低抗营养因子菜豆（Phaseolus vulgaris lec-lpa）替代豆粕对断奶仔猪生长性能、健康状况、粪便矿物质及肠道菌群的影响研究

　　本刊推荐：本研究评估了低植酸低凝集素菜豆（Phaseolus vulgaris lec-lpa）部分替代豆粕对断奶仔猪的影响。结果表明，尽管处理组体重（BW）和平均日增重（ADG）较低，但动物健康状况良好，粪便矿物质排泄显著减少（p < 0.05），且肠道菌群中产短链脂肪酸（SCFA）的Roseburia和Butyricicoccus菌属增加。该品种有望成为可持续的替代蛋白源，减少欧洲蛋白缺口及环境矿物污染。

　　

引言

随着全球人口预计在2050年达到100亿，对动物产品的需求将不断增加，因此需要发展更可持续的畜牧业生产体系。目前，动物饲料主要以谷物为能量来源，豆粕为植物蛋白主要来源。然而，豆粕的大规模使用带来了诸多负面影响：欧洲市场对大豆进口的依赖、生物多样性丧失、土壤耗竭以及大规模种植造成的污染增加。因此，寻找豆粕的替代蛋白源成为研究热点。

在替代蛋白源中，豆科作物因其较高的蛋白质含量而备受关注，特别是菜豆（Phaseolus vulgaris）。但菜豆的使用受到多种抗营养因子（ANFs）的限制，包括凝集素、胰蛋白酶抑制剂、单宁和植酸。这些化合物会降低养分消化率，损害肠道功能，并降低生长性能，尤其是在仔猪中。菜豆在饲料中的添加量通常限制在5%以下。

近年来，通过诱变和选育，获得了一种低植酸（lpa）和低凝集素表型的菜豆突变系（P. vulgaris lec-lpa）。该突变系显著降低了植酸和凝集素含量，同时保持了农艺可行性。植酸（肌醇-1,2,3,4,5,6-六磷酸，InsP₆）是一种强矿物质螯合剂，单胃动物缺乏植酸酶，导致植酸消化不良，形成植酸盐排泄，限制了磷和其他矿物质的利用率。而凝集素（如菜豆植物血凝素）能够结合肠上皮细胞表面的糖蛋白碳水化合物，引起微绒毛萎缩，导致肠道功能减退和胰腺增生。

因此，本研究旨在评估这种低抗营养因子菜豆部分替代豆粕对断奶仔猪生长性能、肠道菌群调节和粪便矿物质含量的影响。

材料与方法

动物饲养与实验设计

实验获得米兰大学动物福利组织批准（OPBA授权号4_2023），并符合欧洲法规。14头断奶仔猪（长白×大白，28日龄±2）被分为两组：对照组（CTRL）饲喂基础日粮，处理组（TRT）饲喂用10% P. vulgaris lec-lpa替代7.3%豆粕和0.8%豆油的商业日粮。实验持续28天。两组日粮通过Plurimix软件配置，确保等氮和等能，满足断奶仔猪营养需求（NRC，2019）。动物自由采食和饮水，环境温度28°C，相对湿度60%–70%。

日粮化学评价与矿物质组成

采用AOAC官方方法分析日粮干物质（DM）、粗脂肪（EE）、粗蛋白（CP）、粗纤维（CF）和灰分。矿物质含量通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定。

生长性能、健康状况与样品采集

在0、7、14、28天称重，每周三次称量剩料，计算平均日增重（ADG）、平均日采食量（ADFI）和料重比（FCR）。粪便性状采用4级评分：0=正常，1=软便，2=轻度腹泻，3=重度腹泻。粪便颜色采用3级评分：0=黄色，1=绿色，2=棕色。在0、14、28天采集粪便样品用于微生物和矿物质分析，直肠拭子用于菌群分析，血液样品用于血清代谢谱分析。

血清代谢物与矿物质分析

使用多参数自动分析仪（ILab 650）测定血清钙、丙氨酸氨基转移酶（ALT）、总蛋白、 albumin、球蛋白、白球比（A/G）、尿素、葡萄糖、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、总胆红素、总胆固醇、磷、镁和碱性磷酸酶（ALP）。

粪便pH、矿物质、氮含量与蛋白消化率

使用便携pH计直接测量粪便pH。粪便矿物质通过ICP-MS测定。氮含量通过凯氏定氮法测定，蛋白表观全消化道消化率（ATTD）通过酸不溶灰分（AIA）标记法计算。

菌群分析：细菌DNA提取、V3–V4区扩增与测序

使用QIAamp Power Faecal Pro DNA Kit提取DNA，通过特异性引物扩增16S rRNA基因V3–V4区，建库后在MiSeq上测序（2×250 bp）。序列质控后，通过MICCA流程合并 reads，去噪生成ASV，使用RDP数据库进行物种注释。Alpha多样性通过Chao1、ACE、Shannon、Simpson等指数评估，Beta多样性基于Bray–Curtis距离进行PERMANOVA分析。

统计分析

使用GraphPad Prism 9.0进行双因素ANOVA分析生长性能、粪便蛋白含量和蛋白消化率。血清代谢物和粪便矿物质采用JMP Pro 16进行协方差矩阵分析和主成分分析（PCA）。菌群Alpha多样性差异采用线性模型检验，Beta多样性通过vegan包adonis函数进行PERMANOVA分析。显著性水平设为p≤0.05。

结果

日粮化学评价

两组日粮在水分、CP、EE、CF和灰分方面无显著差异，表明10% P. vulgaris lec-lpa的添加未改变主要营养成分。

生长性能与腹泻发生率

处理组体重在21天和28天显著低于对照组（p<0.01）。ADG在7-28天期间处理组显著较低（p<0.05）。ADFI在15-21天期间对照组较高（p<0.05）。FCR在0-7天和22-28天期间对照组较低（p<0.05）。实验初期，两组均有少数腹泻病例，7天后均未出现腹泻，粪便颜色正常。

粪便pH、矿物质含量与蛋白表观消化率

粪便pH在各时间点无显著差异。处理组粪便中Mg、Al、P、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se、Cd和Pb含量显著较低（p<0.02）。PCA显示28天时两组粪便矿物质含量分离。粪便氮含量在处理组显著较高（p=0.0014），但蛋白表观消化率在两组间无差异。

血清代谢谱

28天时，处理组血清albumin、A/G、总蛋白显著较低（p<0.05），尿素、镁、AST和ALP也显著较低（p<0.05）。

菌群组成与细菌群落多样性

Alpha多样性指数在28天时处理组显著较低（p<0.05）。Beta多样性（Bray–Curtis）在14天（p=0.016）和28天（p=0.0039）均显示显著差异。在门水平，主要菌门为厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、广古菌门（Euryarchaeota）和变形菌门（Proteobacteria）。处理组广古菌门增加，拟杆菌门减少。在科水平，处理组Methanobacteriaceae和Spirochaetaceae在14天增加（p<0.05），Methanobacteriaceae和Clostridiaceae 1在28天增加（p<0.05）。在属水平，处理组Turicibacter、Selenomonas、Roseburia、Romboutsia、Methanobrevibacter、Mitsuokella、Butyricimonas和Dialister在28天显著增加（p<0.05）。

讨论

大豆是动物饲料中主要的植物蛋白源，但欧洲大豆生产仅满足5%的需求，依赖进口转基因大豆。因此，评估替代蛋白源如低抗营养因子菜豆具有重要意义。

本研究中，处理组生长性能较低，可能与菜豆氨基酸组成不如豆粕均衡有关，尤其是含硫氨基酸不足。此外，菜豆中的α-淀粉酶抑制剂（aAI）可能干扰淀粉消化，降低饲料转化效率。但处理组猪只健康状况良好，无腹泻发生，表明该替代是安全的。

粪便矿物质含量显著降低，表明P. vulgaris lec-lpa提高了矿物质的生物利用度，减少了环境排放，特别是磷、锌和铜，这对减少土壤和水体富营养化具有重要意义。血清代谢谱显示处理组尿素较低，表明氮利用效率可能更高，而肝酶活性较低提示肝脏负担较轻。

菌群分析显示，处理组菌群多样性和组成发生改变，广古菌门增加，尤其是Methanobrevibacter，其通过消耗H₂促进SCFA生产，有利于肠道健康。Roseburia和Butyricimonas的增加与丁酸等SCFA生产相关，有助于维护肠道屏障功能和抗炎作用。

本研究的主要局限在于生长性能评估的重复数较少（每组3栏），但个体水平指标（如体重、血液参数、菌群）样本量充足（n=7），足以支持主要研究目标。

结论

P. vulgaris lec-lpa部分替代豆粕虽降低了断奶仔猪生长性能，但保证了健康状况，减少了粪便矿物质排泄，并调节了肠道菌群，增加了有益菌如Roseburia和Butyricimonas。因此，该品种可作为环境可持续的替代蛋白源，减少对进口转基因大豆的依赖，促进欧洲农业自给和有机养殖发展。