肉牛瘤胃健康營養(yǎng)調控研究進展

羅生金 李 文 潘伊微 蔡樹東 周斐然 楊 麗

（1．哈密市畜牧工作站（哈密市畜牧科學研究所），新疆 哈密 839000；2．哈密天馬商貿有限責任公司，新疆 哈密 839000）

肉牛作為反芻草食家畜，瘤胃微生物菌群能夠充分利用秸稈等粗飼料合成自身的營養(yǎng)物質，轉化為人類生活必需的奶、肉等優(yōu)質產品，為機體提供飽和脂肪酸、礦物質元素、反式脂肪酸、脂溶性維生素、蛋白質等[1]。使用動物育種和早期營養(yǎng)調控技術調節(jié)瘤胃發(fā)酵，改善瘤胃微生物區(qū)系，提高肉牛生產性能，促進飼料更好地吸收利用及肉牛產業(yè)健康發(fā)展。本文就瘤胃微生物區(qū)系調控技術進行綜述，為肉牛飼養(yǎng)、培育、高效育肥提供一定參考。

1 瘤胃微生物區(qū)系建立

肉牛的瘤胃是一個由密集多樣的微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)，其微生物區(qū)系既高度競爭又相互共生。微生物群落相對穩(wěn)定，有利于維護反芻動物機體健康，并提高其生產性能。成年牛的瘤胃微生物菌群主要包括甲烷屬古菌、原蟲、厭氧菌、噬菌體、真菌等[2]。飼料中的營養(yǎng)物質通過瘤胃進行消化。牛采食的干物質的70%～85%由瘤胃發(fā)酵吸收[3]，為機體提供約70%的能量。

1.1 瘤胃微生物的獲取途徑

犢牛瘤胃微生物獲取途徑：母牛分娩期間陰道和腸道微生物群在陰道擠壓的作用下向犢牛消化道植入有益微生物，如產甲烷菌、纖維分解菌等；犢牛舔舐母牛皮膚等方式獲取微生物；攝取初乳中的發(fā)酵基質和母體菌群建立自身瘤胃微生物菌群，促進瘤胃發(fā)育；幼齡牛瘤胃中的原生生物通過與其他反芻動物接觸獲得[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，母牛子宮內的羊膜為犢牛提供了瘤胃微生物群，但還有待進一步驗證。

1.2 瘤胃微生物生態(tài)系統(tǒng)處于動態(tài)平衡

早期飼喂方式和營養(yǎng)可以影響瘤胃發(fā)育和瘤胃微生物群的建立。Rey等[5]研究發(fā)現(xiàn)，犢牛瘤胃微生物菌群呈現(xiàn)階段性定植：2日齡內菌群中優(yōu)勢菌門為變形菌門、巴斯德氏菌科和擬桿菌門；3～12 日齡優(yōu)勢菌屬擬桿菌屬占21%、普雷沃氏菌屬占11%、梭桿菌屬占5%、鏈球菌屬為4%，產甲烷菌等常見的細菌已在成熟瘤胃中定植；15～83 日齡最優(yōu)勢菌屬為普雷沃氏菌屬；90～120 日齡瘤胃中纖毛蟲逐步增多，為犢牛斷奶并從牧草中汲取營養(yǎng)創(chuàng)造了條件。

宿主在不同的環(huán)境、生理條件、不同飼養(yǎng)方式下，其瘤胃微生物區(qū)系也隨之變化。Fan等[6]研究發(fā)現(xiàn)，海拔越高，牦牛瘤胃微生物多樣性越豐富，瘤胃中優(yōu)勢細菌為厚壁菌門和擬桿菌門，牦?？衫酶呃w維牧草滿足在寒冷和高海拔棲息地的能量需求。李翔等[7]研究顯示，與去勢組牛相比，非去勢組牛的體重與日增重（ADG）顯著提高了13.89%、33.33%。曹家銘等[8]研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃發(fā)酵速度因補飼精料而加快，放牧組牛瘤胃的總揮發(fā)性脂肪酸（TVFA）、丙酸含量、血糖、菌體蛋白水平升高，體重明顯增加。譚子璇等[9]研究發(fā)現(xiàn)，牦牛在放牧條件下肉質VFA 和風味物質種類優(yōu)勢更明顯，在舍飼條件下肉質理化性質優(yōu)勢更明顯，以上差異可能與環(huán)境條件、日糧精細化程度有關。

2 肉牛瘤胃營養(yǎng)消化吸收代謝機理

瘤胃為厭氧的生態(tài)環(huán)境，瘤胃液中的微生物群落共生，每毫升胃液中含有的細菌、原蟲、古細菌、真菌分別約有1010個、108個、107個和103個，其中細菌和纖毛蟲容積量各約占50%。

進入瘤胃的飼料會在微生物作用下降解、發(fā)酵等一系列復雜的消化和代謝過程中產生VFA、微生物蛋白（MCP）、糖原、維生素供機體利用，這些微生物在宿主的營養(yǎng)（如飼料和消化）、生理和免疫功能方面發(fā)揮重要作用。

2.1 糖的消化與代謝

日糧中的纖維素、半纖維素在纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶和酯酶等共同作用下逐步被降解為單糖和VFA等，被微生物利用或瘤胃壁吸收，為機體提供主要能量。日糧中復雜的大分子，如纖維素、淀粉、蔗糖等，在白色瘤胃球菌、黃化瘤胃球菌、產琥珀酸絲狀桿菌及溶纖維丁酸弧菌等纖維分解菌的作用下，降解成單糖和二糖，合成糖原儲存于微生物體內，經真胃和腸道，經酶水解為單糖后被機體吸收利用，成為反芻動物機體葡萄糖來源之一[10]。

瘤胃纖毛蟲對植物纖維素具有裂解作用。碳水化合物和肽在瘤胃厚壁菌門、擬桿菌門和變形菌門等微生物的作用下[11]，產生的VFA為反芻動物提供了60%～70%的能量。

2.2 氮的消化與代謝

反芻動物瘤胃氮代謝包括飼糧粗蛋白質降解和微生物合成蛋白質。從瘤胃流出的氮由飼糧氮、內源氮和微生物氮組成[12]。瘤胃微生物直接利用含氮物，含氮物作為氮源（氨、AA-N 和內源氮）與糖類提供的碳源和VFA 合成微生物生長所必需的氨基酸（AA），瘤胃微生物也可以直接利用食物蛋白降解形成的少量肽和AA合成自身蛋白質。蛋白氮通過細菌和纖毛蟲的蛋白酶水解成為肽類和AA。肽可被肽酶水解成AA 或氨，AA 則被瘤胃微生物利用，生成MCP。AA 在厭氧消化鏈球菌、嗜胺梭菌、斯氏梭菌、布氏普雷沃氏菌、棲瘤胃普雷沃菌等細菌作用下進一步脫氨，生成CO2、NH3、VFA和其他酸類。瘤胃中的非蛋白氮物質，如尿素等是參與反芻動物蛋白質代謝的氮資源之一[13]，被瘤胃微生物分泌的脲酶水解成NH3及其他物質，合成MCP[14]。部分氨經門靜脈進入肝臟，經鳥氨酸循環(huán)生成尿素，尿素一部分經血液循環(huán)被運送到唾液腺，隨唾液分泌重新進入瘤胃，一部分通過瘤胃壁又彌散進入瘤胃內，剩余的部分隨尿排出，進入瘤胃的尿素被微生物重新分解為氨和其他物質被微生物再利用，形成內源尿素再循環(huán)機制。

2.3 脂肪的消化與代謝

飼草料中大部分脂肪被瘤胃微生物分解生成甘油和脂肪酸等物質。甘油在甘油激酶催化下與三磷酸腺苷（ATP）反應，生成α-磷酸甘油，脫氫后轉變成磷酸二羥丙酮，沿糖酵解途徑轉變成丙酮酸進入三羧酸循環(huán)徹底氧化，沿異生途徑合成葡萄糖或糖原，為瘤胃微生物活動提供能量或被瘤胃壁吸收被機體利用。少量甘油被轉化成琥珀酸和乳酸，不飽和脂肪酸經瘤胃細菌迅速氫化，轉化成飽和脂肪酸。

2.4 維生素的合成

維生素K 和B 族維生素可通過瘤胃微生物合成。幼齡反芻動物由于瘤胃微生物區(qū)系不健全，有可能患有B 族維生素缺乏癥，成年反芻動物的健康并不會因日糧中缺乏此類維生素而受到影響。

3 瘤胃微生物的調控方法

近年來調控瘤胃微生物的技術手段和研究方法日益成熟，包括益生菌、飼糧結構、植物性調節(jié)劑及其他調控技術。

3.1 益生菌對瘤胃微生物的調控

益生菌能平衡動物腸道微生態(tài)，主要有酵母菌、酶制劑、乳酸菌、芽孢桿菌、雙歧桿菌、放線菌等。早期使用益生菌可在減緩斷奶應激，減少消化道疾病，提高采食量和飼料利用率方面具有重要作用。

譚子璇[15]發(fā)現(xiàn)，在牦牛日糧中添加0.4%～0.8%的酵母培養(yǎng)物（YC），能夠改善牦牛生產性能，并提高肉品質、肌肉中功能性脂肪酸及揮發(fā)風味物質含量，YC組牦牛瘤胃微生物多樣性更豐富，H-FABP基因的表達水平顯著提高。仇菊等[16]在奶牛日料中添加200 g YC，增加了瘤胃纖維分解細菌數(shù)量，促進了氮的利用，改善了瘤胃微生態(tài)平衡，提高了飼糧利用效率。在稻草日糧中添加益生菌和纖維分解酶可顯著提高營養(yǎng)物質的降解率及瘤胃TVFA 濃度，提高了全混合日糧（TMR）中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）的表觀消化率；與飼喂單一新鮮玉米秸稈相比，飼喂添加益生菌和酶共同發(fā)酵的稻草，可改變肉牛瘤胃菌群，促進瘤胃代謝物對瘤胃球菌生長和丙酸鹽的產生，將瘤胃發(fā)酵模式從乙酸鹽轉變?yōu)楸猁}[17]。將纖維素酶和木聚糖酶添加到TMR中，可以增加后備牛（3～7月齡）干物質的攝取量，提高ADF、NDF的表觀消化率[18]。

在斷奶犢牛日糧中添加納豆枯草芽孢桿菌可促進犢牛體內纖維素分解細菌的生長，從而有助于瘤胃細菌群落的發(fā)育[19]。日糧中添加適宜枯草芽孢桿菌，可產生大量的消化酶，補充動物體內源酶的不足，降低日糧中抗營養(yǎng)因子水平，提高日糧利用率[20]。

酵母補充劑可以改變瘤胃微生物種群，使瘤胃中產生的VFA 類型和比例發(fā)生變化[21]。左秀峰等[22]在肉牛日糧中添加復合益生菌（酵母菌、乳酸糞腸球菌、芽孢桿菌），結果表明，MCP含量、TVFA濃度、干物質降解率和產氣量明顯增加，瘤胃液pH值正常，NH3-N的濃度降低。李茂龍等[23]研究發(fā)現(xiàn)，2 g/kg微生態(tài)制劑（長柄木霉培養(yǎng)物、米曲霉培養(yǎng)物、釀酒酵母）使固原黃牛ADF、NDF 表觀消化率提高了12.11%和4.00%，ADG 提高了19.05%。

由此可見，使用復合益生菌后瘤胃內環(huán)境會更加穩(wěn)定，豐富了瘤胃微生物區(qū)系，降低了犢牛腹瀉，提高了日糧的利用率，促進了反芻動物生長。

3.2 日糧結構與組成對瘤胃的調控

瘤胃穩(wěn)定的消化代謝為微生物的動態(tài)平衡提供了良好環(huán)境條件。日糧攝取和發(fā)酵為瘤胃微生物繁殖提供了豐富的營養(yǎng)物質，日糧成分的改變會引起瘤胃微生物的變化，所以可通過調控日糧，影響瘤胃有機酸、AA、脂質和碳水化合物代謝，達到維護瘤胃微生物區(qū)系健康穩(wěn)定的目標。

戴東文等[24]研究表明，精粗比為65∶35 時，可提高采食量、血清葡萄糖、瘤胃MCP 和TVFA 含量。張瑩瑩等[25]在晉南牛營養(yǎng)試驗中，發(fā)現(xiàn)精粗比為70∶30 時，牛對有機物、蛋白質表觀消化率最好。

紫花苜?？梢愿淖兞鑫竷纫恍┘毦亩ㄖ玻欣诩∪鈔～3 PUFA和PUFA的沉積，對公牛具有較好的育肥效果[26]。谷物飼料含有豐富的單糖、淀粉等碳水化合物，瘤胃微生物可以將其轉化為VFA等，維持動物正常生長、哺乳和繁殖等生理活動[27]。研究發(fā)現(xiàn)，飼喂高比例谷物日糧會減少甲烷的排放，但不利于瘤胃微生物菌群的穩(wěn)定，對肉牛的生產性能和健康產生不利影響[28]。短期內過量攝入谷物可導致奶牛亞急性瘤胃酸中毒（SARA）、瘤胃pH值急劇下降，纖維素分解菌豐度下降，瘤胃上皮屏障受損[29]。

張穎等[30]針對科爾沁肉牛飼料利用率，采用當?shù)?種粗飼料試驗，發(fā)現(xiàn)苜蓿干草、全株玉米青貯的TVFA、CP含量較高，可為肉牛提供更多的能量，飼喂全株玉米青貯機體對氮利用更充分。Wang等[31]研究表明，在配制TMR時，草料粒度應適中，且低質量牧草較短粒徑可能有利于VFA的合成和吸收。

3.3 植物添加劑對瘤胃微生物的調控

崔斌[32]采用體外發(fā)酵試驗，每毫升瘤胃液中藿香草粉的添加量分別為0（對照組）、10（L組）、20（M組）、30 mg（H組），結果表明，與對照組相比，試驗組丁酸、TVFA和乙酸的濃度均有所增加，且M組達到顯著水平；選取西門塔爾雜交牛，開展生產性能方面的研究，藿香草粉添加劑量分為0（對照組）、2.4%（L 組）、4.8%（M組）、7.2%（H組），結果顯示，藿香草粉具有改善飼料的適口性，提高肉牛生產性能的功效，M 組牛增重較對照組提高11.78%。

薄葉峰[33]發(fā)現(xiàn)，在精料中添加棗粉，可促進瘤胃發(fā)酵，不同程度地提高養(yǎng)分表觀消化率及抗氧化活性，提升了牛肉的品質，從而改善了肉牛的生產性能，棗粉以15%的添加水平較佳。

在肉牛日糧中添加200 g/(頭·d)的中草藥方劑（黃芪、苦參、柳穗、椿樹皮、山楂、蒼術、板藍根等），該組方可提高瘤胃菌群數(shù)量，增加MCP濃度，穩(wěn)定瘤胃內環(huán)境，NH3-N濃度降低[34]。

顧小衛(wèi)等[35]在奶牛日糧中添加中草藥，提高了干物質的采食量，瘤胃液MCP濃度增加。丁子悅等[36]在體外發(fā)酵條件下，添加20 mg金銀花或25 mg仙鶴草于200 mg發(fā)酵底物中，具有降低溫室氣體產量的作用，且未對瘤胃發(fā)酵參數(shù)造成不良影響。

植物精油是綠色、高效、無殘留的添加劑，可促進瘤胃發(fā)酵并調控瘤胃微生物。精油可以減緩淀粉和蛋白質的降解，降低酸中毒的風險。房燦等[37]在不影響瘤胃中VFA 濃度的前提下，適量添加肉桂或百里香，可降低瘤胃乙酸濃度，提高丙酸濃度，更好地促進瘤胃發(fā)酵，調節(jié)了瘤胃微生物區(qū)系。牛至精油具有提高瘤胃消化的功能[38]。

單寧是一種多酚化合物，可作為肉牛的飼料添加劑，抑制溫室氣體CH4和氧化亞氮（N2O）的排放，改善瘤胃發(fā)酵[39]。在基礎日糧中添加26.0 g/kg 單寧，降低了瘤胃己酸/丙酸比值和甲烷產量，使瘤胃液中產甲烷菌、原蟲和白色瘤胃球菌的相對豐度顯著下降；也降低了DM、OM、CP的表觀消化率[40]。

由此可見，單寧具有保護日糧蛋白質免于在瘤胃中降解，減少甲烷產量，但使用單寧調控要嚴格控制好劑量和濃度，避免中毒。

3.4 其他營養(yǎng)調控方式

3.4.1 不同飲食方式調控

針對出生41周內犢牛采用斷奶前和斷奶后的不同飲食方案無法在犢牛的瘤胃中留下微生物印記，給犢牛喂食初乳后的干預措施并沒有對早期微生物定植和瘤胃功能產生永久性影響[41]。

3.4.2 瘤胃微生物移植技術（RMT）

RMT即將健康瘤胃液植入同類反芻動物瘤胃內，調節(jié)瘤胃微生物區(qū)系。Palma-Hidalgo 等[42]采用RMT 對幼年反芻動物生命早期重復接種來自成年動物的新鮮瘤胃液，加速了更復雜和多樣化的細菌、產甲烷、原生動物和真菌群落的建立。腹瀉嚴重的新生犢牛移植了正常牛的瘤胃微生物，促進了腸道免疫和屏障功能的發(fā)育，顯著降低了犢牛腹瀉的頻率和持續(xù)時間，犢牛腹瀉有效緩解，提高了犢牛存活率[43]。斷奶前犢?？诜⑸锝臃N劑，與對照組相比，瘤胃細菌、古生菌群落成熟更快，犢牛體重顯著增加[44]。

Steiners 等[45]將正常牛的瘤胃液移植給消化不良的奶牛，可明顯緩解癥狀。Ribeiro 等[46]將野牛和肉牛的瘤胃內容物交換后，肉牛的瘤胃微生物組成改變；肉牛對NDF 消化率改變不明顯，并未因接種野牛瘤胃內容物而得到改善。Weimer 等[47]將2 頭奶牛瘤胃內容物交換后，盡管宿主動物的瘤胃微生物群落受到劇烈擾動，但宿主可以快速重建微生物區(qū)系，保證瘤胃pH 值和VFA 濃度穩(wěn)定。

3.4.3 礦物質對瘤胃微生物的調控

對中期泌乳荷斯坦奶牛分別飼喂亞硒酸鈉（SS）、高羊毛氨酸硒（SeHLan），結果顯示，2組牛瘤胃中的糖化假絲酵母菌屬（Candidatus_Saccharimonas）、毛螺菌科NK4A136 群（Lachnospiraceae_NK4A136_group）功能性細菌發(fā)生了變化[48]。日糧中添加硫酸鈉降低了瘤胃中NH3-N 的濃度，增加了MCP、TVFA 濃度及纖維的消化率[49]。黃文植等[50]對放牧牦犢牛冷季補飼礦物質舔磚，試驗顯示，瘤胃氨態(tài)氮、乙酸含量均顯著提高，90 d 后血清中Zn、Fe、Cu、Co含量顯著高于對照組。

4 結論

反芻動物采食大量粗飼料可以降低飼養(yǎng)成本，因此可以從改變飼養(yǎng)方式、調整飼糧配比、瘤胃微生物移植、添加益生菌、植物源性添加劑等技術路徑調控瘤胃微生物，促進瘤胃微生物區(qū)系健康，從而提高反芻動物的生產性能。