不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊表觀消化率、 氮代謝和生長(zhǎng)性能的影響

康婧鵬，王文基，郭亞敏，景小平，仲崇亮，郭偉，龍瑞軍，周建偉,3*

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020；2.青藏高原生態(tài)系統(tǒng)管理國(guó)際中心， 蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；3.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅 蘭州 730000)

青藏高原被稱為地球“第三極”，擁有世界上海拔最高(平均海拔4000 m以上)、面積最大(2.5×106km2)和唯一四季放牧利用的高寒草地[1]。藏羊(Ovisaries)是生活在該區(qū)域的關(guān)鍵物種之一，其存欄量為5000萬(wàn)頭，是藏區(qū)牧民重要的生產(chǎn)和生活資料[2]。千百年來(lái)，藏羊一直處在傳統(tǒng)、粗放的飼養(yǎng)管理模式之下，全年都在天然草地上放牧而沒(méi)有任何補(bǔ)飼[3]。由于青藏高原特殊的地理環(huán)境和氣候條件，該地區(qū)牧草每年的生長(zhǎng)期僅為120 d[4]，并且冷季的牧草蛋白含量只有2.96%～10.44%[5]。據(jù)報(bào)道，藏羊暖季每天的牧草干物質(zhì)采食量為116 g·kg-1BW0.75，冷季則下降到59 g·kg-1BW0.75[6]。顯而易見，在漫長(zhǎng)的冷季，藏羊?qū)⒚媾R飼草料在數(shù)量和質(zhì)量上的雙重脅迫。正因如此，藏羊一直重復(fù)著“夏壯、秋肥、冬瘦、春死”的惡性循環(huán)，生產(chǎn)效率極其低下[7-8]。

前期的研究發(fā)現(xiàn)，藏羊?qū)︼暳蠣I(yíng)養(yǎng)不足，尤其是對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)匱乏具有較強(qiáng)的抵抗能力[9-10]。但就生產(chǎn)實(shí)際而言，藏羊在冷季由于營(yíng)養(yǎng)虧損而消耗的體重仍占上年秋末最大體重的40%～43%[11]，這可能是由于冷季能量飼料攝入嚴(yán)重不足而引起藏羊在氮素抗逆營(yíng)養(yǎng)上的潛在機(jī)制并未得到充分發(fā)揮。同時(shí)，相關(guān)研究試驗(yàn)表明在冷季對(duì)藏羊補(bǔ)飼燕麥青干草、青貯飼料、精料及營(yíng)養(yǎng)舔磚均能增加采食水平、提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用效率以及改善生長(zhǎng)性能[11-17]。鑒于此，本試驗(yàn)以模擬青藏高原冷季牧草蛋白水平，探究能量調(diào)控對(duì)藏羊飼糧消化率、氮代謝及生長(zhǎng)性能的影響，以期為藏羊冷季科學(xué)補(bǔ)飼提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐，從而實(shí)現(xiàn)高寒畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和日期

本試驗(yàn)于2016年10月至2017年1月在甘肅省天祝藏族自治縣烏鞘嶺試驗(yàn)站(N 37°14′20.54″，E 102°48′34.32″，海拔3150 m)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)動(dòng)物與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。選取1.5周歲、體重(48.5±1.89) kg和體況相近的健康去勢(shì)藏羊24只，隨機(jī)分為4個(gè)處理組，每組6個(gè)重復(fù)，分別飼喂低能(low energy, LE)、中低能(medium low energy, MLE)、中高能(medium high energy, MHE)和高能(high energy, HE)飼糧。整個(gè)試驗(yàn)包括42 d的飼養(yǎng)試驗(yàn)和7 d的消化代謝試驗(yàn)。為減少藏羊因應(yīng)激反應(yīng)而影響試驗(yàn)效果，在試驗(yàn)正式開始前開展了長(zhǎng)達(dá)35 d的預(yù)飼期，以使試驗(yàn)動(dòng)物適應(yīng)。

1.3 試驗(yàn)飼糧

根據(jù)中國(guó)肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(2004)[18]和中國(guó)飼料成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值表(2015)[19]配制了4種蛋白相近而能量不同的飼糧，其蛋白含量約為7%，消化能(digestible energy, DE)水平分別為8.21 MJ·kg-1(低能)、9.33 MJ·kg-1(中低能)、10.45 MJ·kg-1(中高能)和11.57 MJ·kg-1(高能)。試驗(yàn)羊所喂粗料為長(zhǎng)度1～2 cm的青稞秸稈，精料為顆粒飼料，飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見表1。

1.4 飼養(yǎng)管理

試驗(yàn)前利用伊維菌素對(duì)藏羊進(jìn)行驅(qū)蟲處理，同時(shí)對(duì)圈舍及所用器具進(jìn)行清潔和消毒。試驗(yàn)羊單籠飼養(yǎng)，每天飼喂2次(8:00和18:00)，精粗料混合飼喂，飼喂量為4.5% BW0.75·d-1(干物質(zhì)基礎(chǔ))，自由飲水。在晨飼前收集前1 d剩料，準(zhǔn)確記錄每只羊的采食量。

1.5 樣品采集與分析

在正飼期的第0、14、28、42天，對(duì)所有試驗(yàn)羊進(jìn)行空腹稱重。在第42天晨飼前，從藏羊頸靜脈采集10 mL血液，于4 ℃、3000 r·min-1離心15 min，取上清分裝于1.5 mL 離心管中，-80 ℃保存，用于血清生化指標(biāo)的測(cè)定。在正飼期第43～49天，采用全收糞尿法進(jìn)行消化代謝試驗(yàn)，記錄每只羊每天的糞尿排出量。糞便按四分法取樣，采集其總量的10%裝入自封袋中，于-20 ℃保存?zhèn)錅y(cè)。尿液利用50%硫酸(pH<3.0)酸化后，按其總量的5%取樣，于-20 ℃保存?zhèn)錅y(cè)。

飼糧及糞樣中干物質(zhì)(dry matter, DM)、總能(gross energy, GE)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)、灰分(ash)、粗蛋白(crude protein, CP)和尿氮的測(cè)定參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)》[20]。血液生化指標(biāo)采用全自動(dòng)生化分析儀(日立7020，日本)測(cè)定，其中葡萄糖(glucose, GLU)、總甘油三酯(triglyceride, TG)、游離脂肪酸(free fatty acid, FFA)、 總膽固醇(total cholesterol,TC)、 總蛋白(total protein, TP)、 白蛋白(albumin, ALB)、球蛋白(globulin, GLB)和尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)濃度測(cè)定所用試劑盒由南京建成生物工程研究所提供。

表1 試驗(yàn)飼糧原料組成及營(yíng)養(yǎng)水平Table 1 The ingredients and nutritional compositions levels of experimental diets

1預(yù)混料每千克含The premix provided the following per kg of diets：維生素A Vitamin A 1700 IU，維生素D Vitamin D 190 IU，維生素E Vitamin E 18 IU，鈷Cobalt 0.30 mg，銅Copper 17 mg，碘Iodine 1.5 mg，鐵Iron 70 mg，錳Manganese 38 mg，硒Selenium 0.28 mg，鋅Zinc 40 mg.

2消化能為計(jì)算值，參考中國(guó)飼料成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值表(2015)[19]計(jì)算。其余為實(shí)測(cè)值。Digestible energy was a calculated value according to Chinese Feed Ingredients and Nutritional Value table (2015)[19]. Others were measured values.

1.6 計(jì)算方法

消化能攝入量(MJ·d-1)=總能-糞能

總能表觀消化率=[(總能-糞能)/總能]×100%

飼糧中某營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率=[(食入某營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量-糞中對(duì)應(yīng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量)/ 食入某營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量]×100%

氮平衡(g·d-1)=采食氮量-糞排出氮量-尿排出氮量

氮沉積率=[(采食氮量-糞排出氮量-尿排出氮量)/采食氮量]×100%

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

用Excel 2013初步整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，采用SPSS 17.0 中一般線性模型(general linear models，GLM)中的多項(xiàng)式正交對(duì)比模塊進(jìn)行單變量分析，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝入量的影響

由表2可知，隨著飼糧能量水平升高，DE攝入量線性增加(P<0.05)，NDF和ADF線性降低(P<0.05)，而DM、OM、CP和GE不受影響(P>0.05)。

表2 飼糧能量水平對(duì)藏羊營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝入量的影響Table 2 Effects of dietary energy levels on nutrients intake in Tibetan sheep

LE：低能飼糧組Low energy diet group；MLE：中低能飼糧組Medium low energy diet group；MHE：中高能飼糧組Medium high energy diet group；HE：高能飼糧組High energy diet group. E-L：飼糧能量水平線性效應(yīng)Linear effect of dietary energy level；E-Q：飼糧能量水平二次曲線效應(yīng)Quadratic effect of dietary energy level；E-C：飼糧能量水平三次曲線效應(yīng)Cubic effect of dietary energy level. 下同The same below.

2.2 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊表觀消化率的影響

如表3所示， DM、OM和GE的表觀消化率均隨飼糧能量水平的升高而線性增加(P<0.05)，但NDF和ADF表觀消化率不顯著(P>0.05)。

表3 飼糧能量水平對(duì)藏羊表觀消化率的影響Table 3 Effects of energy levels on the apparent digestibilities of dietary nutrients in Tibetan sheep (%)

2.3 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊血液生化指標(biāo)的影響

藏羊血液生化指標(biāo)見表4。隨著飼糧能量水平升高，藏羊血清中BUN濃度線性增加(P<0.05)，F(xiàn)FA線性降低(P<0.05)，其余指標(biāo)不受影響(P>0.05)。

表4 飼糧能量水平對(duì)藏羊血液生化指標(biāo)的影響Table 4 Effects of energy levels on serum biochemical indices in Tibetan sheep

2.4 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊氮平衡的影響

由表5可知，隨著飼糧能量水平的升高，尿氮排出量線性減少(P<0.05)，氮平衡和氮沉積率都線性增加(P<0.05)，而氮采食量和糞氮排出量均不受影響(P>0.05)。氮沉積率(NDR)與飼糧能量水平(DE)之間具有較強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系，其數(shù)學(xué)模型為：NDR=5.2143DE-39.006 (R2=0.9616，n=24)(圖1)。

表5 飼糧能量水平對(duì)藏羊氮沉積率的影響Table 5 Effects of energy levels on N deposition rate in Tibetan sheep

2.5 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊生長(zhǎng)性能的影響

圖1 氮沉積率與飼糧能量水平的數(shù)學(xué)模型Fig.1 The mathematical model of nitrogen deposition rate and dietary energy level

由圖2可知，藏羊平均日增量(average daily gain，ADG)隨著飼糧能量水平的升高而線性增加(P<0.05)，LE組呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。

3 討論

3.1 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊采食量和表觀消化率的影響

本試驗(yàn)中藏羊的飼糧干物質(zhì)采食量?jī)H為722.7～777.4 g·d-1，這可能是由于基礎(chǔ)飼糧適口性及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較差所引起，因?yàn)榍囡斩捠且环N高纖維、高木質(zhì)素和低蛋白的農(nóng)副產(chǎn)品，這從一定程度上抑制了動(dòng)物的采食水平。然而，藏羊干物質(zhì)攝入量隨能量水平升高而呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，這是因?yàn)轱暭Z中精粗比提高而改善了其適口性。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)飼糧的要求，4種飼糧的粗蛋白含量約為7%，這與冷季牧草中的蛋白水平相近[6]。雖然GE攝入量在各組間基本相同，但DE攝入量差異較大，從低到高依次相當(dāng)于0.7、0.8、0.9和1.0倍能量維持需要量[假設(shè)綿羊消化能(DE)維持需要為488 kJ·kg-1BW0.75·d-1][21]。

圖2 飼糧能量水平對(duì)藏羊生長(zhǎng)性能的影響Fig.2 Effects of dietary energy level on growth performance in Tibetan sheep 不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。 Different small letters mean significant difference (P<0.05).

前期的研究發(fā)現(xiàn)，藏系反芻家畜具有較高的NDF消化率，例如牦牛和藏羊上所報(bào)道的數(shù)據(jù)分別是54.3%～63.1%[7,22]和63.4%～67.2%[10]，顯著高于本研究中的數(shù)值(44.0%～49.5%)，這可能是因?yàn)轱暭Z中較低的氮素水平抑制了瘤胃微生物和纖維消化酶活性，然而該數(shù)據(jù)卻與優(yōu)質(zhì)飼糧下奶牛(34.8%～53.0%)[23]和肉牛(41.2%～52.5%)[24]的NDF消化率相近。崔祥[25]在生長(zhǎng)母牛上的研究結(jié)果表明，能量水平可以提高飼糧纖維消化率，而本試驗(yàn)中NDF和ADF消化率均不受影響。藏羊?qū)︼暭ZDM、OM、GE和Ash的消化率隨著飼糧能量水平的升高而增加，這與前人在綿羊[26]、山羊[27-28]和犢牛[29]上的研究結(jié)果一致。

3.2 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊血液生化指標(biāo)的影響

血液生化指標(biāo)可直觀反映機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝程度及健康狀況，其中GLU、TG 和TC主要衡量動(dòng)物對(duì)糖、脂肪等供能物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及代謝情況。在本試驗(yàn)中，藏羊血清GLU、TG和TC濃度不受飼糧能量水平影響。程光民等[30]研究表明，萊憲黑山羊血清GLU濃度在不同能量水平飼糧間無(wú)差異；蘇安偉[31]在泌乳水牛上的研究也發(fā)現(xiàn)血清TG濃度不受能量水平的影響；崔曉鵬等[32]報(bào)道，提高飼糧精粗比后妊娠藏羊血清TC濃度無(wú)變化。本試驗(yàn)結(jié)果與上述報(bào)道的研究結(jié)果相一致。血清FFA濃度隨飼糧能量水平的升高而降低，這與Chelikani等[33]在犢牛上的研究結(jié)果相同，這是因?yàn)檠錐FA是動(dòng)物體內(nèi)脂肪分解的代謝產(chǎn)物，飼糧能量水平的增加抑制了機(jī)體對(duì)脂肪的分解。

尿素循環(huán)對(duì)維系反芻動(dòng)物氮平衡具有重要的生物學(xué)意義，尤其是在飼糧氮供應(yīng)不足時(shí)，80%以上肝臟合成的尿素都可經(jīng)血液循環(huán)以唾液分泌和瘤胃壁滲透的方式進(jìn)入消化道[3,34-36]。尿素分子在水解成銨態(tài)氮后被瘤胃微生物重新捕獲，用于合成菌體蛋白，最終為宿主動(dòng)物提供氨基酸資源。Sunny等[37]在綿羊上的研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入消化道的尿素總量與BUN濃度成正比，即BUN濃度越大，進(jìn)入瘤胃中的尿素越多；然而，高濃度的BUN同時(shí)也會(huì)降低尿素循環(huán)效率，更多的尿素會(huì)隨尿液排出體外而造成浪費(fèi)。本試驗(yàn)中藏羊BUN濃度隨能量水平升高而增加，而Bailey等[38]通過(guò)對(duì)肉牛瘤胃注射葡萄糖和揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)的試驗(yàn)表明，能量補(bǔ)飼可以顯著降低BUN濃度，本試驗(yàn)結(jié)果與此正好相反，這可能與藏系反芻家畜特殊的腎臟生理學(xué)機(jī)制有關(guān)。據(jù)報(bào)道，與低海拔牛羊相比，藏羊和牦牛具有較小的腎小球?yàn)V過(guò)率和強(qiáng)大的尿素重吸收能力[36,39]，這使得藏系反芻家畜在維持較高的唾液尿素氮(salivary urea nitrogen, SUN)濃度時(shí)不會(huì)造成大量的尿素隨尿液排出體外。本研究中，飼糧能量水平的提高增加了瘤胃中可發(fā)酵碳水化合物數(shù)量，促進(jìn)了瘤胃微生物利用循環(huán)尿素氮合成菌體蛋白的效率，因而減少了尿中尿素氮的損失。另外，飼糧能量水平的提高也可能增強(qiáng)了藏羊腎臟尿素重吸收率，因而提高了SUN濃度，最終讓更多的尿素循環(huán)進(jìn)入瘤胃，為微生物菌體蛋白合成提供更多的氮源。藏羊在采食蛋白含量為11%和能量水平為1.2倍維持需要量的飼糧時(shí)，BUN濃度高達(dá)15.5 mmol·L-1[9]，與低氮條件下牦牛BUN相近(10.4～16.4 mmol·L-1)[40-41]，本試驗(yàn)中藏羊BUN濃度維持在5.06～6.30 mmol·L-1，這可能是因?yàn)槭褂昧烁退降牡鞍缀湍芰匡暭Z所致。

3.3 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊氮代謝的影響

飼糧中最佳的能量與蛋白含量及其比例一直是反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究的熱點(diǎn)話題。飼糧中能量水平的提高可以增加動(dòng)物的蛋白沉積以及減少機(jī)體中氨基酸的分解[42]。與此相同，本試驗(yàn)中藏羊氮平衡隨著飼糧能量水平提高而顯著增加，這主要得益于尿氮排出量的減少。研究表明，在反芻動(dòng)物復(fù)胃灌注蔗糖[43]或丙酸[44]可促進(jìn)血液中尿素進(jìn)入瘤胃，進(jìn)而減少尿素經(jīng)尿液而排出體外。因此，本研究中藏羊尿氮排出量隨飼糧能量水平增加而減少的直接原因可能是尿中尿素氮的減少。糞氮主要受采食量的影響[45]，本研究中各處理組間的采食水平相近，飼糧中氮含量也相同，所以糞氮排出量無(wú)差異。本試驗(yàn)中藏羊的氮采食量是8.68 g·d-1，僅為相同體重下NRC[46]綿羊的60%，然而氮平衡都為正值，這說(shuō)明藏羊在氮代謝方面具有低維持需要和高效利用的特點(diǎn)，從而來(lái)應(yīng)對(duì)青藏高原冷季氮素營(yíng)養(yǎng)脅迫的威脅。通過(guò)藏羊氮沉積率與飼糧能量水平的數(shù)學(xué)模型可以預(yù)測(cè)，飼糧中DE含量每增加1 MJ，氮沉積率可提高5.2%，這對(duì)青藏高原冷季營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)補(bǔ)飼具有重要的參考意義。

3.4 不同能量水平低氮飼糧對(duì)藏羊生長(zhǎng)性能的影響

動(dòng)物的生長(zhǎng)性能是其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝入、消化、吸收及沉積的最終體現(xiàn)。本試驗(yàn)中藏羊ADG隨著飼糧能量水平提高而顯著增加，這與李瑞麗等[47]、王惠[48]、高曄等[49]在山羊上的研究結(jié)果一致。中國(guó)肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(2004)[18]所推薦的50 kg肉羊DE維持需要量為14.3 MJ·d-1，而本研究中各試驗(yàn)組藏羊DE攝入量依次為6.01、6.82、7.73和8.61 MJ·d-1，即相當(dāng)于飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)推薦值的42%、48%、54%和60%。結(jié)果顯示，除LE組外，其他組ADG都為正值，這表明藏羊在能量代謝方面也同樣具有低維持需要和高效利用的特點(diǎn)。因此，如果在冷季對(duì)藏羊進(jìn)行能量補(bǔ)飼可有效減輕其冬季掉膘現(xiàn)象。

4 結(jié)論

在低氮條件下提高飼糧能量水平，可顯著提高藏羊?qū)M、OM和GE的消化能力，增加氮沉積，從而改善其生長(zhǎng)性能；同時(shí)也表明在冷季通過(guò)對(duì)藏羊補(bǔ)飼能量飼料的方式來(lái)提高其生產(chǎn)力是可行的。