飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛呼吸代謝、養(yǎng)分表觀消化率和血清生化指標(biāo)的影響

張相倫 劉基偉 趙紅波 王 蕾 劉曉牧 游 偉 秦立紅 趙玉民 萬發(fā)春,3* 張國梁

(1.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實驗室，濟南 250100；2.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧所，公主嶺 136100；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128)

草原紅牛是我國自主培育的乳肉兼用型優(yōu)良地方品種，具有適應(yīng)性強、耐粗飼、抗逆性強以及肉質(zhì)鮮嫩等優(yōu)良特性，廣泛分布于吉林、河北和內(nèi)蒙古等地[1]。為促進草原紅牛品種的開發(fā)利用，部分學(xué)者從遺傳育種角度，圍繞草原紅牛的種質(zhì)資源特性、功能基因挖掘和遺傳性狀改良等方面開展研究，取得了系列成果[2-3]。而從動物營養(yǎng)角度開展的草原紅牛營養(yǎng)需要及養(yǎng)分代謝規(guī)律方面的研究還不足，這導(dǎo)致草原紅牛的飼養(yǎng)缺乏參考標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重制約了品種的推廣應(yīng)用，亟需開展相關(guān)研究。蛋白質(zhì)是動物機體的重要組成成分，飼糧粗蛋白質(zhì)是動物生長所需蛋白質(zhì)的主要來源，與動物生產(chǎn)性能、屠宰性能和畜產(chǎn)品品質(zhì)等密切相關(guān)[4]。趙洋洋等[5]研究表明，提高飼糧粗蛋白質(zhì)水平可以提高奶公牛飼料轉(zhuǎn)化率，增加眼肌面積，改善生產(chǎn)和屠宰性能。Hristov等[6]研究報道，給泌乳奶牛供給過高的飼糧粗蛋白質(zhì)會顯著降低氮利用率，且過多的氮會轉(zhuǎn)變成尿氮排出。Li等[7]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧粗蛋白質(zhì)水平對安格斯和湘西黃牛雜交牛的生產(chǎn)性能和養(yǎng)分利用率無顯著影響，但可提高其屠宰率?？梢姡m宜的飼糧粗蛋白質(zhì)水平對于發(fā)揮動物最佳生產(chǎn)性能、提高飼料利用效率以及改善胴體品質(zhì)等具有重要作用。本課題組前期已完成飼糧能量水平對草原紅牛消化代謝的影響研究，得出適宜飼糧能量水平[8]，但關(guān)于飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛的影響研究尚未見報道，需開展系統(tǒng)研究?；诖?，為進一步提高草原紅?？茖W(xué)飼養(yǎng)水平，深入挖掘品種生長特性，本研究以體重為450 kg左右的草原紅牛為研究對象，繼續(xù)開展飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛呼吸代謝、養(yǎng)分表觀消化率和血清生化指標(biāo)等方面的研究，以明確飼糧粗蛋白質(zhì)的適宜水平，為草原紅牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗采用單因素試驗設(shè)計，選用12頭體重相近[(473.08±14.20) kg]、健康的草原紅牛公牛，隨機分為3組，每組4頭。各組分別飼喂不同粗蛋白質(zhì)水平的飼糧，飼糧參考NRC(2016)[9]并結(jié)合生產(chǎn)實際進行配制，低蛋白質(zhì)組、中蛋白質(zhì)組和高蛋白質(zhì)組飼糧粗蛋白質(zhì)水平理論值分別為8.00%、10.00%和12.00%，實測值分別為8.15%、10.67%和12.60%，飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。試驗期20 d，包括預(yù)試期18 d和正試期2 d。試驗在吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧分院試驗牛場進行，于2020年11月開展。

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

續(xù)表1項目 Items低蛋白質(zhì)組LP group中蛋白質(zhì)組MP group高蛋白質(zhì)組HP group粗脂肪 EE2.932.952.94鈣 Ca0.420.420.42總磷 TP0.220.250.27

1.2 試驗方法和飼養(yǎng)管理

預(yù)試期，試驗牛單欄栓系飼養(yǎng)，每天07:00和17:00分別飼喂1次，先精后粗，自由飲水。預(yù)試期監(jiān)測各組采食量，調(diào)節(jié)各組采食量基本一致。正試期將所有試驗牛轉(zhuǎn)入呼吸測熱室內(nèi)栓系飼養(yǎng)，飼養(yǎng)程序與預(yù)試期完全相同。正試期利用吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主研制的“大型動物開放回流式呼吸測熱裝置”進行呼吸代謝試驗[10]，檢測并記錄呼吸代謝室氣體及氣體變化，連續(xù)記錄2 d。同時，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2 d，開倉收集糞尿的時間為每日氣體數(shù)據(jù)采集完成之后。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份固氮后用于氮含量檢測。每天的尿液全部收集后，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，固氮后密封于-20 ℃待測。試驗結(jié)束時，每頭牛頸靜脈采集血樣10 mL，4 ℃條件下3 000 r/min離心15 min，分離血清后于-20 ℃保存待測。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 氣體代謝及產(chǎn)熱量

利用呼吸代謝室檢測試驗牛的氧氣消耗量、二氧化碳產(chǎn)生量和甲烷產(chǎn)生量等，并計算呼吸熵和產(chǎn)熱量[11]。

呼吸熵=二氧化碳產(chǎn)生量/氧氣消耗量；
產(chǎn)熱量(kJ)=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×尿氮排泄量(UNE)。

1.3.2 氮及能量代謝參數(shù)

利用凱氏定氮儀(Kjeltec 8400，F(xiàn)OSS)測定樣本氮含量，計算氮代謝相關(guān)參數(shù)。

糞氮排泄量(FNE，g/d)=
糞排泄量×糞氮含量；
尿氮排泄量(g/d)=尿排泄量×尿氮含量；
消化氮(g/d)=總氮攝入量-糞氮排泄量；
沉積氮(g/d)=消化氮-尿氮排泄量；
氮表觀消化率(%)=100×消化氮/總氮攝入量；
氮表觀代謝率(%)=100×沉積氮/總氮攝入量。

利用氧彈式測熱儀(C2000，IKA)測定樣本能量值，根據(jù)甲烷產(chǎn)生量計算甲烷能量值，并計算能量代謝參數(shù)。

糞能排泄量(FEE，MJ/d)=
糞便排泄量×糞便能量值；
尿能排泄量(UEE，MJ/d)=尿排泄量×尿能量值；
甲烷能排出量(CH4-EE，MJ/d)=
甲烷產(chǎn)生量×39.55 MJ/L；
消化能采食量(DEI，MJ/d)=
總能采食量-糞能排泄量；
代謝能采食量(MEI，MJ/d)=消化能采食量-
尿能排泄量-甲烷能排出量；
總能消化率(%)=100×消化能采食量/
總能采食量；
總能代謝率(%)=100×代謝能采食量/
總能采食量。

1.3.3 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)》[12]測定飼糧、糞便樣本的干物質(zhì)(DM)、有機物(OM)、粗脂肪(EE)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量，計算養(yǎng)分表觀利用率。

某養(yǎng)分表觀消化率(%)=100×(該養(yǎng)分
攝入量-糞便中該養(yǎng)分排泄量)/
該養(yǎng)分?jǐn)z入量。

1.3.4 血清生化指標(biāo)

利用試劑盒(南京建成生物工程研究所)檢測血清葡萄糖(GLU)、甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)、總蛋白(TP)和尿素氮(UN)含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010整理后，采用SPSS 20.0軟件中的單因素方差分析(one-way ANOVA)進行統(tǒng)計分析，多重比較采用Tukey法進行，采用多項式比較分析一次線性效應(yīng)，結(jié)果以平均值和均值標(biāo)準(zhǔn)誤(SEM)表示，P<0.05為差異顯著，0.05≤P<0.10表示有變化趨勢。

2 結(jié) 果

2.1 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛呼吸代謝的影響

由表2可知，低蛋白質(zhì)組草原紅牛甲烷產(chǎn)生量、氧氣消耗量、二氧化碳產(chǎn)生量和產(chǎn)熱量均顯著高于其他2組(P<0.05)，且上述指標(biāo)均隨飼糧粗蛋白質(zhì)水平的升高而線性降低(P<0.05)；低蛋白質(zhì)組呼吸熵顯著低于其他2組(P<0.05)，且呼吸熵隨飼糧粗蛋白質(zhì)水平的升高而線性升高(P<0.05)。

表2 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛呼吸代謝的影響Table 2 Effects of dietary crude protein levels on respiration metabolism of Steppe Red cattle

2.2 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛氮代謝的影響

由表3可知，各組草原紅牛糞氮排泄量無顯著差異(P>0.05)；高蛋白質(zhì)組尿氮排泄量顯著高于其他2組(P<0.05)，低蛋白質(zhì)組消化氮和沉積氮顯著低于其他2組(P<0.05)，且上述指標(biāo)隨飼糧粗蛋白質(zhì)水平的升高而線性升高(P<0.05)；飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛氮表觀消化率和氮表觀代謝率均無顯著影響(P>0.05)。

表3 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛氮代謝的影響Table 3 Effects of dietary crude protein levels on nitrogen metabolism of Steppe Red cattle

2.3 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛能量代謝的影響

由表4可知，飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛糞能排泄量、尿能排泄量、消化能采食量、代謝能采食量、總能消化率和總能代謝率等均無顯著影響(P>0.05)，尿能排泄量有隨飼糧粗蛋白質(zhì)水平的升高而升高的趨勢(P=0.056)；低蛋白質(zhì)組甲烷能排出量和甲烷能排出量/總能值均顯著高于其他2組(P<0.05)，且兩者隨飼糧粗蛋白質(zhì)水平的升高而線性降低(P<0.05)。

表4 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛能量代謝的影響Table 4 Effects of dietary crude protein levels on energy metabolism of Steppe Red cattle

2.4 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛養(yǎng)分表觀消化率的影響

由表5可知，飼糧粗蛋白質(zhì)水平對各組草原紅牛的干物質(zhì)、有機物、粗脂肪、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀消化率均無顯著影響(P>0.05)。

表5 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛養(yǎng)分表觀消化率的影響Table 5 Effects of dietary crude protein levels on nutrient apparent digestibility of Steppe Red cattle %

2.5 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛血清生化指標(biāo)的影響

由表6可知，各組草原紅牛血清葡萄糖、甘油三酯、總膽固醇和總蛋白含量均無顯著差異(P>0.05)。高蛋白質(zhì)組血清尿素氮含量顯著高于其他2組(P<0.05)，且血清尿素氮含量隨飼糧粗蛋白質(zhì)水平的升高而線性升高(P<0.05)。

表6 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛血清生化指標(biāo)的影響Table 6 Effects of dietary crude protein levels on serum biochemical indices of Steppe Red cattle

3 討 論

3.1 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛呼吸代謝的影響

反芻動物瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生甲烷，據(jù)報道，飼糧中的總能有2%～15%以甲烷形式損失；氧氣消耗量和二氧化碳產(chǎn)生量通常與機體代謝強度有關(guān)，從營養(yǎng)學(xué)角度降低動物碳排放一直是研究的熱點問題[13-14]。蛋白質(zhì)是動物飼糧營養(yǎng)成分的重要指標(biāo)，已有報道發(fā)現(xiàn)飼糧蛋白質(zhì)水平與反芻動物氣體代謝存在相關(guān)性，但研究結(jié)論存在差異。Moss等[15]在飼喂牧草青貯的雜交羊飼糧中添加豆粕，發(fā)現(xiàn)當(dāng)飼糧粗蛋白質(zhì)水平提高時(13.9%～22.5%)，雜交羊的甲烷產(chǎn)生量降低。Kidane等[16]報道，飼糧粗蛋白質(zhì)水平(13.0%～17.5%)對奶牛的甲烷產(chǎn)生量無顯著影響，但高蛋白質(zhì)水平組奶牛的每千克牛奶折合的甲烷產(chǎn)生量升高。陳躍鳳[17]報道，飼糧粗蛋白質(zhì)水平(13.93%～15.77%)對夏南牛甲烷產(chǎn)生量無顯著影響，但提高粗蛋白質(zhì)水平有降低甲烷產(chǎn)生量的趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)，低蛋白質(zhì)組草原紅牛甲烷產(chǎn)生量最高，提高飼糧粗蛋白質(zhì)水平可降低甲烷產(chǎn)生量，這與Moss等[15]和陳躍鳳[17]研究結(jié)果類似。反芻動物甲烷的產(chǎn)生與瘤胃產(chǎn)甲烷微生物活動有關(guān)，同時瘤胃揮發(fā)性脂肪酸的比例也影響甲烷產(chǎn)生[4]。已有報道表明，飼糧粗蛋白質(zhì)水平對瘤胃揮發(fā)性脂肪酸含量無顯著影響[18-19]，因此推測甲烷產(chǎn)生量差異可能與不同蛋白質(zhì)組草原紅牛瘤胃產(chǎn)甲烷微生物活動不同有關(guān)，但具體機制尚需驗證。此外，研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，低蛋白質(zhì)組草原紅牛氧氣消耗量、二氧化碳產(chǎn)生量和產(chǎn)熱量顯著高于其他2組，而本研究中各組草原紅牛采食量基本一致，飼糧能量攝入量無顯著區(qū)別，推測低蛋白質(zhì)組草原紅?？赡苡捎陲暭Z蛋白質(zhì)供給量低、能蛋比不平衡造成機體代謝強度發(fā)生變化[20]。

3.2 飼料粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛氮和能量代謝的影響

飼糧適宜粗蛋白質(zhì)水平是提高動物氮和能量利用效率的重要因素，飼糧蛋白質(zhì)供給不足時難以滿足動物營養(yǎng)需要影響生產(chǎn)性能，而飼糧蛋白質(zhì)供給過高時過多的氮會從糞尿中排出，會加重機體代謝負擔(dān)，降低飼料利用率[4]。本研究結(jié)果表明，高蛋白質(zhì)組草原紅牛尿氮排泄量顯著高于其他2組，是其他組近2倍，但高蛋白質(zhì)組和中蛋白質(zhì)組之間消化氮和沉積氮無顯著差異，這說明給草原紅牛飼糧中提供過量的蛋白質(zhì)時，大量的氮會通過尿液排出體外，氮的利用率難以提高，這與已有報道結(jié)果[21-22]類似。此外，雖然低蛋白質(zhì)組草原紅牛糞氮和尿氮排泄量較中蛋白質(zhì)組差異不顯著，但其消化氮和沉積氮卻顯著降低，分析原因可能是飼糧蛋白質(zhì)過低導(dǎo)致瘤胃微生物蛋白合成受阻，影響了飼糧中氮的利用效率[4,23]。進一步分析草原紅牛的能量代謝參數(shù)發(fā)現(xiàn)，尿能排泄量隨飼糧粗蛋白質(zhì)水平的升高而呈線性升高趨勢，這可能與飼糧高蛋白質(zhì)水平導(dǎo)致尿氮排泄量提高有關(guān)，其他能量代謝指標(biāo)不受飼糧粗蛋白質(zhì)水平的影響。此外，與氣體代謝結(jié)果一致的是，草原紅牛甲烷能排出量、甲烷能排出量/總能值均以低蛋白質(zhì)組最高，說明飼糧粗蛋白質(zhì)水平過低時，飼糧能量以甲烷形式損失的比例提高，這可能與飼糧蛋白質(zhì)水平過低影響瘤胃產(chǎn)甲烷微生物活動有關(guān)，具體機理還需深入研究。

3.3 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛養(yǎng)分表觀消化率的影響

養(yǎng)分表觀消化率是反映飼糧配比是否合理、營養(yǎng)是否均衡的重要指標(biāo)，飼糧粗蛋白質(zhì)水平可影響?zhàn)B分表觀消化率。Broderick[24]報道，初產(chǎn)荷斯坦奶牛的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的表觀消化率隨飼糧粗蛋白質(zhì)水平的升高(15.1%～18.4%)而線性升高，但干物質(zhì)和有機物表觀消化率不受影響。Aguerre等[25]研究發(fā)現(xiàn)，提高飼糧粗蛋白質(zhì)水平(15.3%～16.6%)可提高荷斯坦奶牛的干物質(zhì)和有機物的表觀消化率，不影響中性洗滌纖維表觀消化率。但Hristov等[6]、Corea等[26]的研究均表明飼糧粗蛋白質(zhì)水平對養(yǎng)分表觀消化率無顯著影響。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，草原紅牛的養(yǎng)分表觀消化率隨飼糧能量水平的升高而升高[8]，但本研究發(fā)現(xiàn)飼糧粗蛋白質(zhì)水平對養(yǎng)分表觀消化率無顯著影響，說明草原紅?？赡軐︼暭Z粗蛋白質(zhì)水平變化的敏感度較低。

3.4 飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛血清生化指標(biāo)的影響

血清生化指標(biāo)的變化與動物機體對飼糧養(yǎng)分的吸收代謝過程密切相關(guān)。本研究結(jié)果表明，飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛血清葡萄糖、甘油三酯和總膽固醇含量等指標(biāo)均無顯著影響，說明飼糧粗蛋白質(zhì)水平對草原紅牛的碳水化合物和脂肪代謝過程未產(chǎn)生較大影響。但高蛋白質(zhì)組血清尿素氮含量顯著高于其他2組，這與Park等[27]、程光民等[28]的研究結(jié)果類似。血清尿素氮是反映機體氮代謝的重要指標(biāo)，受進食氮和內(nèi)源氮的影響，血清尿素氮與進食氮含量在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)[29]。本研究中，隨著飼糧粗蛋白質(zhì)水平的提高，草原紅牛進食的蛋白質(zhì)含量逐漸升高，因此血清尿素氮含量隨之上升[30]。

4 結(jié) 論

本試驗條件下，適宜提高飼糧粗蛋白質(zhì)水平可降低草原紅牛的甲烷產(chǎn)生量，降低氧氣消耗量、二氧化碳產(chǎn)生量和產(chǎn)熱量；適宜提高飼糧粗蛋白質(zhì)水平可提高草原紅牛消化氮和沉積氮的量，但不影響能量和各養(yǎng)分的表觀消化率。綜合各項指標(biāo)以中蛋白質(zhì)組效果最佳，推薦450 kg左右草原紅牛飼糧粗蛋白質(zhì)水平以10.00%為宜，消化氮和消化能日供給量分別為110.61 g/d和102.21 MJ/d，沉積氮和代謝能日供給量分別為98.17 g/d和92.67 MJ/d。