開食料玉米和全脂大豆的加工方式與犢牛瘤胃酶系發(fā)育關(guān)系的比較研究

張?jiān)獞c 孟慶翔 任麗萍 王 芳 賀東昌 楊效民

消化道容積和吸收能力的發(fā)育是影響犢牛的消化能力的重要因素,而在發(fā)育為真正反芻動(dòng)物的過(guò)程中,需要有瘤胃中微生物區(qū)系的建立以及多種消化酶的分泌。犢牛的消化酶包含 2類:一類是犢牛自身的消化酶,分泌來(lái)源為唾液腺、真胃、胰腺和小腸等[1];另一類是瘤胃微生物分泌的酶。犢牛瘤胃不具有消化功能之前,對(duì)飼糧中的淀粉消化率很低[2-5]。隨著犢牛瘤胃的發(fā)育以及瘤胃微生物區(qū)系的建立,犢牛瘤胃中的酶系也相應(yīng)建立。瘤胃微生物分泌的酶通常包括纖維素酶、淀粉酶和蛋白酶。Britt等[6]研究證實(shí),犢牛在適應(yīng)底物過(guò)程中,特異性酶活性誘發(fā)性的增加了。高碳水化合物飼糧會(huì)誘導(dǎo)胰腺釋放較多的胰淀粉酶,而高蛋白飼糧誘導(dǎo)釋放的胰淀粉酶活性則較低[7]。犢牛對(duì)二糖的利用與犢牛腸道中碳水化合物酶活性密切相關(guān)[8],二糖酶活性隨著犢牛周齡的增加而減低[2,9]。人類增加果糖攝入會(huì)增加腸道中的蔗糖酶和麥芽糖酶活性[10-12],鼠增加半乳糖攝入也會(huì)刺激其腸道中這種糖的代謝[13]。酶系瘤胃中的建立及其變化規(guī)律還未見報(bào)道,犢牛開食料消化影響酶活性的研究多集中在小腸和胰腺中,而對(duì)瘤胃微生物酶活性的影響也尚未見報(bào)道[14]。本文旨在比較研究犢牛周齡及不同處理的開食料玉米和全脂大豆與瘤胃酶系發(fā)育關(guān)系,為認(rèn)識(shí)犢牛的消化生理以及犢牛對(duì)飼料的利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物、畜舍和飼糧

從北京三元綠荷奶牛養(yǎng)殖中心購(gòu)買 30頭(7±3)日齡荷斯坦公犢牛,運(yùn)送至北京華晨奶牛場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)。犢牛在墊有干沙子的犢牛圈(1.5 m×3.0 m)中單欄飼養(yǎng)。

預(yù)試期 2周,每天分 3次飼喂占初生重 10%的新鮮牛奶,并飼喂開食料,隨開食料采食量的增加逐步減少喂奶量直至完全斷奶。犢牛開食料和干草自由采食,自由飲水。

預(yù)試期結(jié)束后,選取 12頭(21±3)日齡犢牛,隨機(jī)分為 3組,擠壓膨化組、蒸汽壓片組及對(duì)照組(常規(guī)粉碎組),分別飼喂采用不同加工方式的玉米和大豆配制成的開食料,所用的玉米和全脂大豆均為同一批次。犢牛每天飼喂新鮮牛奶、干草和開食料。開食料組成及營(yíng)養(yǎng)成分見表 1。正試期為 3～13周齡,共10周。

1.2 樣本采集和測(cè)定

在犢牛 4、5、6、7、9、11和 13周齡晨飼前 ,通過(guò)瘤胃導(dǎo)管(長(zhǎng)度 ×內(nèi)徑 =200 mm×12 mm)采集瘤胃液(約 100 mL),取胃導(dǎo)管中間部分胃液立即裝入滅菌的 1.5 mL離心管中,迅速投入液氮罐中,隨后轉(zhuǎn)移到 -80℃超低溫冰箱中保存,以備各種酶活性檢測(cè)。

內(nèi)切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、微晶纖維素酶、纖維素酶和木聚糖酶活性的測(cè)定參照王加啟[15]的方法,酶活性定義為酶液中每微克蛋白質(zhì)每分鐘與底物作用生成的葡萄糖量[μmol/(min? μg prot)];淀粉酶活性測(cè)定參照Level[16]的方法;α-D-葡萄糖苷酶活性根據(jù)Pierre等[17]的方法測(cè)定,酶活性定義為酶液中每微克蛋白質(zhì)每分鐘與底物作用生成的對(duì)硝基苯酚 (p-NP)量 [μmol/(min? μg prot)];蛋白酶活性測(cè)定方法參照國(guó)標(biāo)(SB/T 10311—1999)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)測(cè)定采用完全隨機(jī)化試驗(yàn)設(shè)計(jì),并用SAS(1999)中的 MIXED重復(fù)模型進(jìn)行分析。模型為:

式中:Yijk為應(yīng)變量,μ為整體平均數(shù),Ti為處理 i的影響,C(i)j表示處理 i中犢牛 j的影響,Pk表示時(shí)間 k的影響,(TP)ik表示時(shí)間與處理的互作項(xiàng),e(ijk)表示殘差。C(i)j項(xiàng)作為檢驗(yàn)處理間差異的誤差項(xiàng),置信區(qū)間均為 95%。

2 結(jié) 果

2.1 3種開食料與犢牛瘤胃中纖維素酶活性隨周齡變化的關(guān)系

由圖 1和統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,飼喂 3種開食料的犢牛瘤胃中的內(nèi)切葡聚糖酶活性均隨犢牛周齡增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì),但開食料、犢牛周齡及二者互作對(duì)其無(wú)顯著影響(P＞0.05)。蒸汽壓片組犢牛瘤胃中的內(nèi)切葡聚糖酶隨周齡基本呈線性增加;而擠壓膨化組犢牛則呈現(xiàn)出前期增加較快但后期增加緩慢的趨勢(shì),且在犢牛 13周齡時(shí)蒸汽壓片組犢牛瘤胃中的活性較高;對(duì)照組犢牛瘤胃中的內(nèi)切葡聚糖酶活性則呈現(xiàn)不規(guī)則波動(dòng)變化。

由圖 2和統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,3組犢牛瘤胃中的β-葡萄糖苷酶隨犢牛周齡的變化均沒有規(guī)律,但開食料和犢牛周齡對(duì)其有顯著影響(P＜0.05)。擠壓膨化組和對(duì)照組犢牛的 β-葡萄糖苷酶在 4～6周齡迅速升高,7周齡開始下降,7周齡以后為平臺(tái)期。整個(gè)試驗(yàn)期蒸汽壓片組的 β-葡萄糖苷酶活性普遍高于對(duì)照組。

從圖 3中知,3種開食料飼喂的犢牛瘤胃中微晶纖維素酶活性的建立曲線趨勢(shì)基本相同。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,該酶活性受犢牛周齡影響顯著(P＜0.05),但受開食料及二者互作影響不顯著(P＞0.05)。然而,數(shù)值顯示,在 6和 7周齡時(shí),蒸汽壓片組犢牛瘤胃中微晶纖維素酶活性相對(duì)較高(P＞0.05);而對(duì)照組犢牛瘤胃中微晶纖維素酶活性在6～12周齡低于其他 2組(P＞0.05)。

表1 開食料組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of the starter feeds(DM basis) %

由圖 4可知,除對(duì)照組犢牛9周齡時(shí)出現(xiàn)較高活性外,3組犢牛瘤胃中纖維素酶活性的變化趨勢(shì)均呈現(xiàn)先升高隨后逐步降低并穩(wěn)定的趨勢(shì),統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明其受開食料、犢牛周齡以及二者互作影響顯著(P＜0.05)。

由圖 5及統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,木聚糖酶的增長(zhǎng)趨勢(shì)與內(nèi)切葡聚糖酶相似,受犢牛周齡影響顯著(P＜0.05),但受開食料以及二者互作的影響均不顯著(P＞0.05)。然而,與 β-葡萄糖苷酶和微晶纖維素酶活性變化相似,3組犢牛瘤胃中的木聚糖酶活性也出現(xiàn)了在 7周齡開始降低,隨后上升的一個(gè)波動(dòng)。在 4、5、6及 9周齡時(shí),對(duì)照組犢牛瘤胃中的木聚糖酶活性相對(duì)較高,但在統(tǒng)計(jì)上與其他 2組無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。蒸汽壓片組犢牛瘤胃中的木聚糖酶活性在 11周齡呈現(xiàn)較高狀態(tài),并最終保持穩(wěn)定。

2.2 3種開食料與犢牛瘤胃中淀粉酶活性隨周齡變化的關(guān)系

由圖 6可知,在犢牛4～7周齡,各組犢牛瘤胃中的淀粉酶活性均隨犢牛周齡增長(zhǎng)呈現(xiàn)線性增長(zhǎng),但是在 7周齡以及以后,除蒸汽壓片組犢牛的淀粉酶活性繼續(xù)上升外,其他 2組則出現(xiàn)了下降趨勢(shì);9周齡時(shí)蒸汽壓片組犢牛瘤胃中的淀粉酶活性最高,之后呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài);而擠壓膨化組犢牛瘤胃中的淀粉酶則在 9周齡后快速上升,到 11周齡時(shí)達(dá)到最高,繼而又下降。對(duì)照組在 9周齡后基本呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)。各組犢牛在 13周齡時(shí)瘤胃中的淀粉酶活性相同。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,該酶活性受開食料、犢牛周齡以及二者互作的影響差異均不顯著(P＞0.05)。

由圖 7可知,開食料對(duì) α-D-葡萄糖苷酶在犢牛中的建立有一定影響。對(duì)照組犢牛瘤胃中的α-D-葡萄糖苷酶在試驗(yàn)初期(4周齡)就有較高的活性,而隨著犢牛周齡的增長(zhǎng),其酶活性呈現(xiàn)緩慢下降,直到第 11周齡后呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在 13周齡時(shí)達(dá)到與其他處理組相同的酶活性水平。而蒸汽壓片處理組和擠壓膨化組則從最初的較低水平隨犢牛周齡的增長(zhǎng)呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢(shì),而在斷奶期間則出現(xiàn)平臺(tái)(7和 9周齡)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,該酶活性受開食料處理、犢牛周齡以及二者互作的影響差異均不顯著(P＞0.05)。

2.3 3種開食料與犢牛瘤胃中蛋白酶活性隨周齡變化的關(guān)系

由圖 8和統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,開食料、犢牛周齡以及二者互作對(duì)瘤胃中蛋白酶活性有顯著影響(P＜0.05);擠壓膨化組和蒸汽壓片組開食料對(duì)犢牛瘤胃中蛋白酶活性的建立呈一致性影響,都呈現(xiàn)隨犢牛周齡的增加逐步增加趨勢(shì),但是擠壓膨化組犢牛在 11和 13周齡的蛋白酶活性明顯高于其他2組;對(duì)照組犢牛其瘤胃中的蛋白酶活性在 4周齡顯著高于其他 2組提高,而隨犢牛周齡的增加,其酶活性先下降而后保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平,直到 11和 13周齡略有增加,最終與蒸汽壓片組犢牛瘤胃中的蛋白酶呈現(xiàn)同一水平。

3 討 論

3.1 3種開食料與犢牛瘤胃中纖維素酶活性隨周齡變化的關(guān)系

瘤胃黏膜不能分泌任何酶,瘤胃中的酶是由微生物分泌的,因而瘤胃中的酶活性大小以及種類與微生物的數(shù)量和種類有關(guān)。因此,本試驗(yàn)中的酶活性在一定程度下反應(yīng)了瘤胃中的微生物區(qū)系變化。

3組犢牛瘤胃中的內(nèi)切葡聚糖酶活性均隨犢牛周齡的增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì),而蒸汽壓片組犢牛瘤胃中的內(nèi)切葡聚糖酶活性隨周齡增加趨勢(shì)穩(wěn)定性明顯高于其他 2組。由于內(nèi)切葡聚糖酶的活性能夠反應(yīng)瘤胃中微生物區(qū)系的建立情況,玉米和全脂大豆經(jīng)蒸汽壓片處理后配制成的開食料飼喂?fàn)倥?其瘤胃中內(nèi)切葡聚糖酶隨周齡的穩(wěn)定增加,在一定程度上反映出對(duì)犢牛瘤胃中的纖維素降解微生物的建立的促進(jìn)作用。

3組犢牛瘤胃中的 β-葡萄糖苷酶隨犢牛周齡的變化均沒有規(guī)律。盡管對(duì)照組開食料的采食量在 3種處理間最高[18],但是酶活性結(jié)果中沒有見到底物誘導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)。這一結(jié)果與 Britt等[6]提出的犢牛對(duì)底物的適應(yīng)會(huì)誘發(fā)特異性酶活性的增加這一觀點(diǎn)不符。這可能是由于采用瘤胃導(dǎo)管方法采集瘤胃液造成的誤差較大所致;另外,微生物分泌的酶種類繁多,且有胞內(nèi)酶和胞外酶之分,而本試驗(yàn)中只對(duì)瘤胃液中的胞外酶進(jìn)行了活性測(cè)定。蒸汽壓片組犢牛瘤胃中的 β-葡萄糖苷酶在 4～7周齡呈現(xiàn)緩慢穩(wěn)定增長(zhǎng),這可能與飼喂蒸汽壓片組開食料的犢牛采食量相對(duì)較低有關(guān)。

3組犢牛瘤胃中的微晶纖維素酶活性與內(nèi)切葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶結(jié)果相似,且在 7周齡開始均出現(xiàn)了降低趨勢(shì),可能由于 7周齡為犢牛逐步斷奶的時(shí)期,斷奶對(duì)犢牛產(chǎn)生的應(yīng)激可能是導(dǎo)致出現(xiàn)這一波動(dòng)的主要原因。另外,在纖維素的降解過(guò)程中,內(nèi)切葡聚糖酶首先以隨機(jī)方式內(nèi)切纖維素聚合體并產(chǎn)生纖維糊精、纖維二糖及葡萄糖,而外切葡聚糖酶(微晶纖維素酶)則以催化短鏈的還原性末端纖維二糖殘基而將其逐個(gè)切下,β-葡萄糖苷酶可水解纖維二糖、芳基 -葡萄糖苷酸而產(chǎn)生葡萄糖等。因此,這 3種酶在纖維降解過(guò)程中具有一定的關(guān)系,在酶活的建立過(guò)程中可能會(huì)有底物誘導(dǎo)的因素[6]。

3組犢牛瘤胃中纖維素酶活性的變化趨勢(shì)基本呈現(xiàn)先升高隨后逐步降低并呈現(xiàn)穩(wěn)定,該現(xiàn)象說(shuō)明,犢牛瘤胃中的微生物區(qū)系在前期逐漸建立的情況下會(huì)出現(xiàn)逐步增加趨勢(shì),而后隨著犢牛日齡的增長(zhǎng),瘤胃中的微生物區(qū)系逐步呈現(xiàn)穩(wěn)定。與 β-葡萄糖苷酶、微晶纖維素酶和纖維素酶相似,在 7周齡前以及 9周齡時(shí),對(duì)照組犢牛瘤胃中的木聚糖酶活性相對(duì)較高,可能是由于對(duì)照組犢牛的開食料采食量較高,底物誘導(dǎo)作用相對(duì)較大。

3.2 3種開食料與犢牛瘤胃中淀粉酶活性隨周齡變化的關(guān)系

犢牛瘤胃中的淀粉酶活性結(jié)果表明,開食料中原料的不同加工方式及犢牛周齡對(duì)瘤胃中淀粉酶活性的建立基本沒有影響。開食料中玉米和全脂大豆的不同加工方式對(duì) α-D-葡萄糖苷酶在犢牛中的建立影響不同,且 3種犢牛開食料的采食量以及開食料中淀粉在瘤胃中的消化率受加工方式影響,這一現(xiàn)象說(shuō)明 α-D-葡萄糖苷酶活的建立過(guò)程中可能會(huì)有底物誘導(dǎo)的因素[6]。

3.3 3種開食料與犢牛瘤胃中蛋白酶隨犢牛周齡增長(zhǎng)的關(guān)系

與纖維素酶和淀粉酶活性結(jié)果一樣,蛋白酶活性的變化結(jié)果受開食料處理和犢牛周齡變化以及二者的互作影響,且在最后都處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),可能與這些開食料處理和犢牛周齡對(duì)犢牛瘤胃中微生物區(qū)系的影響以及犢牛瘤胃微生物區(qū)系的逐步健全有關(guān)。

4 結(jié) 論

①犢牛瘤胃中的纖維素酶、淀粉酶和蛋白酶系均受犢牛周齡和犢牛開食料中玉米和全脂大豆加工方式的互作影響,變化規(guī)律各不一致。

②開食料中玉米和全脂大豆的蒸汽壓片處理有助于犢牛瘤胃中內(nèi)切葡聚糖酶的建立,有助于增加瘤胃中 β-葡萄糖苷酶活性。

[1] SISSONSJ W.Digestive enzymes of cattle[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,1981,32:105-114.

[2] DOLLAR A M,PORTER J W G.Utilization of carbohydrate by the young calf[J].Nature,1957,179:1299.

[3] HUBER J T,JACOBSON N L,MCGILLIARD A D,et al.Utilization of carbohydrates introduced directly into the omaso-abomasal area of the stomach of cattle of various ages[J].Journal of Dairy Science,1961,44:321-330.

[4] HUBER JT,NATRAJAN S,POLAN C E.Adaptation to starch in steers fed by nipple pail[J].Journal of Dairy Science,1967,50:1161.

[5] HUBER JT,NATRAJAN S,POLAN C E.Varying levels of starch in calf milk replacers[J].Journal of Dairy Science,1968,51:1081.

[6] BRITT D G,HUBER J T.Effect of adding sugars to a carbohydrate-free diet on intestinal disaccharidas activities in the young calf[J].Journal of Dairy Science,1972,57(4):420-426.

[7] HUEROU-LURON I L,GUILLOTEAU P,WICKER-PLANQUART C,et al.Gastric and pancreatic enzyme activities and their relationship with some gut regulatory peptides during postnatal development and weaning in calves[J].The Journal of Nutrition,1992,122(7):1434-1445.

[8] DEREN J T,BROITMAN S A,ZAMCHECK N.Effect of diet upon intestinal disaccharidases and disaccharide absorption[J].The Journal of Clinical Investigation,1967,46:186.

[9] SIDDONS R C.Carbohydrase activities in the bovine digestive tract[J].Biochemical Journal,1968,108:839.

[10] ROSENSWEIG N S,HERMAN R H.The control of jejunal sucrase and maltase activity by dietary sucrose or fructose.A model for the study of enzyme regulation in man[J].Clinical Research,1967,15:419.

[11] ROSENSWEIG N S,HERMAN R H.Control of jejunal sucrase and maltase activity by dietary sucrose or fructose in man[J].The Journal of Clinical Investigation,1968a,47:2253.

[12] ROSENSWEIG N S,STIFEL F B,HERMAN R H,et al.The dietary regulation of the glycolytic enzymes.Ⅱ.Adaptive changes in human jejunum[J].Biochimica et Biophysica Acta,1968b,170:228.

[13] STIFEL F B,HERMAN R H,ROSENSWEIG N S.Dietary regulation of galactosemetabolizing enzymes:adaptive changes in jejunum[J].Science,1968,162:692.

[14] NATRAJAN S,POLAN C E,CHANDLER P T,et al.Ruminal and postruminal utilization of starch in the young bovine[J].Journal of Dairy Science,1971,55(2):238-244.

[15] 王加啟.飼料分析與檢測(cè)[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2004.

[16] LEVER M.Carbohydrate determination with 4-hydroxybenzoic acid hydrazide(PAHβAH):effect of bismuth on the reaction[J].Analytical Biochemistry,1977,81:21-27.

[17] PIERRE C,ROLAND R,TREMBLAY D.P-nitrophenol-α-glucopyramoside as substrate for measurement of maltase activity in human semen[J].Journal of Clinical Chemistry,1978,24(2):208-211.

[18] ZHANG Y Q,HE D CH,MENG Q X.Effect of a mixture of steam flaked corn and soybeans on calf health,growth and selected blood metabolism of Holstein calves[J].Journal of Dairy Science,2010,93:2271-2279.