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动物养殖生产中使用抗生素可以提高生产性能和控制一些疾病的发生,但是过度使用抗生素将导致动物产生免疫抑制、病原菌产生抗药性和抗生素在产品中的残留。
研究发现，丁酸具有提高动物生长性能、调节肠道功能、增强免疫力和抗氧化能力等作用,其作为抗生素替代品具有广泛的应用前景。
丁酸进入肠道可被肠道上皮细胞迅速吸收,转化为用于 ATP 合成的酮体,因此可作为结肠细胞提供能量的主要营养物质。
丁酸改变胞内某些蛋白的磷酸化、乙酰化和甲基化水平,进而影响相关基因表达和细胞信号传递,参与细胞增殖分化、免疫调节和减少氧化应激、控制腹泻。
此外,丁酸还可以通过 G 蛋白耦联受体促进肠道黏液分泌和上皮屏障形成:降低致病菌及其代谢产物对机体的影响。
但是,丁酸的易挥发、气味难闻、适口性差等特点导致其不宜作为动物饲料添加剂使用。
丁酸钠是一种有机化合物，分子式是C4H7O2Na。外观为白色或类白色粉末，有特殊的奶酪酸败样的脂臭味，有吸湿性。密度为0.96 g/mL（25/4℃），熔点为250~253℃，易溶于水和乙醇。
大量研究证明,丁酸钠可改善肠道形态结构、增加绒毛高度与隐窝深度、降低肠道 pH、促进益生菌增殖、增强机体免疫功能、保护肝脏健康、减少脂肪堆积和促进脂质代谢。
丁酸能抑制调节核转录因子-KB(NF-KB)信号通路,通过增加细胞浆中的p50浓度和抑制NF-KB抑制蛋自(IKB)的磷酸化，抑制NF-KB-IKBα 复合物释放 NF-KB并防止其从细胞质转移到细胞核,最终抑制促炎细胞因子的表达。
Nrf2 是一种保护细胞免受氧化应激的调节剂,并控制许多抗氧化基因的诱导表达，丁酸钠可能通过激活Nrf2 增强抗氧化作用。
丁酸钠可恢复高脂饮食引起的小鼠肠黏膜损伤,增加 Z0-1的表达,通过调节小鼠肠道菌群生态来减轻脂肪性肝炎，并显著降低肝脏脂肪积累及胆固醇含量。
研究发现,丁酸钠能够促进尼罗罗非鱼、巨骨舌鱼幼鱼肠细胞增殖和分化,增加绒毛高度、宽度和杯状细胞数量,并减少固有层的宽度,改善其肠道形态结构。
NF-KB作为关键转录因子参与调控炎症反应和控制编码促炎细胞因子基因的表达。
研究显示,高豆粕饲料可显著提高大菱鲆肠道NF-KB和促炎因子 TNF-a基因的表达,并抑制抗炎因子转化生长因子-B(TGF-B)基因的表达；
但在高豆粕饲料中添加丁酸钠可显著降低 TNF-α基因表达水平和抑制 NF-KB 信号通路,减轻了高豆粕饲料对大菱鲆造成的肠道炎症反应,并显著增加了栖热菌的相对丰度,降低拟杆菌的相对丰度,表明丁酸钠可减轻高豆粕饲料对肠道微生物的负面作用。在杂交石斑鱼的研究中得出相同结论。
研究发现,饲料中添加0.2%的丁酸钠可以显著降低肠道中IL-1β和TNF-a的表达水平,提高大口黑鲈的非特异性免疫反应,并能够显著增加大口黑鲈肠道菌群中厚壁菌门的数量,降低软壁菌门、拟杆菌门的数量,减轻由高豆粕引起的肠炎反应,改善大口黑鲈的肠道健康。
饲料中添加2000mg/kg的丁酸钠可显著提高草鱼前肠和中肠绒毛高度和肠道重量,显著提高饲料效率,而饲喂添加3 000 mg/kg 丁酸钠饲料的草鱼的生长率最低。
丁酸钠可恢复被大豆球蛋白破坏的中华绒整蟹肠道微生物丰富度,降低致病菌数量,增加芽孢杆菌、乳杆菌、几丁质杆菌等益生菌的丰富度,还可通过提高中华绒螯蟹抗菌肽基因mRNA的表达水平,降低促炎因子 TNF-α 的含量,增强肠道免疫力。
钱希逸等发现,饲料中添加丁酸钠植物精油复合剂显著提高了南美白对虾的增长率,改善了南美白对虾的生长性能,推断可能与其增强非特异性免疫力、优化肠道菌群有关。
丁酸钠能够显著提高南美白对虾、黄颡鱼肠道淀粉酶、脂肪酶活性显著提高饲料转化率,改善生长性能。
L型氨基酸转运体2(LA72)主要在肠道上皮细胞的基底外侧膜中表达,在肠内氨基酸转运中起重要作用,寡肽转运蛋白1(PepTI)位于肠上皮的刷状缘膜上,在蛋白质消化、吸收二肽和三肽中起重要作用。
研究显示,丁酸钠可显著提高草鱼肠道中LAT2和PepTI的表达水平,显著提高肠道蛋白质消化和氨基酸吸收能力,刺激二肽和三肽的吸收,提高草鱼的生长性能。
饲喂尼罗罗非鱼添加丁酸钠的饲料对其血清中 ALT 和AST 的活性无显著影响,表明丁酸钠对尼罗罗非鱼肝脏无毒副作用。
研究发现,氨应激可显著增加黄颡鱼血清中ALT和AST的活性，饲喂黄额鱼添加1000 mg/kg丁酸钠的饲料能够显著降低血清中ALT 和 AST的活性,表明丁酸钠可缓解黄额鱼应激时对肝脏造成的损伤。
综上可知,饲料中添加适量的丁酸钠可显著改善不同种类水产动物肠道形态结构、肠道菌群,减轻肠道炎症反应。
肠道发炎的症状包括黏膜组织高度营养化、发炎细胞渗透性的改变、 充血、肠道绒毛变短而影响吸收、营养消化率下降及对其他细菌性疾病抵抗减弱等。
所幸丁酸钠也具有抑制水产动物肠道发炎的功效！丁酸钠能促进肠道细胞增殖，促进肠道对营养素的消化吸收能力。
水产研究社参考大量研究表明，在饲料投喂中添加一定剂量的丁酸钠能够促进动物采食和提高增重率，降低饵料系数。
丁酸钠可作为抗生素良好的替代品，作为一种绿色功能性添加剂，丁酸钠能够通过在肠道中分解释放丁酸促进肠道上皮细胞生长发育、改善肠道绒毛形态结构、增强肠道消化吸收和损伤修复能力，同时还可调节肠道酸性环境、抑制有害病原体繁殖和促进耐酸有益菌增殖；
丁酸钠能够抑制促炎因子表达、增强机体免疫能力、降低肝脏功能损伤和保护肝脏健康，并通过降低丙二醛含量、激活核因子E2相关因子 ２（Ｎｒｆ２）通路增强机体抗氧化能力；此外，丁酸钠还可调节脂质代谢，减少脂肪堆积。
本文在国内外相关研究的基础上，重点阐述丁酸钠在调节动物肠道健康、免疫力、抗氧化能力和脂质代谢等方面的生物学功能及其在猪、禽、反刍动物、水产动物养殖中的应用，旨在为丁酸钠在动物生产中的研究和合理应用提供科学依据。
丁酸钠在畜禽及水产动物养殖中具有广阔的应用前景,本文就国内外研究现状总结了丁酸钠的生物学功能及其在动物养殖中的应用研究进展,以期为丁酸钠在畜禽和水产养殖中的应用提供科学依据和参考。
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丁酸钠在水产动物上应用的效果可归纳如下：
1）改善水产动物的生长表现及营养成分消化率；
2）提高水产动物肉质品质；
3）促进肠绒毛增长及修复，帮助肠道消化吸收动植物蛋白，提高蛋白转化率；
4）产生乙酸、丁酸等短链脂肪酸抑制肠道发炎，减少过敏反应，预防白便空肠空胃现象，使肠道增粗，更利于营养吸收；
5）提高机体免疫力，修复损伤肠道粘膜；
6）促进肝脏健康，增粗肠道，加厚肠壁；
7）抑制弧菌；
8）提高饲料适口性。
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另外，丁酸钠在虾类上也有很广泛的应用。丁酸可用以保护盐水明虾免受病原性弧菌感染（T. Defoirdt等人 2006）。
在实验室中丁酸可完全抑制明虾弧菌LMG21363生长 (in vitro) 。
在明虾体内，丁酸可增加经过弧菌感染两天后的存活率 (in vivo)，见表8：
表8 丁酸对明虾经过弧菌感染两天后的存活率的影响
处理组
存活（%）
对照组
80 + 3
LMG21363弧菌
12 + 2
LMG21363弧菌 + 丁酸 (25 mM)
48 + 2a
LMG21363弧菌 + 丁酸 (100 mM)
50 + 5a
2006年Owen等人以大豆浓缩在鲶鱼进行过敏性试验，日粮以鱼粉为主或日粮以大豆浓缩 + 2公斤丁酸钠为主，其结果表明两组生长速度无统计学上的差异，表示丁酸钠可弥补大豆浓缩的缺点。
Jaume Perez-Sanchez及其团队与西班牙Instituto de Acuicultura de Torre la Sal(IATS-CSIC)学院和挪威University of Life Science用包被丁酸钠在乌颊海鲷作对比实验(设3个重复，90公升水槽，15幼鱼/槽，试验期9周)。乌颊海鲷幼鱼(25克初重)。
实验主要探讨是在以植物性蛋白为主的日粮中(内含20%鱼粉及35%鱼油被混合植物油所取代)，添加丁酸钠是否可减轻生长负面的影响及植物性引起的肠炎。生长结果表明，丁酸钠明显改善肠道健康及使肠道增粗。
Nuez-Ortin 2011也指出包被丁酸钠对鲶鱼(P. hypohthalmus)生长有非常优异的表现，如下表。
对照
增重 (克)
生長速度
料肉比
蛋白生成比例(%/天)
37.56a
3.34a
1.65a
1.34a
0.05%包被丁酸钠
50.68b
4.32b
1.39b
1.81b
丁酸钠对罗非鱼生长、血液参数及免疫反应的影响（Ahmed H. A., 2015）
1）试验设计
选择健康状况良好的罗非鱼200条，随机分成两个处理组，每个处理组各100条。对照组饲喂基础日粮，丁酸钠组饲喂基础日粮添加0.03%丁酸钠，基础日粮含有蛋白质24.7%，总能3896千卡/公斤。罗非鱼的喂食量以每日3%鱼体重量喂食；每日分两餐。
2）试验结果
表1 丁酸钠对罗非鱼的生长表现
对照组
丁酸钠组
初重 (克)
16.7
16.8
末重 (克)
100.4
112.1
增重 (克)
83.7
95.3
生长速度, %
1.08
1.14
采食量 (克)
165.75
175.54
料肉比
1.98
1.84
蛋白合成效率
2.06
2.21
鱼体增加长度 (公分)
2.7
3.5
存活率, %
92.25
95.12
表2 丁酸钠对罗非鱼肉品质的影响
%
对照组
丁酸钠组
水分
73.7
72.3
干物质
26.3
27.7
蛋白质
62.3
66.5
脂肪
21.9
19.6
灰分
15.8
13.9
表3 丁酸钠对罗非鱼血清蛋白、血葡萄糖及肝指数的影响
对照组
丁酸钠组
血液总蛋白 (mg/dL)
3.92b
4.56a
血液白蛋白 (mg/dL)
2.87a
3.02a
血液球蛋白 (mg/dL)
1.05c
1.54ab
血液葡萄糖 (mg/dL)
86.75b
97.50a
肠道葡萄糖吸收 %
27.25b
44.0a
GPT (mg/dL)
38.3a
32.6b
GOT (mg/dL)
106.0a
90.4b
ALP (mg/dL)
73.82a
57.18b
1）试验设计
选择健康状况良好的鲤鱼360条，随机分成四个处理组，每个处理组设3个重复，每个重复各30条。对照组饲喂基础日粮，另外三个试验组分别在基础日粮中添加0.05%、0.1%、0.15%的丁酸钠。饲料期60天，每日投饵2次，喂食量为鱼体重的3-4%。
2）试验结果
表6 丁酸钠对鲤鱼生长情况的影响
对照组
丁酸钠组（克/吨）
500
1000
1500
初重 (克)
43.21
42.77
43.03
45.36
末重 (克)
128.67
130.33
132.37
132.70
平均增重 (克)
85.5
87.6
89.3
89.3
料肉比
1.95
1.91
1.87
1.87
魚蛋白合成 %
202.66
207.67
211.86
211.88
表7 丁酸钠对鲤鱼肠道粘膜结构的影响
对照组
丁酸钠组（克/吨）
500
1000
1500
绒毛高度 (μm)
627.89a
657.11b
683.67c
765.44e
绒毛宽度 (μm)
110.97a
128.68bd
136.66cd
153.39e
