植酸和有效磷水平对植酸酶作用效果的影响

摘  要

     900只7日龄肉鸡，试验期19天，小麦－高粱－豆粕型日粮。试验设计为3×2×3，即3个植酸水平，2个有效磷水平，3个酶他富植酸酶水平。试验结果表明：肉鸡的生产性能和蛋白质、氨基酸的消化率随植酸含量增加而降低.。添加植酸酶可提高肉鸡日增重、饲料报酬、表观代谢能、磷、蛋白质和氨基酸的消化率以及干物质和氮的沉积。

前  言

    植物籽实中大约60－80％的磷以植酸的形式存在。由于单胃动物猪和鸡以植物性饲料为主，所以植酸的营养作用尤为重要。典型的玉米－豆粕型家禽日粮中植酸含量达0.8－0.9(植酸磷0.22－0.25%)，如果日粮中有谷物副产品如麸皮等,植酸的含量将更高。家禽对植酸的利用率很低，植酸不仅降低磷的利用率，而且还和其它重要矿物元素、蛋白质、氨基酸等络合，从而降低它们的利用率。
    大部分已发表的植酸酶研究文献都用玉米－豆粕典型日粮、单水平植酸含量。不同植酸水平条件下，微生物植酸酶对家禽生产性能、营养物质利用率的研究资料明显不足。可以假定：在高植酸水平日粮条件下，添加植酸酶对相关生物指标的影响可能更大。本试验旨在研究：（1）在3水平植酸和2水平有效磷的小麦－高粱－豆粕日粮中，添加酶他富对肉鸡生产性能的影响。（2）酶他富对肉鸡蛋白质、氨基酸和能量利用率的影响。

试验材料和方法

    日粮：
    3×2×3因子，小麦－高粱－豆粕基础日粮。3个植酸水平(10.4,13.2和15.7g/kg,相当于植酸磷2.9,3.7和4.4g/kg)，2个有效磷水平(2.3和4.5g/kg)和3个酶他富水平(0、400和800FTU/kg)。
    低植酸(10.4g/kg)日粮以小麦、豆粕和肉骨粉为主，中等和高植酸(13.2和15.7g/kg)日粮为基础日粮加稻糠配成(表1.)。每一个植酸水平再配成2个有效磷水平(2.3和4.5g/kg)日粮。低有效磷组始终低于NRC（1994）标准，以观察酶他富的作用，高有效磷组旨在观察酶他富的额外效应。上述6种日粮再分别添加0，400或800FTU/kg酶他富，每种日粮添加20g/kg才利持粉作为非消化标记。所有日粮粗蛋白、代谢能、赖氨酸和蛋氨酸水平一致，Ca:总P比保持1.4:1。
试验用料批量购进，分析各种原料的植酸磷、总磷、钙和粗蛋白含量。小麦先经90C处理使内源植酸酶失活，然后粉碎混入日粮，经低温制粒，最后喷涂液体酶他富。

    肉鸡管理：
    统一购进1日龄公雏1200只，放入电热育雏器，自由采食肉雏开食料（CP-230g/kg)。在第7天，选择体重在120－150g范围内的雏鸡900只放入90个栏，每栏10只，共18个处理，每个处理5个重复。整个选鸡过程采用计算机随机抽样，以尽量减小处理间差异。
    雏鸡连续白炽灯光照，自由饮水和采食，从7天龄至25天龄喂试验日粮，在第18天肉鸡被转入铁笼，整个鸡舍环境完全自动控制。在第7天、14天、21天和25天记录每只肉鸡的体重和每栏采食量，每日记录死亡率。

    样本收集和处理：
    在第3周(21－25天)，每天收集排泄物，在烘箱80C温度下干燥，随机取样分析，连续4天测定每栏鸡的采食量和排泄量,计算表观代谢能(AME)。试验最后一天(25天)，所有肉鸡经心脏注射药物致死。立刻暴露小肠，用蒸馏水冲洗回肠末端内容物，装入塑料盒。然后对每栏鸡回肠内容物取样，1个处理5个样本，迅速冻干、粉碎，储存在零下4C以备化学分析。切断所有鸡的左侧中趾，同栏鸡趾骨取样，在100C干燥至恒重，然后在600C蒙莩炉燃烧6小时，趾灰按干重的百分比表示。

    结果
    整个试验期死亡率在允许范围内(2.4%)，说明死亡与日粮处理无相关性。基础日粮中植酸酶的平均活性分别为100、543和955FTU/kg，说明90C的高温处理并不能使小麦中的植酸酶全部失活。扣除这些因素，2个添加酶他富组的酶活性分别为443和855FTU/kg，基本符合要求。总磷与计算值相符，但钙水平稍高，所以Ca:总P比为1.6:1，比要求稍高。植酸磷的测定结果比计算值高，这可能与分析方法有关（Caldwell，1992)。

    肉鸡生产性能：
    肉鸡日增重随植酸含量增加而降低（P<0.001），随有效磷(P<0.02)含量和植酸酶(P<0.001)添加量增加而提高(表.2)。同时观察到了有效磷×植酸酶效应（P<0.001），这表明植酸酶的作用效果取决于配方有效磷水平。添加植酸酶，2个有效磷水平组肉鸡体重都增加，但低有效磷组作用更明显。
    采食量的变化和日增重变化一致，植酸(P<0.001)、有效磷（P<0.001)和植酸酶（P<0.001）的影响都明显。植酸×有效磷×植酸酶效应（P<0.001）表明：植酸酶对采食量的影响随日粮植酸和有效磷的水平而变。在低植酸，低有效磷组日增重随植酸酶添加量增加而线型增加，而高有效磷组日增重的变化则呈二次曲线型；在中等植酸水平、低和高有效磷组的采食量都随植酸酶添加而呈曲线变化；在高植酸水平，低有效磷组的采食量随酶他富的添加量呈曲线变化且在800FTU/kg时采食量最低，而高有效磷组在植酸酶800FTU/kg时,采食量最高。
    植酸（P<0.001）和植酸酶（P<0.001）对料肉比的影响见表3。日粮有效磷水平对肉鸡料肉比无影响（P＝0.22）。植酸×有效磷×植酸酶效应对料肉比的作用明显，说明植酸酶对料肉比的影响随植酸和有效磷水平而变。在低有效磷水平，中等和高植酸日粮的料肉比随植酸酶添加量增加而线性降低；在高有效磷水平，低植酸日粮的料肉比只在植酸酶添加量800FTU/kg组有影响。
    植酸酶添加量超过400FTU/kg，所有生产性能指标并无明显改善。

    趾灰含量：
    所有植酸水平，趾灰含量与植酸酶添加量呈曲线关系。但在高植酸水平较明显，表现出典型的植酸×植酸酶效应。同时也观测到了有效磷×植酸酶效应（P<0.001),在2个有效磷水平，添加植酸酶(400FTU/kg)提高了趾灰含量，添加量再增加趾灰含量并无进一步改进(表4)。

    表观代射能：
    植酸水平不影响表观代射能（P＝3.5），但有效磷和植酸酶的作用明显（P<0.001)。同时测到了有效磷×植酸酶效应（P<0.001），说明植酸酶对表观代谢能的影响取决于日粮有效磷水平。在低有效磷水平，表观代谢能随植酸酶添加量增加稍有提高；而在高有效磷水平，所有植酸水平日粮表观代谢能都随植酸酶增加而稳定增加。平均而言，添加植酸酶可使低有效磷组表观代谢能改进1－2％，使高有效磷组改进5－6％,而且植酸酶添加量在400FTU/kg，效果最好。

    磷的回肠末端消化率
    虽然在无植酸酶组，磷的表观回肠末端消化率随植酸增加而降低(45.3－42.4－38.7)，而植酸的总体效果却不显著。有效磷和植酸酶对磷的回肠末端消化率的影响显著（P<0.001），植酸酶的作用在低有效磷组比高有效磷组显著，表明了显著的有效磷×植酸酶效应（P<0.001）。在低有效磷水平，植酸酶添加量在0、400和800FTU/kg组，磷的回肠末端消化率分别为40.2%、67.9%和64.8%；在高有效磷组，则分别为44.1%，48.4％和52.9%。

    氮的回肠末端消化率
    氮的回肠末端消化率随植酸增加而显著降低（P<0.001），降低的幅度在高植酸组最大。另一方面，氮的表观回肠末端消化率随植酸酶添加量的增加而显著提高（P<0.001)，植酸酶400FTU/kg组和无植酸酶组比，氮的消化率由80.5%提高到82.8%。没有发现任何互作效应对氮的回肠消化率的影响，这说明植酸酶对氮消化率的影响不受日粮植酸和有效磷水平的影响。整个试验中，氮消化率的提高范围在1.6%－4.7%，在低植酸组最显著。

    氨基酸的回肠末端消化率
    在低和中等植酸水平，提高有效磷对赖氨酸消化率无影响，但在高植酸组赖氨酸的消化率由85.7％降到了83.1％。同样，精氨酸也有显著的影响(P<0.07-0.001)，并观测到了有效磷x植酸酶效应。
对植酸酶的反应在低有效磷组比高有效磷组明显。在低有效磷日粮中添加植酸酶，各种氨基酸回肠消化率的平均增长率为：赖氨酸3.0,精氨酸3.7,苏氨酸6.9,异亮氨酸4.6,亮氨酸6.4,缬氨酸5.4,苯丙氨酸5.1,和组氨酸4.6％。在高有效磷日粮添加植酸酶，各种氨基酸回肠消化率的增加为：1.4,1.8,3.0,2.4,2.9,2.4,2.7和1.8％。但植酸酶添加量提高到800FTU/kg，氨基酸的消化率再无进一步提高。

    干物质沉积：
干物质的沉积显著受植酸（P<0.001）、有效磷（P<0.001）和植酸酶（P<0.001)的影响,同时观测到了植酸×有效磷效应（P<0.06）。在所有植酸和有效磷水平，干物质的沉积随植酸酶添加量增加而提高，但添加量超过400FTU/kg时无进一步提高。

    氮沉积：
    表观氮沉积受植酸（P<0.001）和有效磷（P<0.001）的影响，同时有植酸×有效磷效应。在高和低植酸组，氮沉积随有效磷含量增加而降低，但在中等植酸组无影响。添加植酸酶可促进氮沉积（P<0.001），且与日粮植酸磷和有效磷水平无关。

讨  论

    本试验结果证明：在低有效磷肉鸡日粮中添加微生物植酸酶可有效促进植酸磷的利用、骨络的钙化和肉鸡生长；肉鸡体重的增加不仅归功于采食量的增加，而且与饲料报酬的改善有关，添加酶他富400和800FUT/kg，料肉比分别下降了3.11%和4.52%，这与前人的报告相一致（Simons1990，Saylor1991,Farrell1993）。饲料利用率的提高清楚地表明添加植酸酶促进了除磷以外的其它营养物质的消化率。
    植酸酶对肉仔鸡生产性能和趾灰含量的作用与日粮有效磷有关，且在低有效磷组效果显著，这主要是因为植酸酶促进了磷的利用率。植酸酶对高有效磷日粮肉鸡生产性能的促进作用具有重要的实践意义，同样的现象在断奶仔猪也有表现（Campbell1995），显然这一额外效应与植酸酶对氮和氨基酸消化率的促进作用有关。
    植酸的抗营养作用已有大量研究。本试验也验证了植酸的抗营养作用和降低肉鸡生产性能的事实。试验中植酸的含量是通过在日粮中添加稻糠来调整，而不是添加纯植酸（植酸、植酸钙或植酸钠）获得。这一探索可能被提出疑问，因为饲料成份含有纤维素，而纤维素对日粮蛋白质和矿物元素的利用率有不良影响，但本试验日粮的粗纤维含量在允许范围，不致于对肉鸡生产性能造成影响。另一疑问是，稻糠中的胰蛋白酶抑制因子可能有不良影响，但事实是添加植酸酶后，这一负面影响被完全克服，说明植酸可能是主要的影响因子。而且在日粮中添加纯植酸来调整日粮与实际不符，当然会被否定。
    研究家禽日粮中添加微生物植酸酶对能量利用率影响的文献有限。最早的报告来自Rojas和Scott（1977），他们发现用粗酶处理棉籽粕和豆粕日粮，日粮代谢能显著提高。Farrell（1993）报道在肉鸡高粱－豆粕日粮（12.8、13.1MJ/kg)中添加酶他富表观代谢能有所提高。在本试验中，酶他富对低有效磷组的表观代谢能提高了6%，作用机理不很清楚，但不能仅用氨基酸的消化率提高来解释。值得注意，日粮中通过添加磷酸氢钙提高磷含量，表观消化率却降低,这一现象营养学家早已熟悉，其主要原因是添加无机磷的"溶解效应"造成的。而添加植酸酶后这种不良效果会被克服，这说明植酸盐水平可能与表观代谢能的降低有关。可以假定:在高有效磷水平日粮中，高的Ca与植酸盐形成不溶性的植酸盐－Ca复合物,从而降低了表观代谢能。可能是因为植酸盐－Ca复合物与肠道脂肪形成不溶性肥皂，降低了脂肪的消化率（Leeson1993）。另一种可能是植酸盐－Ca复合物：（1）直接与淀粉结合（2）抑制淀粉酶活性，从而降低了淀粉的溶解性和消化率（Knuckles和Betschart1987）。
    低有效磷组添加植酸酶显著地提高了磷的回肠末端消化率。在植酸水平分别为10.4、13.2和15.7g/kg的3组平均增加了21.8%,28.9%和27.8%，相当于日粮磷平均增加了1.17、2.18和1.94g/kg。假设磷的增加来自于植酸酶水解植酸的效果，可计算出在低、中等和高植酸水平日粮中添加酶他富，植酸的消化率提高了40.3%、58.9%和44.1%，这样植酸酶替代无机磷的重要性在高磷日粮更大。在高有效磷日粮中添加植酸酶对磷的消化率影响很小。
    植酸除了降低家禽日粮中磷的生物利用率外，还可与蛋白质发生络合作用。体外试验表明，植酸－蛋白质络合物溶解性差，不易被蛋白水解酶消化（Cheryan1980）。植酸还可与消化酶如胰蛋白酶、胃蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶作用，从而降低氮和氨基酸的消化率（Ravindran1995）。很可能是当植酸酶水解植酸释放磷的时候，它同时：（1）释放被植酸络合的蛋白质（2）消除植酸对蛋白水解酶的不良作用，促进蛋白质和氨基酸的消化和吸收。
    本试验中，植酸酶促进了肉鸡小麦－高梁－豆粕日粮回肠氮和氨基酸的消化率，说明植酸利用率的提高释放了被植酸络合的蛋白质和氨基酸。氨基酸消化率的提高范围在1－7％，主要与氨基酸的种类和有效磷的含量有关，而且植酸酶的作用效果比一些猪（Mroz1994）、火鸡（Yi1996）试验（玉米－豆粕日粮）结果显著。其中苏氨酸的消化率提高最大，其次是苯丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸和组氨酸，基本氨基酸－赖氨酸和精氨酸改善最小。与高有效磷日粮比，低有效磷日粮氨基酸的消化率显著提高（3.0－6.9%vs1.43%)。有趣的是这一结果与Yi(1996)的试验一致。他报道：植酸酶对氨基酸消化率的作用在足够蛋白质、低有效磷日粮中较明显；当蛋白质和有效磷充足时，植酸酶对氨基酸的消化率无明显影响。有三种解释，第一：当日粮中有效磷充足时，添加植酸酶对磷的消化率影响不大，从植酸中释放的磷也少。这与假设的一致：氮和氨基酸消化率的提高主要取决于植酸－蛋白质复合物中磷的水解数量。第二：如Qian（1996）报道，高有效磷的日粮中Ca通过以下方式影响植酸水解（1）与植酸络合成极难溶解的植酸－Ca复合物,（2）直接抑制植酸酶作用（Wise1983）。第三：高的无机磷水平可能抑制植酸酶活性（Lasztity1991），这仍需进一步研究。
    植酸酶可以促进干物质和氮的表观沉积率。这与磷、氮和氨基酸消化率的提高相一致，其它研究也有同样报道（Farrell1993，Sebastian1996，Yi1996）。
    本试验条件下，植酸酶对肉鸡生产性能和营养物质利用率的影响，在所有植酸水平日粮中，添加量在400FTU/kg时效果最好，多加再无改善，原因还不很清楚。但这一发现与玉米－豆粕日粮（0.24%植酸磷）和粗豆粕日粮（0.18％植酸磷）的研究结果相反，在这些试验中，植酸酶添加量在500－700FTU/kg时效果最好（Kornegay1996）。
    一个很实际的问题是：在家禽小麦－高梁－豆粕肉鸡日粮中，植酸酶与无机磷的替代量是多少?已发表的文献说法不一，从290（Kornegay1997）到1146FTU植酸酶/g磷，这种不一致是预料之中的，因为影响植酸酶作用的因素和估测方法都不同。一般的推荐量是：家禽日粮中500FTU/kg植酸酶可取代1.0g/kg无机磷。本试验中，根据肉鸡生产性能、趾灰含量和可消化磷资料，每吨饲料中添加100克酶他富取代了肉鸡小麦－高梁－豆粕－稻糠日粮中2.2g/kg的无机磷(或11－12kg磷酸氢钙/吨)。

结  论

    植酸一直被认为是限制植物性饲料中磷利用率的重要因子。现有足够的事实证明植酸的危害不仅如此，植酸还影响蛋白质、氨基酸的利用率，从而降低肉鸡的生产性能。在肉鸡小麦－高粱－豆粕－米糠日粮中添加植酸酶可有效提高日增重、饲料报酬、骨灰含量、表观消化能、蛋白质和氨基酸的消化率，以及干物质和氮的沉积。而且有效磷越低，表现越明显（除表观消化能外）。
    高有效磷组添加植酸酶验证了它对肉鸡生产性能的影响，这主要表现在高的蛋白质利用率。同时也观测到了植酸酶对能量的影响，但这不能仅用提高蛋白质的消化率来解释，需要做进一步的研究。试验结果也证实了常用肉鸡日粮中植酸盐－蛋白质络合物的存在和植酸在家禽小肠内抑制消化酶作用的事实。
参考文献(略)

表1.试验日粮配方(g/kg)

表2.肉鸡增重（7－25天)