甜菜碱对热应激条件下肉鸭生物学功能的影响

韩浩月译 潘雪男审 韩浩月 何闪制表

摘  要：在炎热的季节，热应激是家禽生产面临的一个主要问题，尤其在潮湿地区。本研究的目的是探究，甜菜碱对处于热应激下的肉鸭的血液和盲肠短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）組成的药效学影响。360羽肉鸭（家鸭）随机分入4个处理：C组（即热应激对照组，日粮中不添加甜菜碱，肉鸭遭遇热应激）、T1组（日粮中添加700 μg/kg甜菜碱）、T2组（日粮中添加1 000 μg/kg甜菜碱）和T3组（日粮中添加1 300 μg/kg甜菜碱）。每个处理设6个重复，每个重复15羽肉鸭，试验为期42 d。结果表明，在热应激条件下，T1组、T2组和T3组的肉鸭增重显著高于热应激对照组肉鸭的（P<0.05）。与热应激对照组肉鸭相比，甜菜碱可显著改善T1组、T2组和T3组肉鸭血液中红细胞和血小板计数等生理指标（P<0.05）。在炎热的环境中，日粮中补充甜菜碱可显著降低肉鸭血液pH（P<0.05），但不会显著影响血液电解质浓度（Na+、K+和Cl-）和血液气体浓度。在热应激条件下，盲肠中SCFA的浓度高于热应激对照组。与热应激对照组肉鸭相比，T1组、T2组和T3组肉鸭的总SCFA、乙酸和丙酸的生成量显著提高（P<0.05）。综上所述，在热应激条件下，日粮中补充甜菜碱对肉鸭盲肠中SCFA水平、血液生化指标和体重具有有益影响。

关键词：甜菜碱;鸭;电解质;热应激;血液学指标

热应激是最重要的环境应激之一，挑战着全球的家禽生产。在炎热的季节，热应激伴随着高湿会激活动物机体的应激机制，从而对畜禽生产和动物福利产生不利影响。

家禽对热应激更为敏感，因为家禽的体温相较于哺乳动物的更高，没有汗腺，并且全身覆盖羽毛。由于这些生物学特性，当处于热应激环境中时，家禽的采食量会减少，饲料转化率和增重降低，进而导致家禽生产出现巨大的经济损失。当家禽（包括鸭）受到热应激影响时，其血液学指标会降低。血液学指标是评估动物健康水平和营养状态的重要指标，因为血液学指标对家禽的应激反应十分敏感，可作为免疫功能的一般生物标志物。热应激会导致家禽体温升高，血液pH升高，气喘。热应激期间家禽增加饮水量，会导致血液稀释，从而降低血液中的脂质水平、PCO2、HCO-3和电解质（Na+、K+和Cl-）浓度。

甜菜碱是甘氨酸的三甲基衍生物，是一种双极性化合物，有3个疏水性甲基（CH3）和一个亲水性羧基（COOH）。与胆碱和蛋氨酸类似，甜菜碱可作为甲基供体。甜菜碱提供的甲基可用于各种代谢过程中的甲基传递反应，如蛋白质合成、能量代谢以及肉碱和肌酸的合成。甜菜碱在动物生产中的使用量逐步提高，因为研究发现其可以缓解动物的高温应激，改善生长性能。当动物暴露于高温应激中时，甜菜碱可调节渗透压以防止脱水，保存细胞中的水分，并有助于维持动物的消化率和生长性能。此外，研究发现，在高温环境下，甜菜碱可以减少动物体内钠钾泵（Na+/K+泵）消耗的能量，并将节约的能量用于动物生长。甜菜碱还有助于肠道黏膜的扩张，从而提高营养物质的吸收和利用。部分研究的试验结果相互矛盾，在热应激条件下，在肉鸡日粮中添加                                   800 μg/kg～1 000 μg/kg的甜菜碱，或在饮水中添加0.05%～0.10%的甜菜碱，可以提高肉鸡的体重;而在饮水中添加0.10%～0.20%的甜菜碱，会导致肉鸡的体重减轻。在正常的环境条件下，在日粮中添加0.50%的甜菜碱可提高鸭的增重，降低饲料转化率。另有研究发现，夏季在日粮中添加1.5%的甜菜碱，可提高蛋鸭的产蛋性能。然而，夏季热应激对肉鸭影响的研究较少。短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA），如乙酸和丙酸，有益于家禽肠道中宿主菌的生长，改善肠道中的微生态环境，使乳酸杆菌和双歧杆菌等有益菌在盲肠中充分定植，并可抑制有害菌在肠道中的定植。热应激通过减少肉鸡肠道中的有益菌和SCFA加剧应激反应，从而导致有害菌加速增殖。先前的研究表明，在高温下，肉鸡体内的大肠杆菌、大肠菌群和需氧菌总数减少。众所周知，乳酸杆菌可以激活动物的肠道功能，而乳酸杆菌的增加似乎与大肠杆菌、大肠菌群和需氧菌总数的减少有关。乳酸杆菌分泌的细菌素可抑制有害菌的生长，还可以产生SCFA，使肠道中的微生态环境更有利于有益菌的生长。有人指出，在日粮中添加对盲肠微生态环境有益的有机酸，可以改善淋巴器官的重量。有关甜菜碱对处于热应激条件下的鸭的肠道中SCFA水平和血液指标影响的研究十分有限。因此，本研究旨在探讨甜菜碱对热应激下鸭生物学功能的药效学机制，试验结果有望为夏季热应激下提高鸭的生产力提供理论基础。

1  材料与方法

1.1  试验设计

从韩国京畿道杨平郡的一家孵化场随机选择360羽刚出壳的肉用雏鸭（家鸭），随后随机平均分入4个处理中，每个处理设6个重复，每个重复15羽肉鸭，试验期为42 d。各处理或试验组按以下方式设置：C组为热应激对照组，肉鸭饲喂不添加甜菜碱的日粮，生产中遭遇热应激刺激;T1组、T2组和T3组统称为甜菜碱处理组，即肉鸭饲喂添加甜菜碱的日粮，添加水平分别为700 μg/kg、             1 000 μg/kg和1 300 μg/kg。甜菜碱购自荷兰Excentials公司，为Beta-key包被型甜菜碱（包被率为97%）。

1.2 试验日粮和饲喂管理

试验日粮能够向肉鸭提供可满足或略高于NRC（NRC，1994）规定的营养水平。在育雏期（1～21日龄），肉鸭饲养于温度为  26 ℃～33 ℃的正常环境中，自由采食和饮水，24 h持续光照。在育成期（22～42日龄），肉鸭在饲喂试验日粮的同时还提供热风。为了制造热应激的条件，11：00～17：00向鸭舍施加热风（温度维持在33 ℃～43 ℃，相对湿度70%），17：00～11：00温度维持在     22 ℃～26 ℃，相对湿度50%;试验在育成期一直重复这个循环。在整个试验期间，所有试验肉鸭均自由采食和饮水。在每个鸭栏的地板上铺设10 cm的稻壳作为垫料。试验的第1天到第7天，鸭舍内的温度保持在33 ℃，然后每周降低2 ℃～3 ℃，直到第21天鸭舍内的温度不再降低。

2  结果

2.1 肉鸭的生产性能和血液学指标

甜菜碱对肉鸭的增重、采食量和饲料转化率（feed conversion ratio，FCR）的影响见表2。与热应激对照组（C组）肉鸭相比，甜菜碱处理组（T1组、T2组和T3组）肉鸭的增重和采食量显著提高（P<0.05）。在肉鸭的FCR上，甜菜碱处理组显著低于热应激对照组，然而各甜菜碱处理组之间没有显著差异。这一结果表明，在炎热的季节，甜菜碱可以减小由热应激导致的肉鸭生产性能降低幅度。热应激会引起肉鸭脱水，而甜菜碱作为甲基供体，可有效调控肉鸭体内的渗透压。动物生产行业的部分研究所得结果存在矛盾，热应激时，在日粮中添加800 μg/kg～1 000 μg/kg的甜菜碱，或在饮水中添加0.05%～0.10%的甜菜碱，可以提高肉鸡的增重;然而，在饮水中添加0.10%～0.20%的甜菜碱，会导致肉鸭的体重减轻。不过有关热应激对鸭生产性能影响的研究很少。甜菜碱对肉鸭血液学指标的影响结果见表3。相较于热应激对照组，甜菜碱处理组肉鸭的红细胞和血小板的血液学指标显著升高（P<0.05）。在肉鸭的红细胞浓度方面，甜菜碱处理组高于热应激对照组，但各甜菜碱处理组之间没有显著差异。对于血细胞比容（haematocrit，HCT），与热应激对照组相比，甜菜碱处理组提高36%，T1组、T2组和T3组提高的幅度依次增加。与热应激对照组相比，甜菜碱处理组肉鸭的血红蛋白（hemoglobin，HGB）的浓度提高21.98%，各甜菜碱处理组间未发现显著差异。与热应激对照组相比，甜菜碱处理组肉鸭的红细胞平均容量（mean corpuscular volume，MCV）、红细胞平均血红蛋白浓度（mean corpuscular hemoglobin concentration，MCHC）、红细胞分布宽度（red cell distribution width，RDW）、血小板浓度（platelets，PLT）和平均血小板体积（mean platelet volume，MPV）变化显著，但各甜菜碱处理组肉鸭间未发现显著差异。这些结果与Aengwanich（2007）的研究结果相似，后者发现高温应激会降低肉鸡的血液学指标。这些结果表明，在日粮中添加甜菜碱，可以使处于热应激状态下的肉鸭维持稳定的血液学指标，从而缓解热应激引发的损伤。在热应激状态下，肉鸭体内的HCT减小与血细胞（包括白细胞）浓度降低有关，而这种冲淡现象是由红细胞受损、红细胞生成减少、红细胞数量和大小减少所致;另外，由于处于热应激状态，鸭会增加饮水量，这也会导致血细胞浓度降低。在热应激状态下，肉鸭喂给添加了甜菜碱的日粮后，其血液学指标值高于饲喂正常日粮的热应激对照组肉鸭的，这表明甜菜碱可能有助于蛋氨酸的生物合成和渗透压调控。有人指出，本试验观察到的大部分结果可能均与蛋氨酸的生成直接或间接相关。红细胞数量的减少会引起出血性贫血和溶血性贫血，而血红蛋白数量的减少会引起小红细胞增多症。红细胞比容与红细胞体积有很大的相关性;因此，當红细胞比容减小时，血红蛋白和血红素的水平会降低。MCHC代表平均血红蛋白浓度的绝对值，MCHC偏低与缺铁性贫血有关。热应激会导致家禽的血液变得稀薄，这是一种适应性反应，即使血浆体积没有变化，也能使水分流失，包括从细胞内渗透出的水分，从而降低HCT和HGB浓度。

2.2  血液中电解质指标

甜菜碱对处于热应激状态下的肉鸭的血液pH和电解质的影响见表4。甜菜碱处理组肉鸭的血液pH显著低于对照组肉鸭的（P<0.05），而各甜菜碱处理组肉鸭差异不大。在热应激下，与各处理组相比，热应激对照组肉鸭具有最低水平的血液电解质（P<0.05）。甜菜碱处理组肉鸭血液中的Na+、K+和Cl-的浓度显著高于热应激对照组肉鸭的。T1组、T2组、T3组在肉鸭血液中Na+、K+和Cl-的浓度上没有显著差异。这些结果表明，在热应激状态下，在日粮中添加甜菜碱，可以通过维持稳定的血液电解质水平缓解热应激对肉鸭的影响，从而调控渗透压。细胞外部的渗透浓度会刺激甜菜碱渗透进入细胞，并在巨噬细胞和肾细胞中积累。肠道所耗能量的30%～60%用于钠钾ATP泵，该泵能使细胞中的水分含量保持平衡，在没有甜菜碱等渗透调节剂的情况下发挥关键作用。本试验中热应激对照组所得结果与其他研究者的文献报告结果相一致，即在热应激下，家禽和水牛血液中Na+、K+和Cl-的水平下降。在热应激下，家禽会出现张口呼吸和不断喘气的现象，这会导致家禽处于呼吸性碱中毒的痛苦状态。在高温环境中，家禽通过张口呼吸蒸发呼吸器官内部的水分来散热，这会增加血液中二氧化碳的排放量，进而导致血液pH升高，从而引起呼吸性碱中毒，后者可通过减少排尿时H+和K+之间的竞争增加K+的损失。因此，当血液中电解质平衡以这种方式遭到破坏时，家禽的采食量和生产力会降低。在急性热应激期，家禽体温的升高会降低Na+水平，细胞膜渗透性的改变会稀释血液，致使K+从组织中渗出进入血液。而热应激过后，K+的渗出现象减弱，多余的K+被排出体外，K+水平恢复到正常水平或较低的水平。血液中Cl-的减少是由于体液中需要更多的Cl-来补偿酸性反应，使血液pH会正常化，因为血液pH因热应激引起的呼吸性碱中毒而升高。血液中电解质含量的减小是由于通过尿液和汗液流失的电解质增加所致，以缓解热应激。

2.3 血液气体

表5列出了甜菜碱对处于热应激中的肉鸭血液气体浓度的影响。与热应激对照组相比，甜菜碱处理组肉鸭的血液气体浓度显著升高（P<0.05），血液中PCO2和PO2浓度显著升高。对于肉鸭的细胞外液碱剩余（extracellular fluid base excess，BEecf）浓度，甜菜碱处理组显著低于热应激对照组（P<0.05），而各甜菜碱处理组之间没有显著差异。与热应激对照组相比，甜菜碱处理组肉鸭的血液含有更高浓度的HCO3和TCO2。上述结果表明，在日粮中添加甜菜碱，可通过维持稳定的血液气体浓度缓解肉鸭的热应激状态。据报道，热应激会降低肉鸭血液中的PCO2水平;在热应激期间维持血液中的PCO2水平至关重要，这是因为在热应激条件下家禽会不断喘气，CO2会通过呼吸系统不断呼出体外。

2.4 盲肠中SCFA的组成

在热应激下，甜菜碱对肉鸭盲肠中SCFA浓度有较大的影响。与热应激对照组相比，甜菜碱处理组肉鸭盲肠中乙酸和丙酸的水平显著升高，而丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸的浓度显著降低（P<0.05），总SCFA浓度显著增加（P<0.05），但各甜菜碱处理组肉鸭之间没有显著的差异。上述结果表明，甜菜碱处理组肉鸭盲肠中SCFA组成的变化可能是动物免疫力提高的一个重要指标，甜菜碱能够通过调节动物肠道的微生态环境减轻热应激的影响。多项研究报道，在热应激条件下，肉鸡肠道中乙酸和丙酸等SCFA的水平降低，乳酸菌含量减少，这表明维持肠道微生物群的健康对减轻热应激的影响十分重要。

3  讨论

本研究表明，与未添加甜菜碱的热应激对照组相比，日粮中添加甜菜碱能够减缓或消除热应激对肉鸭的不良影响，使它们具有较为理想的增重、采食量、饲料转化率和SCFA组成，同时不同的甜菜碱添加量之间没有显著的差异。上述结果与其他的研究结果相一致，他们也发现在热应激下，日粮中添加甜菜碱可以提高动物的生产性能。综上所述，本研究证明，在热应激条件下，日粮中添加700 μg/kg的甜菜碱可以提高肉鸭生产的经济效益，甜菜碱可以通过维持稳定的血液学指标和健康的肠道环境缓解热应激对肉鸭的影响。

原题名：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