藏羊瘤胃發(fā)酵參數(shù)對(duì)燕麥干草為飼糧限飼的響應(yīng)及其氮維持需要量估測(cè)

張 瑛 周建偉 劉 浩 米見對(duì) 龍瑞軍*

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，蘭州 730000;2.蘭州大學(xué)青藏高原生態(tài)系統(tǒng)管理國(guó)際中心，蘭州 730000;3.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，蘭州 730000)

藏羊(ovis aries)是我國(guó)三大原始綿羊品種之一，作為青藏高原地區(qū)的重要家畜品種，主要生活在海拔3 000 m以上高寒地區(qū)，現(xiàn)存欄量約5 000萬頭，在我國(guó)畜牧業(yè)中占有重要地位［1-2］。目前，藏羊飼養(yǎng)仍以四季放牧、粗放管理的模式為主，較少補(bǔ)飼［3］，因此采食草地天然牧草成為藏羊獲得能量和蛋白質(zhì)的主要途徑。而青藏高原特殊的高海拔、低溫、缺氧、強(qiáng)紫外線等自然條件，使得牧草生長(zhǎng)期僅120 d左右，導(dǎo)致在漫長(zhǎng)的枯草期飼草料供給嚴(yán)重不足，藏羊的營(yíng)養(yǎng)攝入長(zhǎng)期處于匱乏狀態(tài)。面對(duì)惡劣環(huán)境，藏羊不僅要保證自身的生長(zhǎng)、健康及繁衍后代，還要為人類提供肉、皮、毛等動(dòng)物產(chǎn)品。研究表明，經(jīng)過漫長(zhǎng)的環(huán)境適應(yīng)，牦牛進(jìn)化出了特殊的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化代謝機(jī)制以應(yīng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)匱乏的脅迫［4-7］，生活在同一環(huán)境下的藏羊也可能進(jìn)化出了類似的適應(yīng)機(jī)制。瘤胃是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化的重要場(chǎng)所，研究表明，藏羊瘤胃微生物區(qū)系會(huì)隨著季節(jié)飼糧不同而發(fā)生適應(yīng)性變化［8］，且藏羊?qū)Ω吆畾夂蚣按至暇休^好的耐受能力［1］。目前，對(duì)藏羊的研究主要還停留在品種資源描述、生產(chǎn)性能測(cè)定以及遺傳特性等層面［9］，對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化代謝規(guī)律和氮維持需要的研究，鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)?zāi)M藏羊自然放牧條件下的季節(jié)采食量，設(shè)置不同限飼水平，在營(yíng)養(yǎng)脅迫的情況下，研究其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化代謝的規(guī)律以及氮維持需要，為科學(xué)指導(dǎo)藏羊的生產(chǎn)實(shí)際、提高生產(chǎn)性能提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)背景

選取5只體況相近［(45±2)kg］的20月齡健康去勢(shì)公羊?yàn)樵囼?yàn)動(dòng)物，試驗(yàn)前做驅(qū)蟲處理。采用自制的瘤胃管采集瘤胃液，將其探入藏羊瘤胃內(nèi)輔以真空泵抽取采集。瘤胃管由帶孔的不銹鋼濾頭(長(zhǎng)8.0 cm，直徑1.2 cm)、韌性較強(qiáng)的橡膠管(長(zhǎng)2.5 m，直徑1.2 cm)以及1 000 mL抽濾瓶組成。飼養(yǎng)試驗(yàn)于2012年12月至2013年3月，在甘肅省天祝藏族自治縣境內(nèi)的烏鞘嶺試驗(yàn)基地(北緯 37°12.479＇，東經(jīng) 102°51.695＇，海拔3 154 m)完成;樣品試驗(yàn)室分析于2013年3月至2013年4月在蘭州大學(xué)青藏高原生態(tài)系統(tǒng)管理國(guó)際中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)飼糧和飼養(yǎng)管理

本試驗(yàn)選用單一的燕麥青干草作為飼糧，使用鍘草機(jī)將其鍘成長(zhǎng)度約1～2 cm以便飼喂。其營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))為:干物質(zhì)(dry matter，DM)88.5% ，有機(jī)物(organic matter，OM)82.9% ，中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)53.1% ，酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)39.8%，鈣0.39%，磷0.18%。所有試驗(yàn)動(dòng)物均在自制代謝籠中單籠飼養(yǎng)，預(yù)試期2個(gè)月，自由飲水，每期試驗(yàn)開始前及試驗(yàn)結(jié)束后的當(dāng)天早上空腹稱重。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 飼養(yǎng)試驗(yàn)

采用4×4拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)(5號(hào)羊重復(fù)1號(hào)羊的處理，即每期試驗(yàn)1號(hào)羊與5號(hào)羊?yàn)榻M內(nèi)重復(fù))。試驗(yàn)選用5只藏羊，隨機(jī)區(qū)分成4組［10］，設(shè)置4個(gè)不同燕麥干草飼喂水平。每期試驗(yàn)21 d，包括預(yù)試期15 d以及正試期6 d。通過預(yù)試期自由采食確定了體重45 kg的藏羊自由采食量為DM 1 000 g/d。為保證采食完全，設(shè)置4個(gè)限飼水平，分別為燕麥干草飼糧自由采食量(VI)的90%(912.85 g，0.9VI組)、70%(707.64 g，0.7VI組)、50%(505.96 g，0.5VI組)和 30%(304.28 g，0.3VI組)(DM 基礎(chǔ))，每天分 2次(08:00和18:00)飼喂，自由飲水。拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Latin square experimental design

1.3.2 絕食代謝試驗(yàn)

絕食代謝試驗(yàn)在飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行。預(yù)試期前以維持水平(maintenance level，ML)，即 DM 600 g/d飼喂10 d，正試期8 d，第1和2天分別飼喂ML的60%和30%，第3～6天完全絕食，第7和8天開始恢復(fù)飼喂，飼喂量分別為ML的30%和60%。

1.4 樣品采集和處理分析

飼養(yǎng)試驗(yàn)正試期的第1～5天每天08:00(飼喂前)采用全收糞尿法收集糞尿樣并定量。收集的尿樣加入濃度為50%(體積比)硫酸進(jìn)行酸化至pH＜3.0。每天分別對(duì)尿液和糞樣進(jìn)行5%、10%取樣，并置于-20℃冰箱保存，每期試驗(yàn)結(jié)束后，將收集的糞制成混合樣。試驗(yàn)期第6天于飼喂前(0 h)和飼喂后的 2、4、6、8 h 用瘤胃管采集約100 mL瘤胃液，立即測(cè)定瘤胃液pH后，用4層紗布過濾，取濾液樣分別于4只離心管(每管8 mL)，每管加入1滴飽和氯化汞后，于-20℃冰箱保存，以備測(cè)定瘤胃液中的揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acid，VFA)含量。

絕食代謝試驗(yàn)正試期的8 d內(nèi)采用全收糞尿法收集糞尿樣并定量，尿樣同樣酸化至pH＜3.0，每天對(duì)糞樣進(jìn)行全部取樣，尿樣按5%取樣，樣品置于-20℃保存。飼料成分參照張麗英［11］的《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)》(2版)進(jìn)行測(cè)定;糞樣、尿樣中的氮含量按照凱氏定氮法測(cè)定［12］;參照Erwin等［13］的方法測(cè)定瘤胃液中VFA含量［采用SP-3420A型氣相色譜儀，F(xiàn)FAP柱，柱溫為恒溫120℃，火焰離子檢測(cè)器(FID)為250℃，分流比1∶40］。

1.5 數(shù)據(jù)處理分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行整理和圖表繪制;瘤胃發(fā)酵參數(shù)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0中的mixed model模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和顯著性比較;營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率和氮代謝數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0中one-way ANONA進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果

2.1 瘤胃發(fā)酵參數(shù)

由表2可知，不同限飼水平下，晨飼后的瘤胃液pH均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，0.3VI組的在2 h時(shí)達(dá)到最低，其他各組均在4 h時(shí)達(dá)到最低，且4 h的pH在0.7VI組最低，但限飼和時(shí)間對(duì)瘤胃液pH的影響均不顯著(P＞0.050)。乙酸、丙酸、異丁酸、戊酸和異戊酸含量及乙酸/丙酸未受限飼水平影響(P＞0.050)，限飼水平對(duì)丁酸含量存在極顯著影響(P＜0.001)，對(duì)總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)濃度存在顯著影響(P＜0.050)。0.9VI組丁酸含量及TVFA濃度均為最高，而0.5VI組均為最低，差異顯著(P＜0.050)。時(shí)間對(duì)丙酸含量和TVFA濃度存在顯著或極顯著影響(P＜0.050或P＜0.010)。限飼和時(shí)間對(duì)瘤胃液pH和VFA含量的影響均無顯著交互作用(P＞0.050)。

2.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率

由表3可知，在不同限飼水平下，DM、OM、粗蛋白質(zhì)(crude protein，CP)、NDF和ADF的消化率均差異不顯著(P＞0.050)，但均呈現(xiàn)隨限飼程度降低而升高的趨勢(shì)。

表2 燕麥干草飼糧限飼對(duì)藏羊瘤胃的發(fā)酵參數(shù)的影響Table 2 Effects of dietary restriction of oat hay on ruminal fermentation parameters of Tibetan sheep

續(xù)表2

表3 燕麥干草飼糧限飼對(duì)藏羊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響Table 3 Effects of dietary restriction of oat hay on nutrient digestibility of Tibetan sheep%

2.3 氮代謝

由表4可知，限飼水平與氮代謝各指標(biāo)均存在極顯著的線性關(guān)系(P＜0.010)。隨著限飼水平的降低，攝入氮、可消化氮、尿氮、糞氮、氮沉積和氮沉積率均增加;尿氮/攝入氮?jiǎng)t降低，0.3VI組與其他3組差異顯著(P＜0.050)，而0.7VI組與0.5VI和0.9VI組之間差異不顯著(P＞0.050)，0.5VI組與0.9VI組之間差異顯著(P＜0.050)。

表4 燕麥干草飼糧限飼對(duì)藏羊氮代謝的影響Table 4 Effects of dietary restriction of oat hay on N metabolism of Tibetan sheep

2.4 絕食氮排放

由圖1可知，隨著絕食時(shí)間的延長(zhǎng)，糞氮呈現(xiàn)出先降低后穩(wěn)定的趨勢(shì)，第5天時(shí)最低;尿氮?jiǎng)t呈現(xiàn)先降低后升高最后達(dá)到穩(wěn)定的趨勢(shì)，第3天時(shí)尿氮最少;總氮排出量也呈現(xiàn)先降后升最后達(dá)到穩(wěn)定的趨勢(shì)，其中第3天時(shí)最低。整個(gè)絕食期每天的尿氮均大于糞氮。

3 討論

3.1 燕麥干草飼糧限飼對(duì)藏羊瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

3.1.1 瘤胃液pH

Allen［14］研究指出，瘤胃液 pH受到瘤胃中發(fā)酵產(chǎn)生的酸、進(jìn)入瘤胃的弱堿性唾液以及瘤胃的外排作用等多重影響，其變化范圍一般在6.00～7.00。本試驗(yàn)中，不同限飼水平下的瘤胃液pH平均值在6.70左右，隨著飼喂后時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)出先降低而后升高的“V”字形變化，飼喂后2～4 h時(shí)達(dá)到最低，這是飼糧中的碳水化合物被瘤胃微生物消化分解產(chǎn)生大量VFA所致。Towne等［15］報(bào)道，當(dāng)飼糧中玉米或高粱比例在76% ～83%時(shí)，pH變化范圍是5.62～5.80;Slyter等［16］以高比例精料喂給奶牛后，發(fā)現(xiàn)瘤胃液pH可降至5.80左右。本試驗(yàn)瘤胃液pH比以上試驗(yàn)結(jié)果高，可能是由于采食含結(jié)構(gòu)性碳水化合物較多的燕麥干草導(dǎo)致消化速率減慢所致，如 Patra［17］報(bào)道，在給綿羊飼喂低質(zhì)量飼料后，瘤胃液pH平均為6.77;米見對(duì)等［18］在給牦牛喂給精粗比4∶6飼糧時(shí)所得瘤胃液pH平均值也在7.00左右，與本試驗(yàn)結(jié)果相近。

3.1.2 瘤胃液VFA

本試驗(yàn)中，0.9VI組的瘤胃液TVFA濃度最高，顯著高于0.3VI、0.5VI組，而與0.7VI組差異不顯著，這是由于低水平限飼組有較多的可供微生物消化利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如碳水化合物、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等)所致。瘤胃中產(chǎn)生的VFA以乙酸、丙酸、丁酸為主，大約占TVFA的95%［19］，本試驗(yàn)的研究結(jié)果與此一致。乙酸是反芻動(dòng)物主要的能量來源，本試驗(yàn)中乙酸含量呈現(xiàn)隨限飼水平降低而降低的趨勢(shì)，這可能是飼糧被轉(zhuǎn)化成含更高比例丙酸用來供給能量。丙酸是體內(nèi)葡萄糖的前體物質(zhì)，而葡萄糖作為能量?jī)?chǔ)備物質(zhì)，利于家畜育肥。丙酸含量在0.9VI組中最高，顯示有足夠飼糧攝入時(shí)，更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被機(jī)體儲(chǔ)存。丁酸在機(jī)體吸收后能轉(zhuǎn)變成β-羥丁酸而作為機(jī)體組織的能量來源，丁酸含量在4組之間差異顯著，在0.9VI組丁酸含量最高，而 0.3VI、0.5VI組均較低。飼糧不同精粗比會(huì)導(dǎo)致乙酸/丙酸變化，當(dāng)精料比例提高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致丙酸含量增加，由于本試驗(yàn)4組藏羊采食同種飼糧，故乙酸/丙酸無顯著差異。

圖1 藏羊絕食氮排放的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of fasting N output of Tibetan sheep

3.2 燕麥干草飼糧限飼對(duì)藏羊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響

限飼水平對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響在不同研究報(bào)道中其結(jié)果也不盡一致。許貴善等［20］發(fā)現(xiàn)，在給肉用綿羊飼喂自由采食量100%、70%、40%時(shí)，DM、OM、CP、NDF和ADF的消化率差異不顯著;齊景偉［21］在對(duì)妊娠后期母羊的研究中發(fā)現(xiàn)，不同限飼水平對(duì)DM、CP、NDF和ADF的表觀消化率無顯著影響，Teixeira 等［22］以及霍小東等［23］對(duì)山羊的研究結(jié)果與上述一致。Long等［24］報(bào)道，給牦牛飼喂30%、60%、90%自由采食量3個(gè)水平的燕麥干草，DM消化率分別為66.1%、62.8%、59.1%，這可能是采食過多飼料導(dǎo)致在瘤胃內(nèi)停留時(shí)間縮短而使消化率降低。鐘偉等［25］在對(duì)梅花鹿的研究中，給3歲梅花鹿飼喂4個(gè)水平飼糧(2.5、2.0、1.5 和1.0 kg/d)，結(jié)果表明，飼糧水平降低會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率顯著降低;Singh等［26］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雜交肉牛飼糧水平由95%降低到60%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率差異不顯著，而下降到40%時(shí)，消化率顯著降低。本試驗(yàn)0.3VI、0.5VI、0.7VI和0.9VI組 DM消化率分別為57.22%、57.73%、59.70%和61.61%，各組間差異不顯著，但有隨著限飼水平升高而降低的趨勢(shì)，這可能是低水平飼糧下，瘤胃微生物的能量和蛋白質(zhì)供給不足，進(jìn)而影響了飼糧降解。Long等［24］給牦牛飼喂30%、60%和90%自由采食量3種水平燕麥干草的 NDF消化率為54.3% ～62.1%;許貴善等［20］給肉用綿羊飼喂40%、70%和100%自由采食量3個(gè)水平顆粒飼糧得到NDF和ADF的消化率分別是53.09% ～57.22%和35.35% ～39.66%;霍小東等［23］給遼寧絨山羊飼喂100%、90%、80%和70%自由采食量的精粗比為3∶7的飼糧，NDF和ADF的消化率分別為56.46% ～59.32%和49.05%～51.97%。本試驗(yàn)藏羊?qū)Ω鹘M飼糧NDF和ADF的消化率分別是49.09%～53.82%和43.19% ～47.50%，略低于上述研究結(jié)果，可能是由于使用含有較高結(jié)構(gòu)性碳水化合物的飼糧所致。

3.3 燕麥干草飼糧限飼對(duì)藏羊氮平衡的影響

氮平衡反映氮攝入與氮排出之間的平衡關(guān)系。George等［27］報(bào)道，當(dāng)給肉牛飼喂 120%、100%、80%和60%自由采食量4個(gè)水平飼糧時(shí)，排出氮及氮沉積均隨著飼喂水平的降低而顯著下降。本試驗(yàn)中，不同飼喂水平飼糧對(duì)尿氮和糞氮均有顯著影響，且對(duì)糞氮影響較大(1.59～4.53 g/d)，而對(duì)尿氮的影響不及糞氮，這與許貴善等［20］的研究一致。氮沉積能夠較好地反映動(dòng)物對(duì)飼糧蛋白質(zhì)的利用情況［28］，由于動(dòng)物機(jī)體的新陳代謝需要一定量的蛋白質(zhì)作為物質(zhì)基礎(chǔ)，攝入飼糧不足會(huì)導(dǎo)致能量和蛋白質(zhì)同時(shí)缺乏，機(jī)體自身會(huì)提高氨基酸的氧化速率以應(yīng)對(duì)能量的不足［29］。本試驗(yàn)中，0.3VI、0.5VI組為負(fù)的氮沉積，故0.3VI、0.5VI組飼糧不能滿足藏羊?qū)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)尤其是氮的需求。

由表3結(jié)果計(jì)算，攝入可消化氮與體內(nèi)氮沉積之間存在顯著線性相關(guān)，氮沉積［g/(kg BW0.75·d)］=-0.094 4+0.812 4×可消化氮(n=20，R2=0.960 7)，當(dāng)?shù)练e為0時(shí)，可得藏羊可消化氮維持需要量為0.12 g/(kg BW0.75·d)。據(jù)馮仰廉等［30］報(bào)道，閹?？上S持需要量為0.40 g/(kg BW0.75·d)，霍小東等［23］報(bào)道遼寧絨山羊?yàn)?.24 g/(kg BW0.75·d)，鐘鋮等［31］報(bào)道青山羊?yàn)?.29 g/(kg BW0.75·d)，本試驗(yàn)藏羊維持需要量低于上述研究結(jié)果，可能是藏羊體內(nèi)存在更高效的氮利用機(jī)制，以適應(yīng)青藏高原牧草長(zhǎng)期匱乏環(huán)境。

3.4 藏羊絕食期氮代謝

絕食代謝是家畜代謝水平最低時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)消耗最低，通過絕食試驗(yàn)可以研究動(dòng)物能量和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化代謝規(guī)律［32］。由于絕食期沒有飼糧攝入，機(jī)體依靠自身儲(chǔ)備的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)維持體內(nèi)代謝，隨著絕食時(shí)間的延長(zhǎng)，能量的來源也會(huì)隨之發(fā)生變化，脂肪消耗比例降低，而體蛋白質(zhì)消耗量增加［33］。本試驗(yàn)絕食期總氮排出量在 5.49～8.37g/d，而糞氮在 0.48～3.92 g/d，且隨著絕食時(shí)間的推移持續(xù)降低，第5～7天時(shí)達(dá)到最低，這是由于采食的飼糧經(jīng)消化后，大部分以糞便形式很快排出體外，絕食時(shí)間越長(zhǎng)糞氮越少。尿氮作為內(nèi)源氮體現(xiàn)了體內(nèi)氮代謝水平［34-35］，本試驗(yàn)絕食期排出氮以尿氮為主，在3.65～7.45 g/d，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，第3天總氮排出量最低，第7天最高。一般認(rèn)為絕食期氮維持需要量約等于糞氮與尿氮的總和，本試驗(yàn)排出氮在第4～6天基本達(dá)到平衡，排出氮分別為6.62、6.70和6.98 g，可視為穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)算可得絕食期藏羊的氮維持需要量為0.15 g/(kg BW0.75·d)。

4 結(jié)論

①限飼水平不影響藏羊?qū)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化。

②藏羊常規(guī)飼養(yǎng)期可消化氮維持需要量為0.12 g/(kg BW0.75·d)。

③絕食期氮維持需要量為0.15 g/(kg BW0.75·d)。

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