高直鏈淀粉玉米替代普通玉米對斷奶羔羊生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率和血液生理生化指標(biāo)的影響

陳 凱 劉 勇 冉 濤 賀建華 賀志雄,3* 譚支良,3

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128；2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南省動物營養(yǎng)生理與代謝過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部中南動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，長沙 410125；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

直鏈淀粉是D-葡萄糖基以α-(1,4)糖苷鍵連接的多糖鏈，支鏈淀粉中葡萄糖分子之間除了以α-(1,4)糖苷鍵相連外，其支鏈?zhǔn)且驭?(1,6)糖苷鍵相連[1]。直鏈淀粉與支鏈淀粉結(jié)構(gòu)的差異性，使得它們在動物體內(nèi)降解速率不一致，相比于支鏈淀粉，直鏈淀粉消化降解的速率要更慢，淀粉在胃腸道轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰勘粰C(jī)體利用的效率可能更高，同時也能通過刺激反芻動物瘤胃的發(fā)育，對反芻動物生長發(fā)育產(chǎn)生積極意義[2-3]。淀粉主要來源于大米、小麥、玉米、土豆和高粱等，劉文等[4]通過探究不同來源淀粉(豌豆淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉和木薯淀粉)對育肥羔羊生長發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)生長性能未見顯著差異。但也有研究得出豌豆淀粉(直鏈淀粉占總淀粉的比例達(dá)32.4%)有提高育肥羊生長性能的趨勢，促進(jìn)反芻動物健康生長[5]。近幾年來，關(guān)于直鏈淀粉在反芻動物上應(yīng)用的研究受到很多關(guān)注，學(xué)者們相繼發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉對反芻動物胃腸道發(fā)育、瘤胃發(fā)酵及微生物定植具有積極影響[6-7]。玉米籽粒中直鏈淀粉占總淀粉的比例在55%～85%的玉米稱之為高直鏈淀粉玉米(簡稱高直玉米)，與普通玉米相比，高直玉米在食品、醫(yī)藥和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用[1,8]。但是高直玉米應(yīng)用于反芻動物飼糧替代普通玉米的研究相對較少，目前在動物飼糧生產(chǎn)中以玉米-豆粕型飼糧為主，然而高谷物飼糧由于其易降解，在瘤胃中快速發(fā)酵，使揮發(fā)性脂肪酸(VFA)堆積，造成亞急性瘤胃酸中毒，對反芻動物健康發(fā)育具有不利影響，從而影響反芻動物的正常生長[9]。本試驗(yàn)通過在斷奶羔羊飼糧中添加不同比例的高直玉米替代普通玉米，探究其對斷奶羔羊生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)消化率以及血液生理生化指標(biāo)的影響，以期為高直玉米在反芻動物飼糧中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用試驗(yàn)山羊由中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所與瀏陽黑山羊產(chǎn)業(yè)研發(fā)中心共建的動物試驗(yàn)基地提供，高直玉米由海南某科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取27頭健康、體況良好、平均體重為(8.97±0.19)kg的瀏陽湘東黑山羊?yàn)樵囼?yàn)動物，將其隨機(jī)分為3組，每組4頭公羊、5頭母羊，試驗(yàn)羊單欄飼養(yǎng)。分別用高直玉米替代基礎(chǔ)飼糧中0(A組，作為對照組)、50%(B組)、100%(C組)的普通玉米，配制3種試驗(yàn)飼糧，各組精料組成及營養(yǎng)水平見表1。預(yù)試期為7 d，正試期為28 d。飼養(yǎng)試驗(yàn)在湖南省瀏陽市某羊場進(jìn)行，在試驗(yàn)開始之前清掃羊圈，使用百毒殺稀釋液全面消毒，對試驗(yàn)羊進(jìn)行驅(qū)蟲處理。試驗(yàn)飼糧精粗比控制在6∶4，粗飼料為苜蓿，每天09:00和17:00各飼喂1次，自由飲水，記錄每日采食量。根據(jù)每日剩料量適當(dāng)調(diào)整投食量。

表1 精料組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

1.3 飼糧營養(yǎng)水平測定

1.3.1 常規(guī)營養(yǎng)成分含量

干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、總能、鈣、磷、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)含量參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[10]的方法進(jìn)行測定。

1.3.2 總淀粉含量

利用α-淀粉酶和葡萄糖苷酶將淀粉分解成葡萄糖，通過多功能酶標(biāo)儀(Infinite M200 PRO，瑞士)測定葡萄糖溶液在450 nm下的吸光度?？偟矸酆康木唧w測定方法參見雷龍等[11]，計(jì)算公式(0.9為葡萄糖轉(zhuǎn)化為淀粉的系數(shù))如下：

總淀粉含量(%)=葡萄糖含量(g/L)×

0.9×[100/樣品重(mg)]。

1.3.3 直鏈淀粉含量

直鏈淀粉含量采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法(GB/T 15683—2008)測定。稱取(100.0±0.5)mg試樣于100 mL小燒杯中，加入1.0 mL乙醇充分濕潤樣品，再加入9.0 mL 1 mol/L的氫氧化鈉溶液，在85 ℃水浴中分散10～15 min，迅速冷卻，移入100 mL容量瓶中，用適量水洗滌燒杯3～4次，洗滌液一并移入容量瓶中，定容，劇烈搖勻。利用一定體積的直、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)分散液及2.0 mL 0.09 mol/L的氫氧化鈉溶液配制直鏈淀粉占比為0、25%、50%、75%和100%的標(biāo)準(zhǔn)混合液，其中直鏈淀粉、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品由西格瑪奧德里奇貿(mào)易有限公司(上海)提供。準(zhǔn)確移取2.5 mL待測溶液和標(biāo)準(zhǔn)混合液于50 mL比色管中，比色管中預(yù)先加入25 mL水，加0.5 mL 1 mol/L乙酸溶液，混勻，再加入1.0 mL碘試劑，加水至刻度，塞上塞子，搖勻，靜置20 min，取300 μL于酶標(biāo)板中使用多功能酶標(biāo)儀(Infinite M200 PRO，瑞士)測定其在620 nm處的吸光度。直鏈淀粉含量通過吸光度在校正曲線上查出相對應(yīng)的直鏈淀粉占比來表示。

1.4 樣品采集與指標(biāo)測定

1.4.1 生長性能和體尺指標(biāo)

試驗(yàn)期間記錄每日采食量，在正試期第1天和第28天空腹稱重，計(jì)算每頭羔羊的平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。試驗(yàn)第28天測量試驗(yàn)羔羊體高、體斜長和胸圍。

1.4.2 營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率

試驗(yàn)期間每周收集1次飼料與糞便，測定其干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、NDF、ADF、淀粉、酸不溶灰分含量，計(jì)算營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率。酸不溶灰分含量測定按照文獻(xiàn)[12]的方法測定，干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、NDF、ADF和總淀粉含量按照1.2.1方法測定。營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率計(jì)算公式如下：

某營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率(%)=100-100×[飼糧中酸不溶灰分含量(%)×糞便中該營養(yǎng)物質(zhì)含量(%)]×[糞便中酸不溶灰分含量(%)×飼糧中該營養(yǎng)物質(zhì)含量(%)]。

1.4.3 血液生理生化指標(biāo)

試驗(yàn)結(jié)束后，于第2天晨飼前采集試驗(yàn)羊頸靜脈血，靜置4 h，在4 ℃條件下以3 000×g離心10 min，收集血清，-20 ℃保存待測。血清總蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、血氨(NH3L)含量與谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)、乳酸脫氫酶(LDH)、淀粉酶(AMS)、胰淀粉酶(AMY-P)活性使用Cobas C311自動生化儀(Roche，瑞士)測定。血清血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、乳酸(LAC)、類胰島素生長因子-1(IGF-1)和生長激素(GH)含量使用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)法測定，LAC和VEGF試劑盒由上海藍(lán)基生物科技有限公司提供，GH和IGF-1試劑盒由武漢華美生物工程有限公司提供。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)首先使用Excel 2010進(jìn)行歸納整理，之后應(yīng)用SPSS 24.0分析軟件的一般線性模型單變量分析方法分析組間、性別及二者交互作用影響的顯著性，組間數(shù)據(jù)使用單變量線性方法分析數(shù)據(jù)的線性和二次方顯著性，P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié) 果

2.1 生長性能和體尺指標(biāo)

各組羔羊的生長性能如表2所示。高直玉米替代50%和100%的普通玉米可顯著提高羔羊的ADG(P<0.05)，并且公羊比母羊的ADG提升更為顯著(P<0.05)，但是組別和性別之間沒有交互作用(P<0.05)。

表2 高直玉米替代不同比例普通玉米對斷奶羔羊生長性能的影響

各組羔羊的體尺指標(biāo)如表3所示。高直玉米替代50%和100%的普通玉米可提高羔羊的體斜長，其中100%替代組與對照組的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，并且組別與性別之間存在交互作用(P<0.05)。

表3 高直玉米替代不同比例普通玉米對斷奶羔羊體尺指標(biāo)的影響

2.2 營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率

各組山羊的營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率如表4所示。相較于對照組，50%和100%替代組的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、NDF和ADF表觀消化率顯著提高(P<0.05)。性別對粗蛋白質(zhì)表觀消化率有顯著影響(P<0.05)，公羊顯著高于母羊(P<0.05)。

表4 高直玉米替代不同比例普通玉米對斷奶羔羊營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

2.3 血液生理生化指標(biāo)

由表5可知，100%替代組血清VEGF和LAC含量顯著高于對照組(P<0.05)，50%替代組血清VEGF和LAC含量也高于對照組，但差異不顯著(P>0.05)，其他血液生理生化指標(biāo)(血清IGF-1、GH、TP、ALB、NH3L含量與ALT、AST、LDH、AM、AMY-P活性)各組間均無顯著差異(P>0.05)。性別對血清LAC含量有顯著影響(P<0.05)，公羊顯著高于母羊(P<0.05)。

表5 高直玉米替代不同比例普通玉米對斷奶羔羊血液生理生化指標(biāo)的影響

3 討 論

谷物淀粉是家畜生長發(fā)育的主要能量來源，在反芻動物中，淀粉不僅提供能量來提高動物的生長性能，還在促進(jìn)微生物發(fā)育方面起著重要作用。近年來，科學(xué)家們進(jìn)行了大量關(guān)于直鏈淀粉在反芻動物生長、消化代謝等方面的研究，例如：Ren等[5]在育肥羊上的研究發(fā)現(xiàn)高直鏈淀粉能提高羊的日采食量、日增重，促進(jìn)羊的生長發(fā)育；劉文等[4]通過探究不同來源淀粉對育肥羔羊生長性能的影響，發(fā)現(xiàn)飼喂直鏈淀粉比例最高(占總淀粉的比例為32.4%)的豌豆淀粉組的羔羊在日采食量、日增重、料重比和體尺指標(biāo)均高于其他來源淀粉組(低直鏈淀粉組)。本試驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果相符，高直玉米顯著提高了羔羊的ADG、體斜長。這可能是由于淀粉的結(jié)構(gòu)以及反芻動物中不同位置淀粉的降解方式存在差異，小腸中淀粉會直接分解為葡萄糖被機(jī)體吸收，而瘤胃中淀粉被降解為丙酮酸，再被微生物所利用生成揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)入機(jī)體代謝途徑，為機(jī)體提供能量。而且，淀粉在瘤胃中還產(chǎn)生甲烷、二氧化碳等氣體，通過噯氣排出體外，直鏈淀粉由于其難以被消化降解的特性使得過瘤胃淀粉增加，能量利用效率增加，提高了反芻動物的生長性能。反芻動物的生長發(fā)育與飼糧各種營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收息息相關(guān)，其中淀粉作為能量來源不僅受到其組成及結(jié)構(gòu)的影響，而且在動物和人體內(nèi)消化的速度和部位存在差異，淀粉顆粒大小、直鏈淀粉和支鏈淀粉的占比、淀粉的物理存在形式、非淀粉多糖、抗?fàn)I養(yǎng)因子、飼糧的油脂水平以及動物體內(nèi)淀粉消化酶的活性、小腸對淀粉消化產(chǎn)物葡萄糖的吸收能力、飼料在消化道中停留的時間和消化酶與淀粉的接觸程度等都對其消化產(chǎn)生影響；同時，淀粉的消化同樣也影響其他營養(yǎng)物質(zhì)的消化代謝[13]。

在反芻動物中，淀粉主要在瘤胃微生物發(fā)酵作用下產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸被機(jī)體吸收，而過瘤胃后未降解的大部分淀粉在小腸α-淀粉酶和葡萄糖化酶作用下分解為葡萄糖被機(jī)體吸收利用，另外還有一小部分淀粉會穿過小腸到達(dá)大腸，同樣經(jīng)過微生物發(fā)酵作用產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸再被機(jī)體吸收[14-15]。單胃動物淀粉的水解消化主要在小腸，被分解為葡萄糖再提供給機(jī)體日常生長發(fā)育所需的能量，一般來說，淀粉在體內(nèi)水解成葡萄糖能作為能量被機(jī)體有效利用，但是經(jīng)過微生物發(fā)酵而生成的揮發(fā)性脂肪酸的利用效率要低于葡萄糖[16-17]，所以這可能是反芻動物比單胃動物生長緩慢的原因之一。直鏈淀粉葡萄糖鏈上的氫鍵更廣泛，而支鏈淀粉每個分子與酶接觸的表面積更大，更容易被分解，所以直鏈淀粉更難以被降解[18]。對于飼料原料種類來說，淀粉顆粒較小的谷物(大米、燕麥等)比淀粉顆粒較大的谷物(玉米、小麥)更容易被消化降解[19-20]。在瘤胃中細(xì)菌比其他微生物能更有效地消化淀粉[21]，在瘤胃細(xì)菌的發(fā)酵作用下，快速發(fā)酵的淀粉(支鏈淀粉)能產(chǎn)生大量丙酸鹽，當(dāng)丙酸鹽的產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被吸收轉(zhuǎn)化為葡萄糖時，會被氧化生成三磷酸腺苷(ATP)，從而反饋地調(diào)節(jié)采食量，降低飼料利用率，抑制反芻動物生長[22]。而慢速發(fā)酵的淀粉(直鏈淀粉)在反芻動物胃腸道的消化利用過程中，緩慢的發(fā)酵模式能讓營養(yǎng)物質(zhì)得到充分分解，能更加有效的為機(jī)體所利用[2]。本試驗(yàn)中，高直玉米替代50%和100%的普通玉米顯著提高了斷奶羔羊的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、NDF和ADF表觀消化率，這與上述結(jié)論相符合。

VEGF調(diào)控血管細(xì)胞生成，血管細(xì)胞生成增加可提高氧氣運(yùn)輸能力，進(jìn)而提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)、促生長因子，促進(jìn)動物生長發(fā)育[23]。本試驗(yàn)中，血清VEGF含量在100%替代組最高，表明高直玉米能提高山羊的血管生成能力，促進(jìn)山羊的生長發(fā)育。IGF-1是影響腸道發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子，它必須與胰島素樣生長因子受體(IGF-1R)結(jié)合才能發(fā)揮其作用，IGF-1和GH等協(xié)同作用促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞的增殖[6]。高直鏈淀粉能顯著提高瘤胃乳頭表面積，促進(jìn)乳頭發(fā)育，對小腸絨毛的發(fā)育也有促進(jìn)作用[6]。但是在本試驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)高直玉米替代不同比例普通玉米后血清IGF-1和GH含量的顯著變化。淀粉進(jìn)入胃腸道被分解成葡萄糖這個過程與很多方面有關(guān)，比如微生物、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體等。直鏈淀粉難以被分解除了與其直鏈結(jié)構(gòu)相關(guān)外，還與動物胃腸道內(nèi)微生物種類、豐度和各種葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體有關(guān)。在反芻動物中，瘤胃微生物相比于單胃動物大腸微生物種類更豐富，數(shù)量更多[5]，淀粉不僅為機(jī)體提供生存的能量，也促進(jìn)微生物的發(fā)育，為胃腸道有益微生物的定植提供支持。直鏈淀粉對于瘤胃微生物的作用較小，瘤胃微生物仍然主要作用于纖維分解，但是直鏈淀粉可能從瘤胃通過進(jìn)入其他胃腸道而促進(jìn)胃腸道有益菌的定植與增殖[24]。

部分LAC通過瘤胃淀粉發(fā)酵產(chǎn)生，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)50%、100%替代組血清LAC含量均高于對照組，表明高直玉米促進(jìn)了LAC的合成，一定程度上抑制了糖異生途徑，降低了血糖合成。血液中TP和ALB含量可反映機(jī)體蛋白質(zhì)狀況，NH3L含量可反映機(jī)體對氨的利用情況。本試驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)高直玉米替代不同比例普通玉米后血清TP、ALB、NH3L含量的顯著變化。在肉雞上的研究發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉抑制了小腸對于氨基酸的吸收利用，氨基酸代謝減弱[25]。但是在本試驗(yàn)中，高直玉米替代不同比例普通玉米后血清ALT、AST活性沒有發(fā)生顯著變化，而且2個替代組的數(shù)值比對照組稍低，這可能是被高直玉米中其他成分所影響，但對氨代謝的影響有限。高淀粉飼糧可能影響氨代謝，過高的飼糧能量水平可能增加脂肪的合成而減少蛋白質(zhì)的合成，在家畜育肥不同階段調(diào)制不同原料組成的飼糧，可以有針對性地促進(jìn)家畜增脂或者增肌效果。有研究表明高直鏈淀粉能夠促進(jìn)豬蛋白質(zhì)的合成，達(dá)到增肌減脂的效果[26]。在反芻動物中，高直玉米大部分會在瘤胃微生物的發(fā)酵作用下生成揮發(fā)性脂肪酸被機(jī)體利用，所以能量利用效率偏低，機(jī)體代謝減弱，這可能也是導(dǎo)致在本試驗(yàn)中3個組的血液代謝酶活性沒有顯著變化的原因之一。

綜上可知，高直玉米替代普通玉米對斷奶羔羊的生長發(fā)育具有積極影響，能提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，促進(jìn)能量飼料的有效利用，高直玉米在家畜飼料化應(yīng)用方面有著巨大前景。但是高直玉米在我國成本較高，50%的替代比例可能更符合實(shí)際生產(chǎn)需求。

4 結(jié) 論

高直玉米替代50%或100%普通玉米對斷奶羔羊的生長和營養(yǎng)物質(zhì)消化均有積極影響。