家蠶的營養攝食特性及蠶沙的飼用價值

杜周和,嚴 旭,張智勇,粟思源,左艷春, 劉彬斌,鄒邦興,王紅林,寇 晶,劉俊鳳*

(1.四川省農業科學院 牧業研究中心,四川 南充 637000；2.四川省農業科學院 蠶業研究所,四川 南充 637000)

進行農業供給側改革,大力發展草食畜牧業,可以不斷滿足人們對畜禽產品日益增長的品質和數量需求[1,2]。當前,優質蛋白飼料短缺、冬春季青綠飼料供應不足是限制畜禽產品產出和威脅畜禽食品安全的重要因素[3]。豆粕是全球動物飼料中使用最多的蛋白原料[4]。蛋白資源緊缺是一個世界性問題,我國尤為嚴重[5]。2017年我國大豆需求總量為11079萬t,但國內產量不足1500萬t,進口補充9553萬t。飼料原料短缺,大量依賴進口已成為影響我國畜牧業安全的嚴重問題[6]。提高現有蛋白質資源的利用率,開辟新的蛋白飼料資源,是緩解蛋白質資源短缺的有效途徑[5]。我國非糧型飼料蛋白質資源非常豐富,桑(MorusalbaL.)就是其中重要一種[7]。桑樹生物產量大,桑葉蛋白質含量高，氨基酸比例平衡,動物適口性好;我國栽桑技術普及,桑樹栽植規模大;桑具有開發為蛋白飼料源的巨大潛力[8-10]。家蠶(BombyxmoriL.)是典型的寡食性昆蟲,只食桑葉,但對桑葉營養的利用率低,平均消化率僅36%左右[11]。家蠶對桑葉取食不完全,對桑葉養分消化吸收不充分,因此蠶沙(蠶糞和蠶采食后剩余桑葉殘渣的混合物)中尚存大量營養物質,具有較高的飼用價值[12]。本文深入研究了桑的生長發育規律及家蠶對桑葉養分的消化吸收特性,旨在為蠶沙的飼用開發提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試蠶品種:“造A×蘭B”一代雜交種,由四川省農業科學院蠶業研究所家蠶育種研究室提供,對其進行常規技術飼養管理。

供試桑品種:“湘7920”,由四川省農業科學院蠶業研究所桑園場提供,對其進行常規技術栽培管理。

1.2 試驗設計

根據桑葉在枝條上的著生位置(葉位)確定其生長發育程度；采摘不同葉位的桑葉分別烘干粉碎，測定其營養成分,研究桑葉在生長發育過程中的營養動態變化特性。家蠶飼養,從3齡餉食開始稱量給桑,記錄給桑量;3齡和4齡分別在就眠止桑前除沙1次,5齡每日除沙1次,每次除沙時分別稱量蠶座剩余的桑葉殘渣(殘桑)量和蠶糞量;5齡蠶期雌、雄蠶分開飼養,每區定蠶400頭,分別調查雌、雄蠶的采食消化情況。每次喂桑時隨機抽取一定數量的桑葉放置于蠶室作為全葉樣品,在室溫下讓其自然失水,隨同每次收集的殘桑和蠶糞烘干粉碎備用。烘干條件:105 ℃殺青30 min,65 ℃烘干至恒重。各處理設3次重復。

1.3 測定項目與方法

調查不同葉位桑葉的干物質含量及營養成分;分期調查家蠶在不同發育階段的給桑量、殘桑量、蠶糞量,計算其食下量、食下率、消化量、消化率，相關計算公式為：食下量=給桑量-殘桑量；食下率=食下量/給桑量;消化量=食桑量-蠶糞量；消化率=消化量/食下量。

所有樣品烘干粉碎過40目篩,測定粗蛋白(CP)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、粗脂肪(EE)、粗灰分(CA)含量等指標。用Van Soest濾袋法測定NDF和ADF含量(ANKOM A2000i)；采用索氏抽提法測定EE含量(ANKOM XT15i)；采用凱氏定氮法測定CP含量(海能K9860)；采用灼燒法測定CA含量(中科奧博馬弗爐TL2012)。參照Rohweder等的方法計算相對飼用價值(relative feeding value, RFV),其計算公式如下:

RFV=(DDM×DMI)/1.29

DDM=88.9-0.779×ADF

DMI=120/NDF

上式中: DDM (digestibility of dry matter)為可消化干物量(%)； DMI(dry matter intake)為干物質采食量(%)。

1.4 數據分析

應用SPSS 17.0對試驗數據進行方差分析；采用Duncan氏法進行差異多重比較；使用Microsoft Excel 2010作圖。

2 結果與分析

2.1 桑葉的營養成分及動態變化

桑葉在枝條上的著生位置稱為葉位,葉位從莖尖向枝條基部按增序排序。桑葉的發育經歷開葉、生長、成熟、衰老四個歷程;莖尖細胞分裂生長不斷產生新葉,枝條中下部的葉片漸次成熟衰老。在通常情況下,第5位葉開始進入成熟狀態。在桑葉生長發育過程中,隨葉齡的增加(葉位數變大),葉片所含水分逐漸減少,干物質(DM)含量漸增,最后維持在一定的水平;干物質中CP含量逐漸下降,至生長盛期達到最低水平,然后又逐漸升高;NDF和ADF含量先緩慢升高,然后大幅降低,至生長盛期達到最低,然后又大幅升高;EE和灰分含量一直維持在相對穩定的水平(圖1)。

2.2 家蠶的采食特性

家蠶一生經歷卵、幼蟲、蛹和成蟲四種變態。幼蟲發育經歷4次就眠、5個齡期,眠起后第1次喂桑稱為餉食,餉食是進入下一個齡期的開始。每個齡期都要經過少食期、盛食期、減食期三個階段。5齡期是食桑量最大的齡期,其食桑量占家蠶整個生命周期全部食桑量的80%～85%,對蠶沙的產量構成和品質特性具有重大影響,因此本研究對5齡家蠶的采食特性分雌、雄性別進行逐日詳細調查。從餉食開始,家蠶的食下量逐日增加,至盛食期(5齡第4～5天)達到高峰,然后下降,在老熟前1 d又有所增加;雌蠶的食桑量大于雄蠶。食下率在餉食后第2天達到最大值,然后逐日下降,在老熟前1 d又有所增加;食下率在雌雄性別間沒有顯著差異。消化量在餉食后逐日增加,至第4天盛食期達到峰值,然后逐日下降,在老熟前1 d又有所增加;消化量在雌、雄性別間沒有顯著差異。消化率從餉食第1天開始逐日降低,在老熟前1 d有所增加;消化率在雌、雄性別間沒有顯著差異(表1、圖2，因雌、雄蠶各指標的變化趨勢大致相同,故僅列示雄蠶的曲線圖,雌蠶圖略)。從5齡全期來看,給桑量的75%左右被家蠶采食,其余25%左右以殘桑(葉片中不被采食的葉脈和葉肉碎片)的形式成為蠶沙的組成部分。采食量的45%～50%被家蠶消化吸收,用于家蠶維持各種生理活動的能量消耗、機體組織構成及絲物質生產,其余50%～55%的部分以蠶糞的形式排出,成為蠶沙的另一主要組成成分。在蠶沙的組成成分中，殘桑約占41%，蠶糞約占59%。家蠶對投喂桑葉的消化利用率僅為37.24%～41.26%,投喂的桑葉絕大部分成為蠶沙。在量蠶給桑的標準飼養技術體系下,按良桑飽食的飼養要求,雌蠶的食桑量比雄蠶大,因此對雌蠶的給桑量也較雄蠶大,雌蠶的食下量大于雄蠶,但食下率在性別間沒有顯著差異;雌蠶對食下桑葉的消化率大于雄蠶,因而雌蠶對桑葉的總體利用率高于雄蠶。

表1 家蠶5齡幼蟲對桑葉的采食消化特性

2.3 家蠶的營養攝取特性

家蠶取食桑葉僅能食用葉肉及細小的葉脈,剩余較粗大的葉脈成為殘桑的主要組成成分。粗蛋白和粗脂肪在葉肉中的含量高于葉脈,而纖維素和灰分在葉肉中的含量則低于葉脈。家蠶取食桑葉后,經腸道消化,其中的CP和EE被大量吸收利用,表現為蠶糞中的CP和EE質量分數降低,特別是CP含量降低極為顯著;而纖維素和灰分被吸收利用較少,表現為蠶糞中NDF、ADF和CA的質量分數升高,特別是NDF和ADF升高明顯,表明家蠶消化利用纖維素的能力很弱。家蠶雖然消化利用了桑葉中大量的蛋白質和脂肪,但蠶沙中的蛋白質和脂肪依然很豐富,具有較高的飼料開發價值(表2)。

表2 家蠶對桑葉中不同養分的吸收利用率 %

2.4 蠶沙的營養成分及相對飼用價值

對比分析蠶沙與2種新型木本飼料及3種常用禾本科飼草的營養成分,蠶沙的粗蛋白含量為12.27%,位居第2位;中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量最低,分別為26.26%和20.28%;礦質元素豐富,灰分含量位居榜首,高達15.32%。在對比分析的6種飼料中,蠶沙的相對飼料價值最高,達258.96%,遠高于其它幾種飼料,是墨西哥玉米的3.25倍(表3)。

表3 幾種飼料原料的主要營養成分含量比較

3 討論

3.1 蠶沙的飼用價值

經過家蠶的消解富集,蠶沙中營養成分豐富,本實驗測得蠶沙中含CP 12.27%、NDF 26.26%、ADF 20.28%、EE 4.50%,相對飼料價值高達258.96%。玉米、高粱的CP含量分別為7.8%和9.0%;苜蓿的NDF和ADF含量分別為36.7%和25.0%;蠶沙的CP含量高于谷實類飼料的,纖維含量低于苜蓿的,其營養價值水平介于精料與粗料之間[14]。粗飼料的分級指數(GI)可以綜合反映飼料在畜禽生產中的飼用營養價值。劉美等測得蠶沙的GI值為3.38,而苜蓿、羊草和玉米秸稈的GI值分別為4.45、0.46和0.11,蠶沙的GI值略低于苜蓿,但遠高于羊草和玉米秸稈。研究表明,向日糧中添加一定比例的蠶沙可以促進山羊對飼糧DM的消化代謝,其CP、NDF、ADF的表觀消化率顯著提高[15]。蠶沙中氨基酸總含量在10.56%以上,氨基酸含量占粗蛋白的85.49%,表明蠶沙粗蛋白中超過85%為真蛋白[16]。日糧中某種氨基酸過量或不足都會對機體產生負面影響[17]。保持日糧中多種氨基酸的平衡供給,可以減少氨基酸間的頡頏作用,提高動物的生產性能和氮消化率,降低氮排放,保護環境,提高養殖經濟效益[18]。我國飼料工業主要參照北美模式,以玉米為能量配料,以豆粕為蛋白配料。以玉米—豆粕為主體的日糧,第一或第二限制性氨基酸基本上為賴氨酸和蛋氨酸[18～22]。桑葉和蠶沙中氨基酸種類全面,比例適宜,特別是富含賴氨酸和蛋氨酸[16,23]；蠶沙的飼用化可以有效緩解蛋白質營養不足和氨基酸比例失衡的問題[24]。試驗表明,豬對蠶沙中粗蛋白質、粗纖維及總能的表觀消化率分別為67.33%、62.16%和74.20%;對蠶沙的消化能為11.02 MJ/kg,表現出較高的飼用價值[25]。

3.2 蠶沙作飼料,拓寬飼料來源,變廢為寶

為了保障畜牧生產健康和畜禽產品安全,歐盟禁止使用哺乳動物源性肉骨粉飼喂反芻動物,禁止動物源性成分在種內循環;我國亦禁止在反芻動物飼料中使用動物源性飼料產品。但由于蛋白飼料的匱乏,在反芻動物精料補充料中違禁添加肉骨粉等動物源性成分的現象屢見不鮮[26]。在現實生產中,一方面是飼料蛋白緊缺,另一方面蛋白飼料資源卻未得到充分開發利用。我國非糧型植物飼料蛋白資源豐富,但開發利用程度很低，比如:年產棉籽餅粕約400萬t,喂豬僅占16%;年產菜籽粕約700萬t,只有5%～6%用作飼料,其余直接用作肥料[5];發達國家農產品綜合利用率達90%,我國只有40%左右[9]。桑葉蛋白質含量高,氨基酸比例平衡,動物采食率和消化率高[8～10]。向仲懷院士在中國工程院科技論壇上指出,現代蠶業的發展,要將蠶桑產業與大農業有機融合,特別是將桑作飼料整合融入到“草地+n”的大農業體系中[9]。任繼周院士明確指出,桑富含維生素和微量元素,對提高畜禽飼料的營養價值具有重要意義。農業農村部已將桑納入飼料原料目錄,桑作飼料獲得國家法規認可。家蠶是典型的寡食性昆蟲,桑是其唯一食料,但家蠶對桑葉的采食、利用并不充分,平均采食率只有74.94%,平均消化率僅36%左右[11],其余大部分以蠶沙(桑葉殘渣和蠶糞)的形態被廢棄[27]。我國栽桑規模在全球最大,現有桑園面積80多萬hm2,年產優質蠶沙及養蠶剩余桑葉800多萬t,可開發體量大[23,28]。蠶沙作畜禽飼料,既可以延伸蠶桑產業鏈條,增加畜牧業飼料供應,又可以清潔養蠶環境,一舉兩得,對提高農牧業的總體經濟效益意義重大[12]。充分利用現有的蠶桑副產物資源開發飼料,不僅能降低養殖飼料成本,而且能節約飼糧用地,有利于節約耕地,保護環境。國際公認30%是土地開發警戒線,當土地開發強度超過警戒線時,人類的生存環境就會受到影響[29]。我國耕地有限,土地開發已接近警戒線。我國南方地區的?；~塘系統通過“塘基種桑、桑葉喂蠶、蠶沙養魚、魚糞肥塘、塘泥壅?！钡鸟詈?實現了物質和能量的多級循環利用和零污染排放,堪稱蠶沙飼用價值利用的典范,被聯合國糧農組織(FAO)認定為全球重要農業文化遺產[30～32]。

3.3 蠶沙作飼料，助力無抗養殖

我國養殖生產中大量使用抗生素,每年用于畜牧及飼料行業的抗生素高達9.7萬t,過量使用甚至濫用抗生素的現象非常普遍,嚴重威脅畜禽產品的食用安全。歐盟于2006年1月1日起禁止在飼料中添加抗生素,美國從2007年起在畜牧生產中推行無抗養殖[33]。2016年7月,國務院食品安全辦、食品藥品監管總局等五部門聯合制定了《畜禽水產品抗生素、禁用化合物及獸藥殘留超標專項整治行動方案》[34],嚴厲打擊超劑量超范圍用藥、違規使用原料藥、不執行休藥期、不按獸用處方藥規定使用處方藥、濫用抗菌藥物等違法行為。桑是傳統中藥,桑葉和蠶沙中富含類胡蘿卜素、維生素、槲皮素、γ-氨基丁酸、桑黃酮、桑多糖和超氧化物歧化酶等多種生物活性成分,對增強飼養動物的免疫力、減少或免除抗生素使用、改善畜禽產品的品質和風味大有裨益[24,35～36]。試驗表明,向綿羊飼糧中添加20%的蠶沙,其脾臟重量顯著大于對照。脾臟是綿羊最大的免疫器官,含有的巨噬細胞、淋巴細胞等能夠消除病原微生物,產生免疫球蛋白、補體等免疫物質[37]。當前,在積極推進減抗、無抗養殖的產業背景下,蠶沙作為飼料,可以充分發揮其提高動物機體免疫力的功效,更具有重大的實踐意義。家蠶是鱗翅目昆蟲,與畜禽水產品無共患疾病;截至目前,未見家蠶病原微生物感染畜禽水產品的報道,因此向畜禽日糧中添加蠶沙不會影響畜禽水產品的養殖安全[32]。