荷斯坦牛及其雜種公牛養(yǎng)分表觀消化率、小腸組織形態(tài)及消化酶活性差異研究

蘭麗娟 石斌剛 祁有鵬 左 志 張雪萍 王向彥 時(shí) 鈺 張 偉 趙芳芳 馬 金 胡 江*

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅省草食動(dòng)物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070；2.甘肅前進(jìn)牧業(yè)科技有限責(zé)任公司，張掖 734000)

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，飲食結(jié)構(gòu)不斷改善，人民生活對(duì)牛肉產(chǎn)量與質(zhì)量有了更高要求，但牛肉供應(yīng)能力有限，導(dǎo)致牛肉供需差距不斷加大。2020年我國(guó)牛肉產(chǎn)量672萬(wàn)t,位居世界第4位，而牛肉消費(fèi)量951.5萬(wàn)t，其中進(jìn)口牛肉約280萬(wàn)t[1-2]。我國(guó)肉牛業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段，在品種選育改良、營(yíng)養(yǎng)與飼養(yǎng)、屠宰加工等方面仍存在許多不足，限制了我國(guó)現(xiàn)有品種種質(zhì)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮[3]。奶公牛作為肉牛育肥的重要資源，由于飼糧配制及精準(zhǔn)化飼養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用推廣欠缺，其肉用性能尚未充分發(fā)揮。

探索肉牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收特點(diǎn)，是合理配制育肥飼糧、開(kāi)展精準(zhǔn)飼養(yǎng)的關(guān)鍵。消化率反映動(dòng)物對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用能力，是衡量飼料可消化性和動(dòng)物消化能力的統(tǒng)一指標(biāo)，在實(shí)際測(cè)定過(guò)程中因糞中所含養(yǎng)分包括動(dòng)物內(nèi)源性產(chǎn)物，常用表觀消化率表示，且受動(dòng)物品種、飼糧結(jié)構(gòu)等因素影響[4-7]。腸道是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場(chǎng)所，與動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育及健康息息相關(guān)。小腸組織結(jié)構(gòu)是消化吸收的基本保證，其絨毛長(zhǎng)度(villus length，VL)、隱窩深度(crypt depth，CD)、絨毛長(zhǎng)度/隱窩深度(villus length/crypt depth，V/C)值、肌層厚度(myometrial thickness，MT)是衡量反芻動(dòng)物小腸消化吸收功能的重要指標(biāo)[8]，與動(dòng)物品種、年齡、營(yíng)養(yǎng)水平等密切相關(guān)[9-11]。反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過(guò)瘤胃發(fā)酵后流入小腸通過(guò)各種消化酶進(jìn)行化學(xué)性消化，消化酶活性可反映腸道發(fā)育情況和養(yǎng)分表觀消化率，受品種、年齡、飼糧、分泌部位等因素影響[12-13]。奶公牛作為重要育肥牛源，其小腸組織形態(tài)、消化酶活性等方面研究報(bào)道較少。

鑒于此，本試驗(yàn)測(cè)定各育肥階段荷斯坦牛及其雜種公牛養(yǎng)分表觀消化率、胃腸道結(jié)構(gòu)和消化酶活性，旨在揭示不同類型肉牛消化特性及小腸形態(tài)結(jié)構(gòu)差異，為肉牛精準(zhǔn)化飼養(yǎng)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)動(dòng)物

1.2 試驗(yàn)飼糧

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3組試驗(yàn)肉牛飼糧組成一致，復(fù)合秸稈顆粒飼料(玉米秸稈60%、燕麥草40%混合制粒)替代40%粗飼料(風(fēng)干基礎(chǔ))。按張麗英[14]的方法測(cè)定秸稈顆粒營(yíng)養(yǎng)成分。試驗(yàn)牛飼糧配制參照《肉牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T 815—2004)[15]，不同育肥階段飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1。

表1 飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))

1.3 飼養(yǎng)管理

試驗(yàn)肉牛編號(hào)入舍，預(yù)試期用伊維菌素驅(qū)蟲(chóng)，小蘇打健胃；分組散欄式飼養(yǎng)，飼糧經(jīng)全混合日糧(TMR)攪拌機(jī)攪拌后，每日07:00、18:00稱重后各飼喂1次，飼糧喂量以剩余5%～10%為宜，采食后自由飲水。在飼喂過(guò)程中仔細(xì)觀察試驗(yàn)牛采食和反芻情況，次日早、晚飼喂前清槽，收集剩料并稱重記錄。

1.4 樣品采集及測(cè)定

1.4.1 養(yǎng)分表觀消化率測(cè)定

試驗(yàn)肉牛(每組各6頭)均測(cè)定育肥前、中、后期的養(yǎng)分表觀消化率。

飼料樣品采集：采用四分法，分別在育肥前、中和后期開(kāi)始后的1個(gè)月，連續(xù)采集6 d混合飼糧，每天采集200 g左右，并收集剩料，計(jì)算采食量，并將其中一部分混合均勻，用于測(cè)定養(yǎng)分含量。

糞樣采集：在采集飼糧樣品的同時(shí)，連續(xù)6 d采集試驗(yàn)牛糞樣并混合。取一部分糞樣加10%硫酸固氮，4 ℃條件下保存；另一部分65 ℃烘箱中烘干測(cè)定初水分，粉碎過(guò)0.425 mm篩，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定養(yǎng)分含量。

飼糧及糞樣養(yǎng)分測(cè)定參考楊勝[16]方法；酸不溶灰分(AIA)含量測(cè)定參照GB/T 23742—2009[17]方法。養(yǎng)分表觀消化率按照內(nèi)源指示劑法計(jì)算(每個(gè)組測(cè)定9個(gè)重復(fù))，計(jì)算公式如下：

某養(yǎng)分消化率(%)=100-100×(A1/A2)×(F2/F1)。

式中：A1為飼糧中的AIA含量；A2為糞中AIA含量；F1為飼糧中該養(yǎng)分含量；F2為糞中該養(yǎng)分含量。

1.4.2 小腸組織形態(tài)學(xué)及消化酶活性測(cè)定

育肥期結(jié)束后每組隨機(jī)選擇3頭肉牛屠宰，采集十二指腸、空腸、回腸和結(jié)腸各段5 cm左右，清除內(nèi)容物并用生理鹽水沖洗干凈，置于4%多聚甲醛中固定帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。取出固定的小腸樣品，經(jīng)梯度酒精脫水，使用二甲苯透明處理，再經(jīng)石蠟包埋后用切片機(jī)將組織塊切成薄片，最后用蘇木精-伊紅(HE)染色。利用光學(xué)顯微鏡(日本尼康nikon eclipse E100，成像系統(tǒng)為日本尼康NIKON DS-U3)觀察，利用掃描儀(Pannoramic 250, Pannoramic MIDI)進(jìn)行圖像采集分析，使用Case Viewer 軟件測(cè)量切片的VL、CD及MT，并計(jì)算V/C值。

屠宰肉牛采集空腸、回腸和十二指腸食糜，分裝到10 mL離心管中，立即投入液氮中帶回實(shí)驗(yàn)室在-80 ℃冰箱保存。解凍后的食糜用冷凍離心機(jī)在4 ℃條件下10 000 r/min離心10 min，取上清液并分裝，測(cè)定α-淀粉酶(微量法)、脂肪酶(微板法)和胰蛋白酶(紫外比色法)活性(北京索萊寶科技有限公司試劑盒)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 26.0的one-way ANOVA對(duì)養(yǎng)分表觀消化率、腸道酶活性及組織形態(tài)學(xué)等數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，S-N-K法進(jìn)行多重比較。分析結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，以P<0.05作為差異顯著判斷標(biāo)準(zhǔn)，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 荷斯坦牛及其雜種牛養(yǎng)分表觀消化率比較

由表2可知，3類型育肥牛在各個(gè)育肥階段干物質(zhì)(DM)、有機(jī)物(OM)、粗蛋白質(zhì)(CP)及中性洗滌纖維(NDF)的表觀消化率有顯著差異(P<0.05)。荷斯坦牛各育肥階段DM、OM、CP和NDF表觀消化率均顯著高于夏雜牛和阿雜牛(P<0.05)，而夏雜牛和阿雜牛各階段養(yǎng)分表觀消化率無(wú)顯著差異(P>0.05)。多重比較表明，荷斯坦牛除育肥后期除NDF表觀消化率外，DM、OM、CP和NDF表觀消化率在各育肥階段均顯著或極顯著高于夏雜牛(P<0.01或P<0.05)；荷斯坦牛除育肥前期OM、育肥中期DM和NDF表觀消化率外，DM、OM、CP和NDF表觀消化率在各育肥階段均顯著或極顯著高于阿雜牛(P<0.01或P<0.05)。

表2 荷斯坦牛及其雜種牛養(yǎng)分表觀消化率差異分析

2.2 荷斯坦牛及其雜種牛小腸酶活性差異分析

由表3可知，荷斯坦牛小腸胰蛋白酶、脂肪酶、α-淀粉酶活性均高于夏雜牛和阿雜牛。其中荷斯坦牛和阿雜?？漳c胰蛋白酶活性極顯著高于夏雜牛(P<0.01)，十二指腸、空腸脂肪酶活性顯著高于夏雜牛(P<0.05)，空腸脂肪酶活性顯著高于阿雜牛(P<0.05)。

表3 荷斯坦牛及其雜種牛小腸酶活性差異分析

2.3 荷斯坦牛及其雜種牛腸道形態(tài)學(xué)差異分析

由表4可知，荷斯坦牛十二指腸、空腸和回腸VL、CD及MT最高，其中十二指腸、空腸VL極顯著高于夏雜牛和阿雜牛(P<0.01)，CD顯著高于阿雜牛(P<0.05)；荷斯坦牛3部位MT極顯著高于夏雜牛和阿雜牛(P<0.01)。

表4 荷斯坦牛及其雜種牛腸道形態(tài)學(xué)差異分析

3 討 論

3.1 荷斯坦牛及其雜種牛養(yǎng)分表觀消化率比較

養(yǎng)分表觀消化率是評(píng)價(jià)飼料消化特性的重要指標(biāo)之一。DM表觀消化率可以直接衡量機(jī)體對(duì)飼糧的利用程度，也間接反映胃腸道結(jié)構(gòu)和機(jī)能發(fā)育情況[18]。NDF和ADF表觀消化率反映了反芻家畜對(duì)飼糧中纖維素利用情況，如果動(dòng)物對(duì)NDF水平高的飼糧表現(xiàn)出較高的NDF表觀消化率，那么其他營(yíng)養(yǎng)成分也會(huì)有很高消化能力[19-20]。本試驗(yàn)表明，荷斯坦公牛各育肥階段DM、OM、CP和NDF的表觀消化率均高于夏雜牛和阿雜牛。不同類型、性別動(dòng)物的體重增長(zhǎng)規(guī)律及體組織生長(zhǎng)規(guī)律不盡相同，對(duì)養(yǎng)分吸收利用率也不同[21-22]；即使動(dòng)物類型、生理狀態(tài)一致，其飼糧采食量、飼草料在瘤胃內(nèi)停留時(shí)間、食糜流通和消化速度以及瘤胃微生物活性等因素均可影響消化率。Silva等[23]研究表明，不同品種羔羊DM、OM、NDF和ADF表觀消化率不同；朱壽謙等[24]報(bào)道，高產(chǎn)奶牛DM、EE和NDF表觀消化率顯著高于低產(chǎn)奶牛；盧廣林等[25]研究表明，利木贊、西門(mén)塔爾、夏洛萊與本地黃牛雜交的后代在相同營(yíng)養(yǎng)水平下，養(yǎng)分表觀消化率差異不顯著；李隴平等[26]發(fā)現(xiàn)舍飼母牦牛OM表觀消化率顯著高于公牦牛，其他養(yǎng)分表觀消化率無(wú)顯著差異。養(yǎng)分表觀消化率的高低直接影響著動(dòng)物的生長(zhǎng)性能[27]，荷斯坦?？傮w養(yǎng)分表觀消化率高于夏雜牛和阿雜牛，這可能與其遺傳基礎(chǔ)有關(guān)，不同品種牛的瘤胃內(nèi)環(huán)境不同，對(duì)飼料養(yǎng)分的消化利用不盡一致。

3.2 荷斯坦牛及其雜種牛小腸消化酶活性差異比較

與單胃動(dòng)物相比，反芻動(dòng)物消化生理更加復(fù)雜，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)先經(jīng)過(guò)瘤胃發(fā)酵，后流入小腸進(jìn)行化學(xué)性消化，在小腸中起消化作用的主要為各種消化酶。消化酶在機(jī)體內(nèi)催化糖、脂肪和蛋白質(zhì)水解，可衡量反芻動(dòng)物小腸發(fā)育情況以及養(yǎng)分消化吸收能力[28]。小腸中消化碳水化合物的主要酶是淀粉酶，而胰蛋白酶在飼糧蛋白質(zhì)消化中起重要作用。研究表明，消化酶的分泌和活性與反芻動(dòng)物品種、飼料類型等有關(guān)，不同品種之間基因型的差異導(dǎo)致品種特質(zhì)不同，因此消化酶活性也存在差異，且不同品種之間胰腺和小腸發(fā)育及小腸內(nèi)環(huán)境不同，也會(huì)對(duì)消化酶活性產(chǎn)生影響；飼糧類型及營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)動(dòng)物消化酶的分泌影響顯著[29-31]。本試驗(yàn)表明，荷斯坦牛小腸胰蛋白酶、脂肪酶、α-淀粉酶活性均高于夏雜牛和阿雜牛，其中空腸胰蛋白酶，以及十二指腸、空腸的脂肪酶活性存在顯著差異。劉明等[32]報(bào)道，3個(gè)綿羊品種的羔羊小腸消化酶活性存在顯著差異，湖羊十二指腸脂肪酶活性顯著高于灘羊，杜泊羊和湖羊空腸淀粉酶活性顯著高于灘羊，湖羊回腸胰蛋白酶活性顯著高于杜泊羊；陳鼎[33]研究表明，在相同飼養(yǎng)條件下，小尾寒羊和灘羊十二指腸脂肪酶、淀粉酶、胰蛋白酶活性沒(méi)有表現(xiàn)出品種間的差異，但各消化酶活性在數(shù)值上各有不同；曲星梅等[34]發(fā)現(xiàn)，山羊消化酶分泌與飼糧營(yíng)養(yǎng)水平有關(guān)，提高營(yíng)養(yǎng)水平可提高消化酶活性；孫洪新[35]報(bào)道，羔羊小腸不同部位內(nèi)容物中胰蛋白酶和脂肪酶活性不同，且與月齡呈正相關(guān)；張英杰等[36]研究表明，羔羊空腸內(nèi)容物的α-淀粉酶活性高于十二指腸和回腸，十二指腸最低。本試驗(yàn)中各類型肉牛飼養(yǎng)條件一致，小腸消化酶活性差異主要與品種和腸道部位不同有關(guān)，荷斯坦公牛小腸胰蛋白酶、脂肪酶、α-淀粉酶活性較高，可能與其選育程度和生產(chǎn)方向有關(guān)；對(duì)荷斯坦牛高產(chǎn)奶量性狀的選育，使得其代謝能力較強(qiáng)，因而維持能量需要比肉牛高[37]，所以荷斯坦牛養(yǎng)分吸收優(yōu)于其他肉牛。

圖1 荷斯坦牛及其雜種公牛小腸形態(tài)結(jié)構(gòu)差異

3.3 荷斯坦牛及其雜種牛小腸組織形態(tài)學(xué)差異比較

反芻動(dòng)物進(jìn)食后，飼糧首先在瘤胃內(nèi)進(jìn)行微生物發(fā)酵，再進(jìn)入其他胃室進(jìn)行消化[38]，食糜經(jīng)過(guò)胃的初步消化后到達(dá)小腸進(jìn)一步將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化成小分子物質(zhì)[39]，因而小腸正常結(jié)構(gòu)功能是養(yǎng)分充分消化與吸收的基本保證，特別是小腸VL、V/C值，是衡量小腸消化吸收功能的重要指標(biāo)[40]。VL與養(yǎng)分吸收能力有關(guān)，VL越大表明腸上皮細(xì)胞越好[41]；CD反映了絨毛細(xì)胞生成速率，隱窩變淺表明細(xì)胞成熟率上升，分泌功能增強(qiáng)[42]；V/C值增大表明小腸消化吸收能力增強(qiáng)，比值減小說(shuō)明腸黏膜受損，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收[43]；小腸MT體現(xiàn)了小腸的收縮力強(qiáng)弱[44-46]。本試驗(yàn)中，荷斯坦牛十二指腸MT均極顯著高于夏雜牛和阿雜牛，這使得荷斯坦牛小腸蠕動(dòng)能力高于夏雜牛和阿雜牛，使小腸食糜與消化酶接觸充分，食糜排出速度提高，消化能力也相應(yīng)增強(qiáng)。荷斯坦牛十二指腸、空腸和回腸的VL、CD和V/C值均高于夏雜牛和阿雜牛。孫青松等[47]研究表明，不同品種肉牛小腸絨毛結(jié)構(gòu)差異顯著，且與其消化、吸收、生長(zhǎng)速度、體型等指標(biāo)相對(duì)應(yīng)；王利民等[48]研究表明，不同品種肉牛小腸組織結(jié)構(gòu)存在顯著差異；宋恩亮等[49]報(bào)道，不同月齡犢牛十二指腸、空腸、回腸的黏膜厚度、MT等指標(biāo)有不同程度的增加且差異極顯著。綜上所述，本試驗(yàn)飼喂條件相同，小腸組織形態(tài)學(xué)差異與品種本身種質(zhì)特性有關(guān)，荷斯坦牛及其雜種牛腸道消化吸收能力不同，進(jìn)而影響飼糧利用率和生長(zhǎng)速度。

4 結(jié) 論

在相同育肥條件下，荷斯坦公牛養(yǎng)分表觀消化率、小腸消化酶活性，以及小腸各部位VL、CD及MT均高于雜種牛，表明荷斯坦牛對(duì)養(yǎng)分消化吸收及代謝能力優(yōu)于雜種牛。