稠度评分,血清白细胞介素8浓度,粪便大肠杆菌脱落的主观评分以及在胃、空肠和回肠中的消化液pH均相对较低,低剂量的包被氧化锌可以很好地替代日粮中天然氧化锌的药理水平,以减轻断奶仔猪的大肠杆菌病症状。
  
  2.2 植物乳杆菌
  
  植物乳杆菌是乳酸菌的一种,常见于肉类、奶类及蔬菜的发酵制品中,是人体胃肠道的益生菌群,具有增强机体免疫力、降低胆固醇、预防心血管疾病和促进营养物质吸收等多种功能。腹泻与肠毒素原性大肠杆菌(ETEC)K88攻击的仔猪的肠道屏障功能受损有关,植物乳杆菌对腹泻起预防作用,是通过保护肠道形态和肠道通透性以及改善肠紧密性基因的表达,改善了肠道屏障功能,早期饲用植物乳杆菌的仔猪改善了生长性能,并有效地防止了由ETEC K88攻击引起的幼仔猪腹泻。
  
  2.3 植物精油
  
  植物精油(PEO)是植物体内的次生代谢物质, 经特殊工艺获取的天然化合物, 因其具有调整肠道微生物区系, 促进仔猪生长等特点受到人们广泛关注。Nascimento G研究发现, 对耐药菌, 植物精油比抗生素有更好的抑制作用。饲粮添加200 mg/kg PEO具有改善血常规、增强免疫力、缓解断奶应激、促进生长性能的功效。因此, PEO在断奶仔猪上具有潜在的利用价值。
  
  2.4 水解单宁(HT)和氧化锌
  
  Liu Hansuo和Hu Jiangxu等人所做研究,旨在评估可水解单宁(HT),ZnO和HT+ZnO对断奶仔猪生长性能、抗氧化状态、血清免疫力、肠道形态和消化酶活性的影响。试验共选择144头仔猪(28日龄,初始体重7.81±0.99 kg),分到4种处理中,每组36头。试验持续28 d,分为2个阶段,阶段1为d 1—d 14,阶段2为d 15—d 28。第1阶段中日粮组成情况为:玉米豆粕基础日粮(CON组);CON+2 000 mg/kg ZnO(ZnO组);CON+1 000 mg/kg HT(HT组);CON+2 000 mg/kg ZnO+1 000 mg/kg HT(HT+ZnO组)。第2阶段日粮组成情况为:玉米豆粕基础日粮(CON组);CON+137.5 mg/kg ZnO(ZnO组);CON+1 000 mg/kg HT(HT组);CON+137.5 mg/kg ZnO+1 000 mg/kg HT(HT+ZnO组)。

  结果显示,在第1阶段,与CON组相比,HT+ZnO组的仔猪腹泻发生率显著降低(P<0.05),血清过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)极显著增加(P<0.01),丙二醛(MDA)极显著降低(P<0.01)。与CON组相比,HT组的免疫球蛋白M(IgM),免疫球蛋白A(IgA)含量升高(P<0.05)。在第2阶段,HT组和HT+ZnO组仔猪腹泻率都有改善的趋势(P<0.1),血清中总抗氧化能力(T-AOC)和IgM的浓度极显著提高(P<0.01)。

与CON组相比,HT组比ZnO组更能改善仔猪回肠黏膜中的中的GSH-Px活性(P<0.01),与CON相比,HT组中胰蛋白酶,脂肪酶活性和空肠绒毛高度显著提高(P<0.05)。与CON相比,HT+ZnO组空肠隐窝深度显著改变(P<0.05),回肠中回肠隐窝深度显著改变(P<0.05)。与CON组相比,HT组结肠中丙酸,丁酸和乙酸的浓度显著增加(P<0.05)。总体而言,HT+ZnO的组合可用于代替氧化锌在仔猪日粮中的作用,以减少断奶仔猪的腹泻并提高其抗氧化能力、免疫力和消化酶活性。
  
  2.5 猪免疫球蛋白G(ppIgG)
  
  通常人们在仔猪饲料中添加氧化锌来治疗或预防断奶后腹泻(PWD)。最近,Chris J. Hedegaard等人在PWD的试验模型中观察到,给仔猪口服从天然猪血浆中提取经纯化的猪免疫球蛋白G(ppIgG)可以减少其肠道感染。在此研究中,试验人员发现,与未使用ppIgG的仔猪相比,口服ppIgG的仔猪可以加速对大肠杆菌感染的粪便溶血细菌的清除。在断奶后7 d喂 ppIgG 时观察到了这种效果,这表明在断奶前几天不必预防性地使用 ppIgG。

此外,断奶后7 d口服 ppIgG 的效果在减少腹泻症状和断奶后14 d减少粪便溶血细菌方面的效果,相当于或略优于在仔猪日粮中添加氧化锌的效果。这些观察结果值得在将来的集约化猪只生产中继续对 ppIgG 进行试验,以确立其作为日粮抗生素和氧化锌的替代品预防PWD的作用。
  
  3 总结
  
  没有人能够确定哪一种物质或添加剂可以取代仔猪日粮中的氧化锌。人们需要对造成哺乳仔猪断奶时腹泻的原因进行更深入的调查,重点研究方向包括仔猪肠道菌群组成、肠道健康、免疫力和日粮消化率等。

除了从高剂量氧化锌自身剂量的减少外,高剂量氧化锌的替代大多从改善胃肠道菌群环境,减少断奶仔猪腹泻的发生率,增强断奶仔猪的免疫力,促进断奶仔猪的健康生长方面为出发点,寻找合适的高剂量氧化锌替代技术。以上研究都取得了不错的结果,在实际生产活动中要因地制宜,对号入座,这样才能发挥替代技术的作用。

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