■ 王紫薇 梁鴿鴿 魯昌明 張 旭 張永根 謝小來(lái) 扈光輝* 路允龍
(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150030;2.黑龍江綠能生態(tài)牧業(yè)有限公司,黑龍江 齊齊哈爾 162400)
我國(guó)養(yǎng)羊業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)逐漸由傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧s化養(yǎng)殖方式,代乳粉已被推薦用來(lái)代替羊奶飼喂羔羊,以解決母羊母乳不足和產(chǎn)羔間期長(zhǎng)的問(wèn)題[1]。目前,代乳粉中蛋白質(zhì)來(lái)源主要有兩種:一種是乳源蛋白(如乳清、脫脂奶粉等)[2],另一種是植物源蛋白(如大豆、小麥蛋白等)[3]。乳源蛋白因其營(yíng)養(yǎng)均衡、消化吸收快和利用率高,一直是代乳粉中主要的蛋白質(zhì)源[4]。與乳源蛋白相比,植物源蛋白因其消化率和溶解度較低,氨基酸結(jié)構(gòu)較差,且含有抗?fàn)I養(yǎng)因子[4],目前還沒(méi)有被普遍應(yīng)用[5]。目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于不同蛋白源對(duì)羔羊生長(zhǎng)性能影響的研究已經(jīng)超過(guò)30 年[6]。但鮮有關(guān)于用多種植物蛋白組合的代乳粉進(jìn)行高水平乳蛋白替代(以粗蛋白計(jì),替代>50%乳源蛋白)用于羔羊上的報(bào)道。因此,試驗(yàn)以全乳源蛋白為對(duì)照,旨在探究以12%豆粕粉+8%小麥蛋白粉+30%膨化大米粉等植物蛋白源替代乳蛋白配制的植物源蛋白代乳粉,對(duì)羔羊生長(zhǎng)、消化性能、瘤胃發(fā)酵參數(shù)和瘤胃菌群結(jié)構(gòu)的影響,為開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)的乳源蛋白替代品提供依據(jù)和參考。
試驗(yàn)于2022 年1 月—2022 年4 月在黑龍江綠能生態(tài)牧業(yè)有限公司(東經(jīng)123.32°、北緯46.19°)進(jìn)行。
選擇40 只3 日齡健康、體重相近[(3.55±0.54) kg]的薩能奶山羊公羔羊,飼喂乳源蛋白代乳粉至22 日齡,隨機(jī)分為兩組,對(duì)照組為乳源蛋白代乳粉(MD)組,試驗(yàn)組為植物源蛋白代乳粉(PD)組,每組各20只。
全部試驗(yàn)羔羊3 日齡內(nèi),采用人工飼喂初乳;3 日齡后訓(xùn)飼乳源蛋白代乳粉(某公司提供)至22 日齡,隨機(jī)分組。PD 組在22~24 日齡逐漸過(guò)渡為植物源蛋白代乳粉(某公司提供)。羔羊7 日齡時(shí)訓(xùn)飼開(kāi)食料和干草,正式試驗(yàn)期間,單欄單圈,羔羊可以自由采食開(kāi)食料和干草,自由飲水。兩種不同蛋白源代乳粉、開(kāi)食料和干草的組成及營(yíng)養(yǎng)水平分別見(jiàn)表1、表2。羔羊代乳粉飼喂量參考喬國(guó)華等[7]方案并做適當(dāng)調(diào)整。代乳粉具體飼喂量為:羔羊4~24 日齡100 g/d,每天分4次(06:00、12:00、18:00、22:00);羔羊25~44 日齡150 g/d,45~64 日齡200 g/d,每天分3 次(08:00、16:00、22:00)。試驗(yàn)期內(nèi),保證羔羊生長(zhǎng)所需溫濕度和通風(fēng),定期稱重、免疫、更換墊草、羊圈消毒。每天記錄采食量并觀察羔羊的健康情況。試驗(yàn)正試期40 d,在試驗(yàn)結(jié)束前5 d 進(jìn)行消化試驗(yàn)。
表1 代乳粉組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))
表2 開(kāi)食料和干草組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))
1.4.1 生長(zhǎng)試驗(yàn)
分別在羔羊第25、45、65 日齡晨飼前稱重,準(zhǔn)確記錄羔羊正式試驗(yàn)期間的代乳粉采食量、精粗料采食量,并計(jì)算羔羊平均日增重(ADG)、開(kāi)食料干物質(zhì)采食量、干物質(zhì)采食量(DMI)和料重比(F/G)等。DMI包括羔羊所采食的代乳粉、開(kāi)食料和干草總的干物質(zhì)。
1.4.2 消化試驗(yàn)
試驗(yàn)結(jié)束前5 d 采取全收糞法收集糞樣,鮮糞經(jīng)硫酸固氮后保存于-20 ℃?zhèn)溆谩?5 ℃烘干至恒重,粉碎過(guò)篩,測(cè)定代乳粉、開(kāi)食料、干草及糞樣中的養(yǎng)分(DM、CP、EE、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、Ca、P)含量,參照張麗英[8]方法進(jìn)行養(yǎng)分表觀消化率測(cè)定。
某營(yíng)養(yǎng)成分表觀消化率(%)=(食入某營(yíng)養(yǎng)成分含量-糞中某營(yíng)養(yǎng)成分含量)/食入某營(yíng)養(yǎng)成分含量×100
1.4.3 瘤胃內(nèi)容物采集
試驗(yàn)結(jié)束后,每組隨機(jī)選取6 只羔羊,停食16 h、停水8 h 后進(jìn)行頸靜脈放血屠宰、解剖、取出瘤胃。濾去瘤胃中食糜,測(cè)定并記錄每只已宰羔羊的瘤胃液pH,將濾液分裝在凍存管后放液氮罐速凍后轉(zhuǎn)入-20 ℃冰箱保存。測(cè)定氨態(tài)氮(NH3-N)和揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度,測(cè)定方法參考李闖[9]方法進(jìn)行。
瘤胃液中細(xì)菌16S rDNA 基因高通量測(cè)序分析由杭州聯(lián)川生物技術(shù)股份有限公司完成。采用CTAB法提取每個(gè)瘤胃樣品中微生物總DNA,DNA 質(zhì)量經(jīng)檢測(cè)合格后,將瘤胃液樣品進(jìn)行16S rDNA V3~V4 區(qū)域的擴(kuò)增、測(cè)序,以及分析。
生長(zhǎng)性能、消化性能、瘤胃發(fā)酵參數(shù)和細(xì)菌相對(duì)豐度等數(shù)據(jù)利用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),結(jié)果用“平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤(SEM)”表示,P<0.05 為差異顯著,P>0.05表示差異不顯著。
羔羊瘤胃樣品經(jīng)測(cè)序獲得的原始數(shù)據(jù)用 SMRT Link 軟件(V6.0)處理獲得原始序列,對(duì)所得到的特征序列和豐度進(jìn)行物種分類和物種分類注釋,然后進(jìn)行Alpha多樣性和Beta多樣性分析。
由表3 可見(jiàn),兩組羔羊正式試驗(yàn)初始體重相近,試驗(yàn)結(jié)束時(shí),PD 組羔羊的終末體重、ADG、開(kāi)食料干物質(zhì)采食量和DMI 顯著低于MD 組(P<0.05),但是兩組羔羊F/G無(wú)顯著差異(P>0.05)。
表3 不同蛋白源代乳粉對(duì)羔羊生長(zhǎng)性能的影響
由表4 可見(jiàn),PD 組羔羊飼糧的CP、EE、Ca 和P 的表觀消化率均顯著低于MD組(P<0.05),DM表觀消化率有降低的趨勢(shì),但差異不顯著(P>0.05)。
表4 不同蛋白源代乳粉對(duì)羔羊養(yǎng)分表觀消化率的影響(%)
由表5可見(jiàn),PD組羔羊瘤胃中NH3-N、、異戊酸濃度顯著高于MD 組(P<0.05),但兩組間羔羊瘤胃液pH、總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)和乙酸濃度、乙丙比值差異不顯著(P>0.05)。
表5 不同蛋白源代乳粉對(duì)羔羊瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響
2.4.1 瘤胃微生物測(cè)序
由表6可見(jiàn),12個(gè)羔羊瘤胃內(nèi)容物DNA樣品共產(chǎn)生885 384 條測(cè)序個(gè)數(shù),平均每個(gè)樣品產(chǎn)生73 782 條有效測(cè)序個(gè)數(shù),有效數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)之比為83.84%~92.70%,有效數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)質(zhì)量≥Q20 占96.21%~97.89%,有效數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)質(zhì)量≥Q30 占90.19%~94.09%,有效數(shù)據(jù)中GC 含量占53.84%~54.77%。說(shuō)明該測(cè)序結(jié)果足以反映兩組羔羊瘤胃樣品的實(shí)際情況。
表6 瘤胃微生物測(cè)序結(jié)果
2.4.2 瘤胃微生物操作分類單位(OTU)數(shù)量
通過(guò)對(duì)12 個(gè)羔羊瘤胃液樣品進(jìn)行16S rDNA 測(cè)序分析瘤胃微生物OTU 數(shù)量,結(jié)果如圖1 所示,12 個(gè)樣品共產(chǎn)生4 371 個(gè)OTU、其中688 個(gè)為兩組共有,MD 組特有的OTU 數(shù)量為2 358 個(gè),PD 組特有的OTU數(shù)量為1 325 個(gè),PD 組與MD 組相比,差異OTU 數(shù)量為3 683個(gè)。
圖1 瘤胃菌群韋恩圖
2.4.3 Alpha多樣性分析
如圖2 所示,紅線和藍(lán)線分別代表MD 組和PD組,每組羔羊有6 個(gè)瘤胃樣品,橫坐標(biāo)代表隨機(jī)抽取的序列數(shù),縱坐標(biāo)分別代表抽取相同序列數(shù)時(shí)各樣本中OTU 指數(shù)和Shannon 指數(shù)大小。隨著測(cè)序數(shù)的增加,當(dāng)樣品測(cè)序深度達(dá)到10 000時(shí),Shannon指數(shù)已趨于平緩,說(shuō)明當(dāng)前測(cè)序量滿足樣品菌群多樣性分析。由表7 可知,兩組羔羊瘤胃區(qū)系微生物覆蓋率均為100%,說(shuō)明樣品足以反映其瘤胃菌群情況;與MD 組相比,PD 組羔羊瘤胃中Chao1 指數(shù)、OTU 數(shù)量、Shannon 指數(shù)、Evenness 指數(shù)以及Simpson 指數(shù)顯著降低(P<0.05)。
圖2 瘤胃細(xì)菌OTU稀釋曲線(A)和Shannon稀釋曲線(B)
表7 Alpha多樣性指數(shù)
2.4.4 Beta多樣性分析
主坐標(biāo)分析(PCoA)如圖3 所示。第一主成分(PCoA1)和第二主成分(PCoA2)分別表示分離樣品為30.01%、19.31%的方差,PD 組和MD 組羔羊瘤胃菌群明顯分離,表明兩組羔羊瘤胃微生物間結(jié)構(gòu)差異顯著(P<0.05)。
圖3 基于Unweighted Unifrac距離的PCoA
2.4.5 瘤胃微生物豐富度分析
門水平上,結(jié)果如表8 所示。兩組羔羊瘤胃液中的優(yōu)勢(shì)菌門均是厚壁菌門、擬桿菌門和變形菌門;其中,厚壁菌門和擬桿菌門是MD 組和PD 組羔羊瘤胃中最豐富的菌門。與MD 組相比,PD 組羔羊瘤胃中厚壁菌門相對(duì)豐度和厚壁菌門/擬桿菌門(F/B)值顯著降低(P<0.05);擬桿菌門的相對(duì)豐度顯著提高(P<0.05);與MD 組相比,PD 組羔羊瘤胃中放線菌門的相對(duì)豐度顯著降低(P<0.05);髕骨菌門的相對(duì)豐度顯著增加(P<0.05);脫硫桿菌門的相對(duì)豐度顯著降低(P<0.05);組內(nèi)其他菌門無(wú)顯著差異(P>0.05)。屬水平上,結(jié)果如表9 所示。MD 組羔羊瘤胃中優(yōu)勢(shì)菌屬為克里斯滕森氏菌科R-7 群、未分類鼠桿菌科和UCG-002;PD 組羔羊瘤胃中優(yōu)勢(shì)菌屬為未分類鼠桿菌科、普雷沃氏菌屬和克里斯滕森氏菌科R-7 群。與MD 組相比,PD 組羔羊瘤胃中克里斯滕森氏菌科R-7 群、UCG-002 和未分類厚壁菌門屬的相對(duì)豐度顯著降低(P<0.05);未分類鼠桿菌科、普雷沃氏菌屬、未分類梭菌屬_UCG-014 的相對(duì)豐度顯著提高(P<0.05),組間其他菌屬豐度無(wú)顯著差異(P>0.05)。
表8 門水平相對(duì)豐度(豐度TOP10)(%)
表9 屬水平相對(duì)豐度(豐度TOP 10)(%)
多項(xiàng)研究表明,以植物源蛋白部分替代全乳蛋白配制代乳粉時(shí),因代乳粉中蛋白質(zhì)的來(lái)源、替代比例、加工工藝等不同,對(duì)哺乳期反芻動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響也不同[10-11]。本試驗(yàn)中豆粕粉和膨化大米粉的加工方式為膨化工藝(生產(chǎn)公司數(shù)據(jù)表明膨化大米粉中幾乎不含有抗?fàn)I養(yǎng)因子)。劉華[12]試驗(yàn)結(jié)果表明,谷物膨化加工可提高谷物內(nèi)淀粉的消化率,減少抗?fàn)I養(yǎng)因子的產(chǎn)生。本試驗(yàn)中,以12% 豆粕粉+8%小麥蛋白粉+30%膨化大米粉為植物源蛋白替代乳源蛋白飼喂25~64 日齡羔羊時(shí),PD 組羔羊的ADG、DMI 分別顯著低于MD 組,但兩組間羔羊F/G 無(wú)顯著差異。究其原因,可能與植物蛋白的加工工藝相關(guān),豆粕粉、小麥蛋白粉和膨化大米粉未經(jīng)有效地加工處理,影響了羔羊的生長(zhǎng)性能。
哺乳期反芻動(dòng)物的消化系統(tǒng)發(fā)育不良,無(wú)法消化大量碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)[13]。本試驗(yàn)中,植物源蛋白代乳粉組羔羊的CP、EE、Ca、P 表觀消化率顯著低于乳源蛋白代乳粉組。可見(jiàn),與乳源蛋白相比,植物源蛋白代乳粉影響了羔羊消化性能。大量研究表明,乳蛋白易被吸收;用植物源蛋白代乳粉會(huì)導(dǎo)致皺胃中凝乳形成受損,增加皺胃排空率,進(jìn)而降低蛋白質(zhì)和脂肪的消化率;植物源蛋白中的大豆蛋白可以誘導(dǎo)膽汁酸升高,降低脂肪的可用性;與酪蛋白不同,磷酸化較少的大豆蛋白也會(huì)誘導(dǎo)磷酸鈣沉積物的積累,減少礦物質(zhì)的利用[16-20];與試驗(yàn)結(jié)果一致。
反芻動(dòng)物瘤胃液pH 是反映瘤胃發(fā)酵狀況的重要指標(biāo)[21]。本試驗(yàn)兩組羔羊瘤胃pH 均在正常范圍內(nèi)(5.5~7.5)[9],且差異不顯著,這與黃開(kāi)武[21]所配制的代乳粉飼喂21~63 日齡的犢牛,各組犢牛瘤胃液pH 均在正常范圍且無(wú)明顯差異的結(jié)果一致。說(shuō)明不同蛋白源代乳粉不會(huì)導(dǎo)致羔羊瘤胃pH異常。
瘤胃NH3-N 濃度可以粗略反映飼糧中蛋白質(zhì)降解與微生物蛋白合成速率之間的關(guān)系[22-23]。在本試驗(yàn)中,兩組羔羊瘤胃NH3-N 濃度均在合理濃度范圍(5.0~30.0 mg/dL)[23-24],但是PD 組羔羊NH3-N 濃度顯著高于MD 組。這與之前研究,全乳源蛋白和多種植物源蛋白組合配制的代乳粉對(duì)犢牛瘤胃中NH3-N 濃度無(wú)明顯影響的結(jié)果不一致[21],可能受代乳粉中蛋白質(zhì)來(lái)源、加工工藝和替代乳比例等影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明植物源蛋白代乳粉可能會(huì)影響羔羊瘤胃中微生物蛋白的合成效率。
VFAs 是反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)碳水化合物發(fā)酵的主要產(chǎn)物,在促進(jìn)瘤胃乳頭發(fā)育、瘤胃微生物對(duì)終產(chǎn)物的消化吸收和利用方面至關(guān)重要[25]。本試驗(yàn)中,PD 組顯著提高了羔羊瘤胃總揮發(fā)酸中異戊酸的比例。異戊酸是瘤胃內(nèi)纖維分解菌生長(zhǎng)繁殖所必需的因子[21],對(duì)于植物纖維素的降解至關(guān)重要。綜上所述,植物源蛋白代乳粉可以促進(jìn)羔羊瘤胃發(fā)酵,是否能夠促進(jìn)其瘤胃的發(fā)育,還需進(jìn)一步研究。
3.4.1 瘤胃微生物多樣性分析
瘤胃及其微生物生態(tài)系統(tǒng)對(duì)反芻動(dòng)物的整體營(yíng)養(yǎng)和健康起著核心作用,其中細(xì)菌是瘤胃中最具優(yōu)勢(shì)和多樣性的微生物群落[26]。MD 組和PD 組特有細(xì)菌數(shù)分別為2 358 個(gè)、1 325 個(gè),而共有細(xì)菌數(shù)僅688 個(gè),說(shuō)明不同蛋白源代乳粉條件下的羔羊瘤胃中細(xì)菌種類存在差異。本試驗(yàn)中兩組羔羊微生物覆蓋率相同,但PD 組的OTU 數(shù)量、Shannon 指數(shù)、Simpson 指數(shù)、Chao1 指數(shù)和Evenness 指數(shù)均顯著低于MD 組,說(shuō)明PD 組瘤胃細(xì)菌的多樣性和豐富度相對(duì)較低。PCoA圖顯示,兩組羔羊瘤胃樣品完全分離,表明兩組羔羊瘤胃微生物群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異。綜上所述,植物源蛋白代乳粉可以改變羔羊瘤胃菌群的結(jié)構(gòu)、影響菌群的多樣性和豐富度。
3.4.2 瘤胃微生物豐富度分析
飼糧是影響反芻動(dòng)物瘤胃菌群的主要因素[27],微生物群可以通過(guò)從飼糧中提取能量來(lái)影響宿主的脂肪沉積,其效率取決于群落組成[28]。本試驗(yàn)中,厚壁菌門、擬桿菌門和變形菌門是MD 組和PD 組羔羊瘤胃中的優(yōu)勢(shì)菌門;PD 組羔羊瘤胃中擬桿菌門的豐度顯著高于MD 組,而厚壁菌門的豐度和F/B值顯著低于MD 組。綜上所述,不同蛋白源代乳粉不會(huì)改變羔羊瘤胃的優(yōu)勢(shì)菌門的核心地位和有害菌門的豐度;而PD 組羔羊瘤胃F/B 值顯著降低,這與本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PD 組羔羊的生長(zhǎng)性能低于MD 組的結(jié)果相符合。
在屬水平上,鼠桿菌科作為一種有益菌,在調(diào)節(jié)炎癥和維持腸道穩(wěn)定方面具有重要作用[28]。擬桿菌門與機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育以及機(jī)體內(nèi)碳水化合物、多糖等物質(zhì)的代謝有關(guān)[30]。研究中,未分類鼠桿菌科是PD 組相對(duì)豐度最高的菌屬,與MD 組相比,組間差異顯著,說(shuō)明植物源蛋白代乳粉在一定程度上可以維持羔羊的健康和腸道穩(wěn)態(tài)。PD 組普雷沃氏菌屬豐度居次高,為10.53%,顯著高于MD 組5.59%,這與以往研究發(fā)現(xiàn),普雷沃氏菌屬占反芻動(dòng)物瘤胃菌群總菌屬的42%~60%的結(jié)果不同[31],該結(jié)果的差異可能是由于羔羊所采食飼糧的差異所致。普雷沃氏菌屬可以降解蛋白質(zhì)、淀粉和木聚糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),可以提高飼料利用率[32]。PD 組羔羊瘤胃克里斯滕森氏菌科R-7群、未分類厚壁菌門屬以及瘤胃球菌屬UCG-002 豐度均顯著低于MD 組,而未分類梭狀芽孢桿菌_UCG-014 豐度顯著高于MD 組??死锼闺暇芌-7 群可以通過(guò)增加乳頭寬度、上皮和角質(zhì)層厚度來(lái)促進(jìn)瘤胃發(fā)育[33];瘤胃球菌是瘤胃中主要的纖維降解細(xì)菌,其豐度的變化可顯著改變瘤胃營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和利用[32,34];未分類梭菌屬_UCG-014 是種有益菌,可維持腸道環(huán)境的穩(wěn)定[35]。此結(jié)果的出現(xiàn),與本研究發(fā)現(xiàn)的植物源蛋白代乳粉飼喂的羔羊,其生長(zhǎng)性能和消化性能低于乳源蛋白的結(jié)果相符,至于植物源蛋白代乳粉是否有利于羔羊瘤胃的發(fā)育,還需進(jìn)一步研究。
與全乳源蛋白代乳粉相比,以植物源蛋白替代乳蛋白配制的代乳粉會(huì)降低羔羊的生長(zhǎng)消化性能,此外,植物源蛋白代乳粉可以改變羔羊瘤胃發(fā)酵參數(shù)和瘤胃菌群結(jié)構(gòu),提高了羔羊瘤胃中異戊酸和NH3-N的濃度,促進(jìn)蛋白質(zhì)和淀粉降解菌的富集,有利于羔羊瘤胃的發(fā)酵,但是否能促進(jìn)羔羊瘤胃發(fā)育還需進(jìn)一步探究。