低聚半乳糖對荷斯坦?fàn)倥ＩL性能、血清生化指標(biāo)及礦物質(zhì)元素含量的影響

王飛飛 常美楠 馬峰濤 金宇航 郝力壯 孫 鵬*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193; 2.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海省高原放牧家畜動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧810016)

犢牛由于自身免疫力低、器官組織等未發(fā)育完全、腸道穩(wěn)態(tài)尚未建立完善，極易受到外界不利因素的影響而感染各種疾病，其中腹瀉是犢牛最常見的一種疾病，具有高發(fā)病率、高死亡率、高治療費(fèi)用、低增長率等特點(diǎn)，嚴(yán)重制約了牧場的經(jīng)濟(jì)效益，影響了我國奶業(yè)振興計(jì)劃的推動和實(shí)施。犢牛腹瀉等疾病的防治措施主要包括加強(qiáng)母牛和犢牛的飼養(yǎng)管理、改善飼養(yǎng)環(huán)境、添加抗生素等。然而，近年來國家禁止在飼料中使用抗生素，大力提倡使用無污染無殘留的綠色飼料添加劑。

益生元可以作為新型飼料添加劑，具有綠色無污染且不易產(chǎn)生耐藥性等特點(diǎn)。研究表明，益生元可促進(jìn)有益菌在宿主腸道內(nèi)定植，減少有害菌繁殖，改善宿主腸道微生態(tài)環(huán)境和胃腸道消化功能，提高機(jī)體免疫力和抗病能力[1]。飼糧中添加益生元不但可以促進(jìn)動物生長發(fā)育，還可促進(jìn)機(jī)體對礦物元素的吸收，尤其是鈣的吸收，優(yōu)化骨骼健康[2]。作為益生元之一的低聚半乳糖(galactooligosaccharides，GOS)由β(1，4)和β(1，6)糖苷鍵連接，具有2～9個半乳糖單位和終端葡萄糖[3]。GOS可被機(jī)體的乳酸桿菌和雙歧桿菌等益生菌利用，產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)[4]，而SCFAs可參與機(jī)體脂質(zhì)代謝、礦物質(zhì)吸收等生理過程，因此GOS有作為飼料添加劑的潛能。Richards等[5]研究發(fā)現(xiàn)，GOS可以通過調(diào)節(jié)仔雞腸道菌群和先天免疫來提高其生長速度和飼料轉(zhuǎn)化效率。GOS可以改善小鼠的脂質(zhì)代謝，降低輪狀病毒感染大鼠的腹瀉率，還可以促進(jìn)大鼠鈣和鎂的吸收[6-8]。然而，國內(nèi)外對于GOS的研究與應(yīng)用主要集中于單胃動物、家禽、魚類和嚙齒類動物，而對于GOS在反芻動物體內(nèi)的作用機(jī)制認(rèn)識不夠全面，導(dǎo)致GOS在反芻動物方面的應(yīng)用和推廣受到限制。因此，本試驗(yàn)旨在研究不同劑量GOS對荷斯坦?fàn)倥ＩL性能、腹瀉率、血清生化指標(biāo)及礦物質(zhì)元素含量的影響，為GOS在犢牛生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用GOS純度≥90%，購于某生物股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)動物與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年10月至2021年2月在河北省新樂市君源牧業(yè)有限公司開展。選取32頭出生重[(37.7±0.8) kg]相近、健康的荷斯坦母犢牛，隨機(jī)分為4組，每組8頭牛。對照組和試驗(yàn)組均飼喂牛奶和開食料，試驗(yàn)組分別在牛奶中添加10(GOS1組)、20(GOS2組)和40 g/(d·頭)(GOS3組)的GOS。試驗(yàn)從犢牛出生至4周齡結(jié)束。

1.3 試驗(yàn)飼糧與飼養(yǎng)管理

犢牛出生后即轉(zhuǎn)入犢牛島，在出生后2 h內(nèi)灌服4 L初乳，第2～3天每天飼喂3次初乳(06：00、12：00和18：00)，每次2 L，第4天開始飼喂常乳，每天8 L。犢牛出生3 d后開始飼喂開食料，自由采食，每天記錄采食量。將相應(yīng)劑量的GOS溶解于少許牛奶中飼喂給對應(yīng)的試驗(yàn)組犢牛，確保其被完全食用后，再飼喂剩余牛奶。犢牛采食的牛奶為君源牧業(yè)有限公司自產(chǎn)牛奶，開食料為天津九州大地飼料有限公司生產(chǎn)的適用于3日齡～3月齡犢牛的福維康1102。牛奶及開食料的營養(yǎng)水平見表1。

表1 牛奶及開食料的營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

1.4 樣品采集與指標(biāo)測定

1.4.1 牛奶與開食料

試驗(yàn)期間采集犢牛的牛奶和開食料樣品，并于-20 ℃冰箱保存待測。采用乳成分分析儀(MilkoScanTMFT6000)測定牛奶的常規(guī)營養(yǎng)成分。采用對應(yīng)的國標(biāo)方法測定開食料干物質(zhì)(GB/T 6435—2014)、粗蛋白質(zhì)(GB/T 6432—2018)、粗脂肪(GB/T 6433—2006)、粗灰分(GB/T 6438—2007)、中性洗滌纖維(GB/T 20806—2006)和酸性洗滌纖維(NY/T 1459—2007)的含量。

1.4.2 犢牛體重

分別于犢牛1、14和28日齡晨飼前測定犢牛體重，計(jì)算平均日增重(average daily gain，ADG)。

1.4.3 牛奶采食量與開食料采食量

試驗(yàn)期內(nèi)，每天記錄犢牛牛奶采食量和開食料采食量，計(jì)算平均日采食量(average daily feed intake，ADFI)和料重比(feed to gain ratio，F(xiàn)/G)。

1.4.4 犢牛腹瀉率

試驗(yàn)期間，每天早、晚觀察犢牛的糞便情況并進(jìn)行記錄，根據(jù)Teixeira等[9]的方法對糞便進(jìn)行評分，糞便評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，犢牛連續(xù)2 d出現(xiàn)3分或4分的糞便時記為腹瀉。根據(jù)如下公式計(jì)算腹瀉率：

腹瀉率(%)=[Σ腹瀉頭數(shù)×腹瀉天數(shù)/
(試驗(yàn)頭數(shù)×試驗(yàn)天數(shù))]×100。

1.4.5 血液樣品的采集與指標(biāo)檢測

所有犢牛4周齡晨飼前對其進(jìn)行頸靜脈采血，用非抗凝管采集犢牛血液10 mL，室溫靜置30 min后，3 000×g、4 ℃離心15 min，所得血清于-80 ℃保存?zhèn)溆?。采用日立全自動生化儀(HITACHI-7080)測定血清樣品中尿素氮(urea nitrogen，UREA)、葡萄糖(glucose，GLU)、總膽固醇(total cholesterol，TC)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)、甘油三酯(triglyceride，TG)含量和谷草轉(zhuǎn)氨酶(aspartate aminotransferase，AST)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(alanine aminotransferase，ALT)活性；采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-OES PQ9000)，參照GB 5009.268—2016測定血清中鈣、銅、鐵、鎂、磷和鋅含量。

表2 糞便評分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010軟件初步處理后，腹瀉率用SAS 9.4軟件中的卡方檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，其他數(shù)據(jù)用SAS 9.4軟件中的MIXED模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)牛為隨機(jī)因素，試驗(yàn)處理為固定因素。采用Turkey’s法進(jìn)行多重比較；采用線性和二次多重比較評價GOS添加劑量的影響。數(shù)據(jù)用平均值和均值標(biāo)準(zhǔn)誤(SEM)表示，P<0.05表示差異顯著，0.05≤P<0.10表示有差異顯著趨勢。

2 結(jié) 果

2.1 GOS對荷斯坦?fàn)倥ＩL性能及腹瀉率的影響

由表3可知，隨著GOS添加劑量的增加，犢牛1～2周齡ADG呈現(xiàn)先上升后下降的二次曲線變化(P<0.05)，1～2周齡F/G呈現(xiàn)先下降后上升的二次曲線變化(P<0.05)。與對照組相比，GOS1組和GOS2組犢牛1～2周齡ADG顯著升高(P<0.05)，1～2周齡腹瀉率和F/G顯著降低(P<0.05)。添加GOS對犢牛3～4周齡生長性能及腹瀉率無顯著影響(P>0.05)。與對照組相比，GOS1組和GOS2組犢牛1～4周齡腹瀉率顯著降低(P<0.05)。隨著GOS添加劑量的增加，1～4周齡F/G呈現(xiàn)先下降后上升的二次曲線變化(P<0.05)。添加GOS對犢牛1～4周齡ADG和ADFI無顯著影響(P>0.05)。

表3 GOS對荷斯坦?fàn)倥ＩL性能和腹瀉率的影響

續(xù)表3項(xiàng)目Items組別 Groups對照 ControlGOS1GOS2GOS3SEMP值 P-value處理 Treatment線性 Linear二次 Quadratic1～4周齡 1 to 4 weeks of age28.79 32.43 32.51 47.08 8.42 0.44 0.13 0.66 平均日采食量 ADFI/[g/(d·頭) DM]1～2周齡 1 to 2 weeks of age1 062.401 067.411 057.171 062.8013.670.960.920.893～4周齡 3 to 4 weeks of age1 127.231 118.841 106.191 143.9021.930.670.560.301～4周齡 1 to 4 weeks of age1 094.81 1 093.13 1 081.69 1 103.35 13.65 0.74 0.67 0.37 料重比 F/G1～2周齡 1 to 2 weeks of age1.86a1.45b1.41b1.87a0.140.040.63<0.013～4周齡 3 to 4 weeks of age1.491.321.341.380.100.690.610.331～4周齡 1 to 4 weeks of age1.54 1.34 1.35 1.54 0.09 0.19 0.67 0.04

2.2 GOS對荷斯坦?fàn)倥Ｑ迳笜?biāo)的影響

由表4可知，添加GOS有提高血清HDL含量的趨勢(P=0.07)，但對血清TG、TC、LDL、UREA、GLU含量及AST、ALT活性無顯著影響(P>0.05)。

表4 GOS對荷斯坦?fàn)倥Ｑ迳笜?biāo)的影響

2.3 GOS對荷斯坦?fàn)倥Ｑ宓V物質(zhì)元素含量的影響

由表5可知，與對照組相比，GOS1組和GOS3組血清鈣含量顯著升高(P<0.05)，GOS3組血清鎂含量顯著升高(P<0.05)。添加GOS有提高血清鐵含量的趨勢(P=0.09)，但對血清銅和鋅含量無顯著影響(P>0.05)。

表5 GOS對荷斯坦?fàn)倥Ｑ宓V物質(zhì)元素含量的影響

3 討 論

3.1 GOS對荷斯坦?fàn)倥ＩL性能和腹瀉率的影響

一般認(rèn)為ADFI、ADG以及F/G等因素可以反映出動物的生長性能，犢牛時期的生長性能對成年后的生產(chǎn)性能具有重要影響。然而犢牛出生后生活環(huán)境發(fā)生巨大改變，其自身消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等卻尚未發(fā)育完善，很容易被外界的病原體感染，發(fā)生腹瀉[10-11]。犢牛腹瀉通常發(fā)生在出生后前4周，尤其是前2周的發(fā)病率最高[12-13]，影響成年后第1次產(chǎn)犢日齡以及產(chǎn)奶量[14-15]。研究表明，許多功能性低聚糖可以提高動物的生長性能及飼料轉(zhuǎn)化效率，降低腹瀉率。麥麩阿魏酸低聚糖及低聚果糖分別可以提高羔羊的飼料轉(zhuǎn)化效率和ADG[16-17]。低聚木糖可以提高斷奶仔豬的生長性能，降低腹瀉率[18]。甘露寡糖可以提高犢牛的ADG、ADFI以及飼料轉(zhuǎn)化效率，降低腹瀉率[19]。GOS和芽孢桿菌合生元可以提高里海鮭魚增重率、存活率以及飼料轉(zhuǎn)化效率[20]。另外還有研究表明，GOS可以提高哺乳仔豬和斷奶仔豬的生長性能[21-22]，提高鴨的生長性能[23]，以及提高肉雞的生長速度和飼料轉(zhuǎn)化效率，減少促生長類抗生素的使用[5,24]。與前人試驗(yàn)結(jié)果相似，本試驗(yàn)中，與對照組相比，添加10和20 g/(d·頭)GOS不僅顯著提高了犢牛1～2周齡ADG，顯著降低1～2周齡腹瀉率和F/G；同時，添加10和20 g/(d·頭)GOS還顯著降低了犢牛1～4周齡腹瀉率，有利于提高其飼料轉(zhuǎn)化效率。

3.2 GOS對荷斯坦?fàn)倥Ｑ迳笜?biāo)的影響

血清生化指標(biāo)可以反映出機(jī)體代謝及組織器官的健康狀況。研究表明，添加GOS和低聚果糖對宿主脂質(zhì)代謝和葡萄糖代謝有積極影響[25]。高含量的TG、TC和LDL以及低含量的HDL會加大心血管疾病的發(fā)病率，不利于機(jī)體健康[26]。然而，目前降血脂的藥物普遍存在一些如膽結(jié)石、心律失常、加重肝臟負(fù)擔(dān)等副作用。研究表明，給大鼠飼喂GOS后，其附睪脂肪墊重量顯著降低，說明GOS對脂質(zhì)代謝具有直接影響[27]。同時，GOS可顯著降低肥胖大鼠血清TG、TC和LDL含量，提高血清HDL含量，有效改善脂質(zhì)代謝[28]。與前人結(jié)果相似，本試驗(yàn)結(jié)果表明，與對照組相比，添加GOS有提高血清HDL含量的趨勢。HDL將其他部位的膽固醇運(yùn)輸?shù)礁闻K進(jìn)行代謝，添加GOS后相對高含量的HDL可以起到抗動脈粥樣硬化的作用。哺乳期犢牛主要依靠肝臟糖異生作用作為其能量來源，另外糖異生途徑消耗的乳酸可以降低犢牛瘤胃酸中毒的風(fēng)險，因此犢牛的肝臟健康極為重要[29]。AST和ALT是反映機(jī)體肝功能是否健康的重要指標(biāo)，本試驗(yàn)中，添加GOS對犢牛血清AST和ALT活性無顯著影響，表明GOS對犢牛肝功能穩(wěn)態(tài)可能具有一定的維護(hù)作用。

3.3 GOS對荷斯坦?fàn)倥Ｑ宓V物質(zhì)元素含量的影響

必需礦物質(zhì)元素在生命活動中不可或缺，它們作為酶的組成成分和激活劑參與體內(nèi)物質(zhì)代謝[30]。然而，若某種礦物質(zhì)元素添加過量不僅會對環(huán)境造成污染，還會與其他礦物質(zhì)元素產(chǎn)生拮抗，抑制其他礦物質(zhì)元素的吸收[31]，有效提高礦物質(zhì)元素的吸收率，可以解決由此引起的一系列問題。越來越多的證據(jù)表明，益生元可以促進(jìn)鈣和鎂等礦物質(zhì)元素的吸收，有利于骨骼健康。謝乙寧[32]研究發(fā)現(xiàn)，在飼糧添加低聚木糖可以顯著提高斷奶仔豬對鈣的吸收。楊世麗等[33]研究發(fā)現(xiàn)，給圈養(yǎng)獼猴添加水蘇糖后可顯著提高其血清鈣含量。研究表明，飼糧中添加甜菊糖苷可促進(jìn)肉雞鈣的消化吸收[34]。以往研究發(fā)現(xiàn)，在生長大鼠飼糧中添加GOS可以促進(jìn)鎂和鈣的吸收，且2%～6%是促進(jìn)鎂吸收的適宜劑量[8，35]。另外，短鏈GOS和長鏈低聚果糖的混合物可以增加生長大鼠對磷和鎂的吸收[36-37]，而低聚果糖和GOS混合物還可以促進(jìn)斷奶仔豬對鈣和磷的消化吸收[38]。此外，添加一定量GOS可以促進(jìn)大鼠腸道鐵的吸收及利用率[39]。與前人研究結(jié)果一致，本試驗(yàn)結(jié)果同樣表明，添加適宜劑量GOS顯著提高了犢牛血清中鎂和鈣含量，并有提高血清鐵含量的趨勢。這一結(jié)果間接表明，添加GOS有利于促進(jìn)腸道礦物質(zhì)元素吸收，GOS可能通過其分子上的正電荷與細(xì)胞膜結(jié)合，改變細(xì)胞膜上緊密連接蛋白的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而開放離子跨膜通道，從而促進(jìn)礦物質(zhì)元素吸收進(jìn)入血液[40]，但其具體機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

① 添加GOS可以提高犢牛的生長性能，降低其腹瀉率。

② 添加GOS對脂質(zhì)代謝有積極影響，有提高血清HDL含量的趨勢。

③ 添加GOS對礦物質(zhì)元素吸收有積極影響，可提高血清中鈣和鎂含量，并有提高血清鐵含量的趨勢。

④ 在本試驗(yàn)條件下，綜合各項(xiàng)指標(biāo)，GOS在犢牛飼糧中的添加劑量以10 g/(d·頭)為宜。