低氮日糧對育成絨山羊鈣代謝相關(guān)生化指標(biāo)的影響

金 鹿，娜美日嘎，孫海洲，桑 丹，李勝利，張春華，張崇志，任曉萍，珊 丹，凌樹禮(內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院 動物營養(yǎng)與飼料研究所，內(nèi)蒙古自治區(qū)草食動物營養(yǎng)科學(xué)重點實驗室，呼和浩特 010031)

鈣(Ca)是動物體內(nèi)極為重要的一種常量礦物質(zhì)元素，參與動物體骨骼和牙齒的構(gòu)成，參與神經(jīng)調(diào)節(jié)，維持血液、肌肉、細(xì)胞膜的正常功能，保持酶的活性[1]。Ca2+穩(wěn)恒是動物的各項生理活動(如肌肉的收縮、信號傳遞、骨質(zhì)的沉積、細(xì)胞更新)正常進(jìn)行的基礎(chǔ)[2]。已有研究表明，單胃動物中Ca的穩(wěn)態(tài)與日糧蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素的攝入水平緊密相關(guān)。Orwoll等[3]和Kerstetter等[4]報道，降低日糧中蛋白水平，會減少人和小鼠小腸內(nèi)Ca的吸收量。同單胃動物相比，反芻動物氮的利用效率是非常低的，僅為20%～30%，其70%～80%的飼糧氮隨糞尿排出體外，但由于其特有的內(nèi)源尿素氮周轉(zhuǎn)機(jī)制能夠合成瘤胃微生物蛋白進(jìn)而降低日糧蛋白的水平。面對現(xiàn)在蛋白質(zhì)飼料原料成本高且資源相對緊缺的形勢，當(dāng)前反芻動物低氮減排技術(shù)的重要內(nèi)容，就是充分利用反芻動物內(nèi)源尿素氮周轉(zhuǎn)規(guī)律來提高氮利用率，開發(fā)低氮型日糧，建立和完善經(jīng)濟(jì)與環(huán)境友好型集成技術(shù)。在現(xiàn)有的草食動物健康養(yǎng)殖的模式下，反芻動物在低氮日糧條件下，其鈣吸收模式的調(diào)控與單胃動物是否存在差異，已成為當(dāng)前各國學(xué)者關(guān)注的焦點[5]。目前國內(nèi)外關(guān)于動物機(jī)體Ca代謝的研究大多數(shù)集中于鼠和人等單胃動物上，有關(guān)反芻動物的研究報道較少。因此，本試驗以阿爾巴斯白絨山羊育成羊為研究對象，探究低氮日糧對其生長性能及鈣代謝相關(guān)生化指標(biāo)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

從4月齡育成母羊中選擇日齡相近(120±5)d的阿爾巴斯白絨山羊30只進(jìn)行試驗。采用完全隨機(jī)試驗設(shè)計，按體重將30只絨山羊隨機(jī)分為3組，即低氮組(CP：7.5%)、中氮組(CP：10.5%)和高氮組(CP：13.5%)，每個處理組10只羊。其中，蛋白質(zhì)水平和鈣水平的設(shè)定分別參照本研究的前期基礎(chǔ)樊艷華[6]和趙智力[7]中的研究結(jié)果。試驗基礎(chǔ)飼糧配制參照NRC(2007)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 基礎(chǔ)飼糧及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of diets (air-dry basis)

1.2 動物飼養(yǎng)管理

所有試驗羊自由采食，自由飲水，每個處理組環(huán)境條件及飼養(yǎng)管理均保持一致。試驗羊只單獨飼養(yǎng)，并由專人負(fù)責(zé)。試驗預(yù)飼期為15 d，正飼期為42 d。

1.3 測試項目及方法

1.3.1 生產(chǎn)性能的測定 記錄各處理組中試驗羊的采食量，并于每周周末稱量試驗羊的體重，并計算整個試驗期的氮和鈣的平均日采食量、平均日增重。

1.3.2 血液和尿液中生理生化指標(biāo)的測定 于正式試驗開始后的第21天和第42天，從試驗羊的頸靜脈采血10 mL裝于涂有肝素納的離心管中，在4 ℃ 3 000 r/min離心15 min制備血漿樣本，-20 ℃冷凍保存?zhèn)溆茫挥谡皆囼灥牡?2 d從試驗羊的膀胱中收集尿液，留取10 %于-20 ℃保存?zhèn)溆?。樣品中總蛋白、白蛋白、鈣、尿素的含量通過全自動生化分析儀進(jìn)行測定；胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)、生長激素、甲狀旁腺素(parathyroid hormone，PTH)、骨化三醇、肌酐的含量測定采用ELISA法測定，具體操作過程按照試劑盒說明書進(jìn)行；骨化二醇的含量測定采用放射免疫法，送往北京華英生物有限公司進(jìn)行測定。

1.3.3 尿素和鈣排泄率的測定 正式試驗結(jié)束后，測定試驗羊的血液和尿中的鈣、肌酐、尿素的濃度，并通過以下公式來計算尿素和鈣的排泄率(fractional excretion，F(xiàn)E)[8]。

FE尿素=(肌酐(血漿)×尿素(尿中))/(肌酐(尿中)×尿素(血漿))

FE鈣=(肌酐(血漿)×鈣(尿中))/(肌酐(尿中)×鈣(血漿))

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)處理采用Excel表格計算，數(shù)據(jù)處理采用 SAS 9.0軟件的 ANOVA進(jìn)行單因素方差分析，用Duncan氏法進(jìn)行多重比較。試驗結(jié)果以P<0.05作為差異顯著判斷標(biāo)準(zhǔn)，以P<0.01作為差異極顯著判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 低氮日糧對絨山羊生產(chǎn)性能的影響

由表2可知，中氮組和低氮組與高氮組相比，氮日攝入量顯著降低(P<0.05)，分別由13.7 g/d降低到10.7 g/d和7.8 g/d，分別降低21.89和43.06個百分點，但對鈣的日攝入量無顯著影響(P>0.05)。從平均日增重來看，各處理組不論是階段性的平均日增重(1～3周、4～6周)，還是整個試驗期的平均日增重差異均不顯著，在數(shù)值上均以高氮組最高(P>0.05)。

表2 低氮日糧對絨山羊生產(chǎn)性能的影響Table 2 Effect of low nitrogen diet on performance of cashmere goats

2.2 低氮日糧對絨山羊血液生理生化指標(biāo)的影響

由表3得出，在試驗的各個階段，蛋白水平對血漿中總蛋白、白蛋白和骨化二醇含量均無顯著的影響 (P>0.10)，在數(shù)值上均以高氮組最高。生長激素含量隨著蛋白水平的升高而降低，但各個組之間差異不顯著(P>0.10)。在試驗第21天時，中氮組與高氮組相比，顯著降低了血漿中骨化三醇的含量，并提高了PTH的含量(P<0.05)；低氮組與高氮組相比，血漿中鈣、骨化三醇和IGF-1含量顯著降低，甲狀旁腺素的含量顯著升高(P<0.05)。在試驗第42天時，中氮組和低氮組均顯著降低了血漿中鈣和IGF-1的含量，顯著提高了PTH的含量(P<0.05)。

表3 低氮日糧對絨山羊鈣代謝相關(guān)生化指標(biāo)的影響Table 3 Effects of low nitrogen diet on biochemical indexes related to calcium metabolism in cashmere goats

2.3 低氮日糧對絨山羊尿素和鈣的排泄率影響

由表4 可以看出，低氮組與高氮組相比，血漿和尿中的鈣和尿素含量顯著降低，肌酐含量顯著升高(P<0.05)。從尿素和鈣的排泄率來看，低氮組和中氮組均顯著降低(P<0.05)。

表4 低氮日糧對絨山羊尿素和鈣的排泄率的影響Table 4 Effect of low nitrogen diet on fractional excretion of urea and calcium in cashmere goats

3 討 論

3.1 低氮日糧對絨山羊生產(chǎn)性能的影響

在育成羊培育過程中，日糧蛋白質(zhì)水平對育成羊的生長發(fā)育起著十分重要的作用，直接影響到育成羊后期最大生產(chǎn)性能的發(fā)揮。本試驗結(jié)果表明，試驗羊的平均日增重隨著日糧蛋白水平的升高而增加，在數(shù)值上以高氮組最高，但各個處理組差異不顯著。關(guān)于蛋白水平對羊只日增重的研究報道結(jié)果也不盡一致。周玉香等[9]指出，舍飼灘羊日糧蛋白質(zhì)水平低至營養(yǎng)需要量的2/3與1/2時，日增重呈下降的趨勢。Titi等[10]研究表明，給Awassi羔羊和黑山羊飼喂 12 % 、14%、16%和18%蛋白水平的飼料，其中16%和18%蛋白水平的羔羊具有最大的日增重和最終體重。然而，崔曉鵬等[11]研究發(fā)現(xiàn),隨著蛋白水平增高，藏山羊日增重反而下降。路永強(qiáng)[12]報道,哺乳羔羊早期育肥的效果受日糧蛋白質(zhì)含量的影響，日增重隨蛋白質(zhì)含量的增加顯著增加，但當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量達(dá)到23%時，日增重隨蛋白含量的繼續(xù)升高而呈下降趨勢。候鵬霞等[13]研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)飼18%蛋白水平日糧羔羊的日增重顯著高于15%和21%蛋白水平。這與本試驗的研究結(jié)果不盡相同，造成結(jié)果不一致的原因一方面可能是與試驗動物的品種差異、羊的飼喂階段以及飼喂期的長短不同有關(guān)，另一方面可能是由于上述試驗中高蛋白組蛋白水平過高會引起其他營養(yǎng)素不平衡，引起營養(yǎng)代謝病，而且伴隨腹瀉癥狀，進(jìn)而影響采食量，導(dǎo)致日增重下降。

3.2 低氮日糧對絨山羊鈣代謝相關(guān)生化指標(biāo)

動物機(jī)體中胃腸道吸收和腎臟重吸收過程是維持Ca穩(wěn)態(tài)的最主要因素，受到如PTH和 1,25-二羥基維生素 D3(1,25(OH)2D3，即骨化三醇)等激素的調(diào)節(jié)[14]。單胃動物的研究中表明，Ca的穩(wěn)態(tài)也會受到日糧蛋白質(zhì)攝入水平的影響。Gaffney-Stomberg等[15]發(fā)現(xiàn)，大鼠飼喂低蛋白日糧后，降低了血漿中的1,25(OH)2D3濃度并且減少了小腸對Ca的吸收。Kerstetter等[4]發(fā)現(xiàn)給人供給0.7 g Pr/kg/d限制性蛋白與2.1 g Pr/kg/d高蛋白食物后相比，由于小腸中Ca的吸收減少，導(dǎo)致了低尿癥的發(fā)生。然而，目前在反芻動物的研究報道卻較少。本研究結(jié)果表明，盡管反芻動物具有有效的內(nèi)源尿素氮周轉(zhuǎn)機(jī)制，日糧中氮攝入量的減少仍舊影響了斷奶羔羊機(jī)體中鈣的穩(wěn)態(tài)，血漿中Ca2+濃度顯著降低。在本試驗中，低氮組與高氮組相比，氮的日攝入量減少了43.06 %，由此導(dǎo)致血漿中尿素的水平也顯著下降，這與樊艷華[6]和Schroder[16]報道的結(jié)果相一致，因為血漿中的尿素濃度是衡量機(jī)體中氮攝入量的一個重要指標(biāo)。Muscher和 Huber[17]研究表明，給育成山羊飼喂低氮日糧后，血漿中的尿素水平與血漿中Ca2+濃度之間呈正線性相關(guān)。此外，本試驗中血漿中骨化三醇的濃度也隨著日糧蛋白的降低而降低。由于血漿中骨化三醇濃度降低，導(dǎo)致腸道中鈣的吸收減少，與單胃動物類似，這個過程是依賴于骨化三醇調(diào)控的[18]，因此這也是本試驗低氮組血漿中Ca2+水平顯著降低的原因之一。

本試驗研究也證實，低氮組與高氮組相比，血漿中IGF-1顯著降低。據(jù)已有研究報道，降低的IGF-1濃度不僅會使腎小球濾過率(glomerular filtration rate, GFR)降低，也會導(dǎo)致腎血流量減少[19]。不論是腎小球濾過率降低還是腎血流量減少，均能夠?qū)е履I臟1-α-羥化酶活性降低，進(jìn)而減少骨化二醇向骨化三醇的轉(zhuǎn)化[20]。研究表明，IGF-1濃度降低也會直接導(dǎo)致1-α-羥化酶活性降低，進(jìn)而影響骨化三醇的濃度。Prince等[21]在人上的研究發(fā)現(xiàn)，GFR和血漿骨化三醇濃度之間存在相關(guān)性[21]。本試驗中低氮組血漿中骨化三醇水平顯著降低，這很可能是由于GFR降低導(dǎo)致的，這與大鼠的實驗結(jié)果一致[3]。此外，Muscher和 Huber[8]在山羊的研究中觀察到血漿中骨化三醇濃度與尿素水平之間存在正相關(guān)關(guān)系。由此可以推測，腎功能的下降和低氮日糧的攝入都會減少骨化三醇的合成[22]，進(jìn)而降低血漿中鈣的含量。

此外，本試驗中，低氮組血漿中骨化三醇濃度降低的同時PTH含量顯著增加，這與Kerstetter等[23]在人上研究的結(jié)果相同。PTH是由甲狀旁腺主細(xì)胞合成和分泌的，對于維持體內(nèi)鈣的穩(wěn)態(tài)不可或缺。這種穩(wěn)態(tài)主要是通過位于甲狀旁腺細(xì)胞表面的鈣敏感受體(calcium sensitive receptor，CaSR)來介導(dǎo)的，CaSR能夠通過感受血鈣濃度的細(xì)微變化而調(diào)節(jié)甲狀旁腺分泌和釋放PTH來調(diào)節(jié)鈣離子流入和流出細(xì)胞。當(dāng)血漿中Ca2+濃度升高時，CaSR被活化,從而抑制甲狀旁腺分泌PTH[24]。Brown等[25]在大鼠中的研究表明，骨化三醇濃度降低后會對CaSR產(chǎn)生抑制，從而導(dǎo)致甲狀旁腺分泌更高的PTH，這也可能是造成本試驗低氮組中PTH顯著升高的另外一個原因。然而，本試驗中未對CaSR的表達(dá)進(jìn)行測定，有待于更進(jìn)一步的深入研究。

3.3 低氮日糧對絨山羊尿素和鈣的排泄率影響

本試驗結(jié)果得出，低氮組和中氮組與高氮組相比，腎臟中尿素的排泄率顯著下降，由此可見，這是斷奶羔羊利用內(nèi)源尿素再循環(huán)合成瘤胃微生物蛋白的一種氮節(jié)約機(jī)制。據(jù)Eriksson[19]和Valtonen[20]報道，當(dāng)山羊機(jī)體中氮的攝入量減少時，腎臟中尿素排泄率降低是腎臟的尿素保護(hù)機(jī)制，此時GFR會下降約60 %。GFR下降，腎小管鈣的重吸收增加，尿鈣排泄減少[21]，這與本試驗的研究結(jié)果相一致。本試驗中盡管未對GFR進(jìn)行測定，但在大鼠的研究中表明，IGF-1濃度降低可以介導(dǎo)GFR下降[22]。另一方面，由本試驗低氮組中血漿肌酐水平顯著增加可以推斷出GFR會明顯降低，因為血漿中肌酐的濃度變化主要由腎小球的濾過能力即GFR來決定的。此外，動物機(jī)體由于較高的肌肉周轉(zhuǎn)，肌酐會從肌肉中逐漸釋放出來，因此尿中的肌酐濃度也相應(yīng)的隨之升高[8]。較高的肌肉蛋白周轉(zhuǎn)能夠為飼喂低氮日糧的山羊提供更多的尿素氮合成，進(jìn)而提高對瘤胃微生物的氮供應(yīng)。

4 小 結(jié)

日糧蛋白水平能夠影響育成羊機(jī)體鈣的穩(wěn)態(tài)，但對其生產(chǎn)性能未造成影響。低氮組通過降低了IGF-1和骨化三醇的濃度，進(jìn)而減少了血漿中鈣的水平。