飼糧能量水平對草原紅牛代謝及血清指標(biāo)的影響

劉基偉，張相倫，李旭，王蕾，秦立紅，班志斌，吳健，張國梁，萬發(fā)春

（1吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧所，吉林公主嶺 136100；2山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所/山東省畜禽疫病防治與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250100）

0 引言

【研究意義】草原紅牛是我國自主培育而成的乳肉兼用型的優(yōu)良品種，具有生長性能高、適應(yīng)北方寒冷地區(qū)氣候、耐粗飼、抗逆性強(qiáng)、遺傳力穩(wěn)定等優(yōu)良特性，是我國東北地區(qū)肉牛帶的主要品種[1]。近幾年，國內(nèi)專家學(xué)者圍繞草原紅牛的種質(zhì)資源開發(fā)、良種擴(kuò)繁、分子育種改良等方面開展了大量實(shí)驗(yàn)性研究[2-3]，主要從遺傳育種與繁殖領(lǐng)域挖掘了其品種特性。而從動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)角度開展的草原紅牛營養(yǎng)需要及調(diào)控方面的研究還較缺乏，嚴(yán)重限制了其推廣利用。明確營養(yǎng)需要是動(dòng)物發(fā)揮最佳生產(chǎn)性能的前提，由于缺乏系統(tǒng)研究，草原紅牛的科學(xué)飼養(yǎng)尚無標(biāo)準(zhǔn)可依。因此，開展草原紅牛養(yǎng)分消化代謝規(guī)律及營養(yǎng)需要的研究具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】飼糧能量是動(dòng)物生長的第一限制性因素，其對動(dòng)物采食、飼料養(yǎng)分的消化吸收、機(jī)體新陳代謝等方面具有重要的調(diào)節(jié)作用[4-5]。陳艷等[6]發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高飼糧能量水平可顯著改善秦川牛的生產(chǎn)性能，提高能量利用效率，但能量過高時(shí)則帶來不利影響。柏峻等[7]研究表明，提高飼糧能量水平有助于降低錦江黃牛的料重比，提高飼料營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。LI等[8]報(bào)道，飼糧能量水平雖然對湘西黃牛生產(chǎn)性能無顯著影響，但可提高產(chǎn)肉性能，改善肌肉品質(zhì)。可見，適宜的飼糧能量水平對于促進(jìn)動(dòng)物生長、提高營養(yǎng)物質(zhì)消化利用、改善胴體品質(zhì)等方面具有重要作用。【本研究切入點(diǎn)】目前，關(guān)于飼糧能量因素在草原紅牛上的相關(guān)研究較少，僅李旭等[9]初步探討了不同營養(yǎng)水平飼糧對其生產(chǎn)性能和屠宰性能的影響，且各組能量水平未明確標(biāo)明，對于草原紅牛養(yǎng)分消化代謝規(guī)律方面的研究尚未見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】基于此，本研究以體重為350 kg左右的草原紅牛為對象，系統(tǒng)探討了飼糧能量水平對草原紅牛氣體代謝、養(yǎng)分消化代謝及血清指標(biāo)的影響，通過匯總分析得出飼糧能量適宜供給量，以期為草原紅牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂和高效飼養(yǎng)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物與設(shè)計(jì)

選用12頭體重相近（365.08±2.76）kg、膘情相似、健康的草原紅牛公牛，隨機(jī)分為3個(gè)處理，每組4頭。試驗(yàn)采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，各處理組分別飼喂3種不同能量水平的飼糧，分別記為低能組（LE）、中能組（ME）和高能組（HE）。試驗(yàn)組飼糧精粗比為4:6，精飼料組成及營養(yǎng)成分見表1，粗料全部為羊草。試驗(yàn)日糧參考《肉牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》NY/T 815-2004[10]，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行配制，低能組、中能組和高能組的增重凈能分別為5.65、6.05和6.43 MJ·kg-1。試驗(yàn)期14 d，包括預(yù)試期12 d，正試期2 d，試驗(yàn)在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧所試驗(yàn)牛場進(jìn)行，于2018年11月份開展。

表1 精飼料組成及其營養(yǎng)成分（風(fēng)干基礎(chǔ)）Table 1 Composition and nutrient levels of concentrates (air-dry basis, %)

1.2 試驗(yàn)方法及飼養(yǎng)管理

預(yù)試期間，試驗(yàn)牛單槽拴系飼養(yǎng)，單飼定飼，每天7:00和17:00各飼喂1次，先精后粗，自由飲水。預(yù)試期摸索各組采食量，確保各組采食量基本一致。正試期將所有試驗(yàn)牛轉(zhuǎn)入呼吸測熱室內(nèi)拴系飼養(yǎng)，飼喂時(shí)間、日糧、飲水等條件與預(yù)試期完全相同。

正式期間，利用吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主研制的“大型動(dòng)物開放回流式呼吸測熱裝置”進(jìn)行呼吸代謝試驗(yàn)[12]，該套裝置采用“開放式”氣體通路，室內(nèi)環(huán)境溫度可控，自動(dòng)化和精度高。測定期間每隔3min，系統(tǒng)自動(dòng)檢測并記錄呼吸代謝室氣體及外界大氣的氣體變化，連續(xù)記錄2d。正式期間，同時(shí)采用全收糞尿法收集每頭牛每天的糞便和尿液，連續(xù)收集2d，開倉收集糞尿的時(shí)間為每日氣體數(shù)據(jù)采集完成時(shí)。每天采集的糞便全部稱重并作好記錄，充分混合均勻后分成2份，1份制備風(fēng)干樣本待測，1份用10%硫酸固氮后，用于定氮的檢測。每天排泄的尿液全部收集后，用量筒準(zhǔn)確記錄，用6層紗布過濾后，量取每頭牛每天尿樣的10%置于干凈塑料瓶中，加入10%的硫酸，密封置于-20℃待測。試驗(yàn)結(jié)束前每頭牛頸靜脈采集血樣10 mL，4℃條件下3 000×g離心15 min，分離血清保存于-20℃待測。

1.3 測定指標(biāo)及計(jì)算方式

1.3.1 養(yǎng)分表觀消化率 按照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[13]測定飼料、糞便樣本的干物質(zhì)（DM）、有機(jī)物（OM）、粗脂肪（EE）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF），計(jì)算養(yǎng)分表觀利用率。

飼料養(yǎng)分表觀消化率（%）=（養(yǎng)分?jǐn)z入量－糞便養(yǎng)分排泄量）/養(yǎng)分?jǐn)z入量×100

1.3.2 氣體代謝及產(chǎn)熱量 利用呼吸代謝室檢測每頭牛的氧氣消耗量、二氧化碳產(chǎn)生量、甲烷產(chǎn)生量等，并計(jì)算呼吸熵、產(chǎn)熱量。

呼吸熵 = 二氧化碳產(chǎn)生量/氧氣消耗量

產(chǎn)熱量（kJ）[14]= 16.175 × 氧氣消耗量+ 5.021 ×二氧化碳產(chǎn)生量-2.167 ×甲烷產(chǎn)生量-5.987 ×尿氮排出量

1.3.3 能量及氮代謝參數(shù) 利用氧彈式測熱儀（C2000，IKA）測定飼料、糞便、尿樣的總能值，根據(jù)甲烷產(chǎn)量計(jì)算甲烷能值，計(jì)算能量代謝相關(guān)參數(shù)。

總能采食量（MJ·d-1）=采食量×飼料總能值

糞能排泄量（MJ·d-1）=糞便排泄量×糞便能值

甲烷能排出量（MJ·d-1）=甲烷排出量×39.55（MJ·L-1）

尿能排泄量（MJ·d-1）=尿排泄量×尿能值

消化能采食量（MJ·d-1）=總能采食量-糞能排泄量

代謝能采食量（MJ·d-1）=總能采食量-糞能排泄量-尿能排泄量－甲烷能排出量

總能消化率（%）=（總能采食量-糞能排泄量）/總能采食量×100

總能代謝率（%）=（總能采食量-糞能排泄量-尿能排泄量-甲烷能排放量）/總能采食量×100

利用凱氏定氮法（Kjeltec 8400，F(xiàn)OSS）測定飼料、糞便、尿樣的氮，計(jì)算氮代謝相關(guān)參數(shù)。

總氮攝入量（g·d-1）=采食量×飼糧氮含量

糞氮排泄量（g·d-1）=糞排泄量×糞氮含量

尿氮排泄量（g·d-1）=尿排泄量×尿氮含量

消化氮（g·d-1）=總氮攝入量-糞氮排泄量

沉積氮（g·d-1）=總氮攝入量-糞氮排泄量-尿氮排泄量

氮表觀消化率（%）=（總氮攝入量-糞氮排泄量）/總氮攝入量×100

氮表觀代謝率（%）=（總氮攝入量-糞氮排泄量－尿氮排泄量）/總氮攝入量×100

1.3.4 血清生化指標(biāo) 利用試劑盒檢測血清葡萄糖（Glu）、總甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）、總蛋白（TP）、尿素氮（UN）（南京建成生物工程研究所）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2007初步整理后，采用SPSS 20.0軟件中的單因子方差分析（One-way ANOVA）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用Tukey法進(jìn)行，采用多項(xiàng)式比較分析一次線性效應(yīng)，結(jié)果以平均值和平均值標(biāo)準(zhǔn)誤（SEM）表示，P＜0.05為差異顯著，0.05＜P＜0.1表示有變化趨勢。

2 結(jié)果

2.1 飼糧能量水平對草原紅牛氣體代謝的影響

由表2可見，飼糧能量水平對草原紅牛氣體代謝各項(xiàng)指標(biāo)均有較大影響。其中，高能組草原紅牛的甲烷產(chǎn)生量、甲烷產(chǎn)生量占干物質(zhì)采食量比例、氧氣消耗量及產(chǎn)熱量均高于其余2組，二氧化碳產(chǎn)生量顯著高于中能組（P＜0.05），并且各項(xiàng)指標(biāo)隨著飼糧能量升高呈線性升高變化（P＜0.05）。中能組呼吸熵有降低趨勢，但未達(dá)顯著水平（P=0.09）。

表2 飼糧能量水平對草原紅牛氣體代謝的影響Table 2 Effects of dietary energy levels on gas metabolism of Steppe Red cattle

2.2 飼糧能量水平對草原紅牛能量代謝參數(shù)的影響

表3結(jié)果表明，各組動(dòng)物消化能采食量（P=0.053）、總能消化率（P=0.069）隨飼糧能量水平升高呈線性升高，各組間代謝能采食量、總能代謝率無顯著差異（P＞0.05）。隨著飼糧能量的升高，草原紅牛的甲烷能排放量、甲烷能占總能比值均呈線性升高，以高能組最高（P=0.018）。飼糧能量水平對糞能和尿能的排泄量均無顯著影響（P＞0.05），但糞能排泄量有線性降低趨勢（P=0.076）。

2.3 飼糧能量水平對草原紅牛氮代謝參數(shù)的影響

由表4可見，飼糧能量水平對草原紅牛各項(xiàng)氮代謝指數(shù)均無顯著影響（P＞0.05），但消化氮、沉積氮、氮消化率和氮代謝率均以高能組較高，表明高能飼料可一定程度上提高氮利用效率。

表3 飼糧能量水平對草原紅牛能量代謝的影響Table 3 Effects of dietary energy levels on energy metabolism of Steppe Red cattle

表4 飼糧能量水平對草原紅牛氮代謝的影響Table 4 Effects of dietary energy levels on nitrogen metabolism indexes of Steppe Red cattle

表5 飼糧能量水平對草原紅牛養(yǎng)分表觀消化率的影響Table 5 Effects of dietary levels on apparent nutrient digestibility of Steppe Red cattle (%)

2.4 飼糧能量水平對草原紅牛養(yǎng)分表觀消化率的影響

表5結(jié)果表明，飼糧能量水平對草原紅牛干物質(zhì)、有機(jī)物、粗脂肪、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀利用率均無顯著影響（P＞0.05），但干物質(zhì)（P=0.059）和有機(jī)物（P=0.059）表觀消化率有隨飼糧能量水平升高而線性升高的趨勢。

2.5 飼糧能量水平對草原紅牛血清生化指標(biāo)的影響

由表6可見，隨著飼糧能量的升高，血清總甘油三酯含量逐漸升高，以高能組最高（P＜0.05）；尿素氮的含量則逐漸降低，以高能組最低（P＜0.05）。各組血清葡萄糖、總膽固醇和總蛋白含量均無顯著差異（P＞0.05）。

表6 飼糧能量水平對草原紅牛血清生化指標(biāo)的影響Table 6 Effects of dietary energy levels on serum parameters of Steppe Red cattle

3 討論

3.1 高能飼糧可以提高草原紅牛氣體代謝及產(chǎn)熱量

反芻動(dòng)物的氣體代謝中，甲烷反映了瘤胃的發(fā)酵活動(dòng)，而氧氣和二氧化碳則說明了機(jī)體生命代謝狀況[15]。研究人員對甲烷產(chǎn)量與飼料能量含量的關(guān)系進(jìn)行了大量的研究，但沒有取得一致的結(jié)果。馬媚[16]報(bào)道，荷斯坦奶牛的甲烷產(chǎn)量隨飼糧能量水平的升高逐漸升高，而崔安[17]卻發(fā)現(xiàn)，低能組秦川牛的甲烷產(chǎn)量高于中能組和高能組，其原因與飼糧精粗比提高、纖維含量降低有關(guān)。高精粗比的飼糧使得瘤胃乙酸產(chǎn)量降低，丙酸升高，而乙酸與甲烷的排放成正相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著飼糧能量水平的提高，甲烷產(chǎn)生量、氧氣消耗量和二氧化碳產(chǎn)生量在數(shù)值上呈先降低后升高的趨勢，由于各組飼糧的精粗比一致，因此甲烷產(chǎn)生量的高低主要受飼糧成分和營養(yǎng)水平影響。與低能組相比，中能組飼糧中玉米添加比例升高，而高含量的淀粉可降低甲烷的產(chǎn)生[18]，因此中能組甲烷排放量略微降低。高能組除玉米含量高于低能組外，還額外添加了1%的大豆油。添加油脂對甲烷產(chǎn)生的影響結(jié)果也不一致，有報(bào)道表明飼料添加油脂會(huì)降低反芻動(dòng)物甲烷的產(chǎn)生量，本研究結(jié)果與其不一致，但其油脂的添加劑量高達(dá)50 g·kg-1DM以上[19-20]，本研究僅為4.3 g·kg-1DM。孫玲玲等[21]研究發(fā)現(xiàn)飼糧添加少量的硬核油可提高瘤胃乙酸含量，有可能促進(jìn)甲烷產(chǎn)生，與本研究預(yù)期結(jié)果類似。本研究提高飼糧能量水平增加了草原紅牛的氧氣消耗量和二氧化碳產(chǎn)生量，導(dǎo)致產(chǎn)熱量的增加，與馬媚[16]的研究結(jié)果一致，原因可能是高能量的攝入提高了動(dòng)物機(jī)體的代謝水平[22]。

3.2 提高飼糧能量水平可影響草原紅牛能量及氮代謝參數(shù)

能量和氮代謝均與日糧能量水平密切相關(guān)，在適宜的飼養(yǎng)水平范圍內(nèi)，隨著飼糧能量水平的提高，飼料有效能量用于維持部分相對減少，用于生產(chǎn)的凈效率增加，因此其消化能和代謝能值均增加[5]。本研究提高飼糧能量水平顯著增加了甲烷能的排放量，但不影響草原紅牛的糞能和尿能的排泄量。由于飼糧能量水平增加提高了甲烷的產(chǎn)生量，進(jìn)而使甲烷能的排放量顯著增加。糞能是飼料能量中損失最大的部分，其排泄量受動(dòng)物種類、年齡和飼料類型影響；尿能主要來源于機(jī)體的蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物（尿氮）[5]。劉道楊等[23]發(fā)現(xiàn)飼糧能量水平對11—12月齡夏南牛（275.57 kg）的糞能和尿能排泄量均無顯著差異。但陳艷等[6]報(bào)道，秦川牛（336.33 kg）的糞能排泄量隨飼糧能量水平的提高呈先增加后降低的變化趨勢，但尿能排泄量不受影響。造成上述結(jié)果差異的原因與飼糧能量水平差異、動(dòng)物品種和所處的生理階段不同有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，各組消化能和代謝能采食量、總能的消化率和代謝率等指標(biāo)雖然差異不顯著，但數(shù)值上均隨飼糧能量水平提高而升高，其中高能組的總能消化率和代謝率達(dá)71.66%和65.22%，這與崔秋佳等[24-25]研究結(jié)果類似。

反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)利用效率受動(dòng)物生理階段、日糧組成、飼料蛋白質(zhì)品質(zhì)等各方面的影響[5,26-27]。穆阿麗等[28]報(bào)道，提高飼糧能量水平可從數(shù)值上提高4—6月齡利木贊×魯西黃牛雜交牛（105.32 kg）的氮沉積率，但差異不顯著。但張蓉[29]報(bào)道，飼糧能量對新生犢牛的養(yǎng)分表觀消化率均具有顯著影響，適宜能量水平可顯著提高氮的表觀消化率。本研究表明，飼糧能量水平對草原紅牛的糞氮、尿氮排出量均無顯著影響，各組間可消化氮、沉積氮、氮的表觀消化率和代謝率等雖有增加的趨勢，但差異不顯著，與穆阿麗等[28]的研究結(jié)果一致。

3.3 飼糧能量水平對草原紅牛養(yǎng)分表觀消化率的影響不顯著

養(yǎng)分消化率是反映飼糧組成能否滿足動(dòng)物生長需要及營養(yǎng)配比是否均衡的重要指標(biāo)，飼糧能量水平是影響消化率的重要因素之一。崔祥[30]報(bào)道，隨著飼糧能量水平的提高，180日齡斷奶犢牛干物質(zhì)表觀消化率呈先升高后降低的變化趨勢，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率逐漸升高，但對有機(jī)物和粗脂肪消化率無顯著影響。曾書秦[31]研究表明，7—10月齡荷斯坦育成牛的干物質(zhì)、有機(jī)物和粗脂肪的表觀消化率隨飼糧能量水平提高而提高，但酸性洗滌纖維的消化率降低。柏峻等[7]研究了飼糧能量水平對錦江黃牛（301 kg）的影響，發(fā)現(xiàn)各組間養(yǎng)分消化率也無顯著差異，但隨能量水平升高呈增加趨勢。上述研究結(jié)果表明，適當(dāng)提高飼糧能量水平有利于提高飼料養(yǎng)分消化率，但當(dāng)超過一定水平后，消化率開始降低。適宜能量水平的日糧可能會(huì)促進(jìn)瘤胃微生物區(qū)系的優(yōu)化和新陳代謝，提高飼料利用率[26]，但過高能量的飼料可能會(huì)導(dǎo)致消化底物和酶分泌量的不均衡，導(dǎo)致消化率降低[7]。本研究發(fā)現(xiàn)飼糧能量水平對各養(yǎng)分的表觀消化率均無顯著影響，但數(shù)值上隨飼糧能量水平的升高逐漸升高，與上述研究報(bào)道類似。

3.4 飼糧能量水平可影響草原紅牛部分血清生化指標(biāo)

血清生化指標(biāo)的變化通常與機(jī)體營養(yǎng)水平或疾病密切相關(guān)[32]。本試驗(yàn)中，血清葡萄糖、脂類、蛋白代謝等相關(guān)產(chǎn)物指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)[33]，說明各組動(dòng)物機(jī)體代謝水平正常。本研究發(fā)現(xiàn)飼糧能量水平對血清葡萄糖、總膽固醇和總蛋白水平均無顯著影響，與武婷婷等[34]的研究結(jié)果類似，說明本研究飼糧能量水平的提高還不足以改變上述指標(biāo)。但是，血清總甘油三酯含量以高能組最高，可能與高能組精料添加了油脂有關(guān)[35]。而血清尿素氮含量以高能組最低，血清尿素氮含量可反映機(jī)體的蛋白質(zhì)利用程度，提高飼糧能量水平降低了血清尿素氮含量，可能是通過促進(jìn)瘤胃微生物蛋白合成提高了氮利用效率，進(jìn)而導(dǎo)致血清尿素氮降低[36]。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，提高飼糧能量水平提高了草原紅牛的甲烷產(chǎn)量及甲烷能排放量，增加了氧氣消耗量和二氧化碳產(chǎn)量，增加了產(chǎn)熱量；提高飼糧能量水平有提高草原紅牛能量和各養(yǎng)分表觀消化率的趨勢。綜合各項(xiàng)指標(biāo)以中能組最佳，推薦350 kg的草原紅牛消化能和消化蛋白日供給量分別為128.12 MJ·d-1、749.50 g·d-1，代謝能和沉積蛋白日供給量分別為121.78 MJ·d-1和678.75 g·d-1，增重凈能日供給量為55.96 MJ·d-1。