冷季牦牛和黃牛采食行為、血清生化指標(biāo)與瘤胃發(fā)酵參數(shù)的比較研究

李晨，Anum Ali Ahmad，張劍搏，梁澤毅，丁學(xué)智，閻萍*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，甘肅省牦牛繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730050；2.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州730000）

牦牛是大型反芻動物中能唯一適應(yīng)高原極端環(huán)境而延續(xù)至今的特有物種，對維系藏區(qū)牧民的繁衍生息起到了不可替代的作用。長期自然選擇的結(jié)果，使牦牛對高寒、低氧、強(qiáng)紫外線和冷季營養(yǎng)脅迫等自然環(huán)境條件具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力［1-2］。在青藏高原牧草資源匱乏和低溫環(huán)境下，牦牛通過調(diào)節(jié)生理和營養(yǎng)代謝等方面，表現(xiàn)出對其生活環(huán)境特有的適應(yīng)機(jī)制［3］。

放牧作為動物與植物生產(chǎn)的一個關(guān)鍵因素，在草地資源的轉(zhuǎn)化及動植物間的協(xié)同進(jìn)化中起著關(guān)鍵作用。在青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)中，天然草地牧草季節(jié)間供給失衡狀況成為制約放牧牦牛生產(chǎn)潛力發(fā)揮的關(guān)鍵因素。課題組研究表明，牦牛形成了與其他低海拔反芻家畜不同的肌內(nèi)脂肪代謝機(jī)制從而使其能夠更好地適應(yīng)高寒環(huán)境和長期的營養(yǎng)匱乏［4］。同時牦牛能有效地啃食高寒草地低矮的殘草，其放牧行為與草地狀況關(guān)系密切［5］。因此深入研究牦牛在冷季營養(yǎng)脅迫下的生理、生態(tài)和放牧采食過程對于優(yōu)化家畜生產(chǎn)放牧生態(tài)系統(tǒng)管理至關(guān)重要。

因此，本試驗(yàn)旨在對比研究冷季營養(yǎng)脅迫下牦牛與黃牛血清生化指標(biāo)、瘤胃發(fā)酵及采食行為的過程響應(yīng)，為冷季青藏高原牦牛和黃牛放牧應(yīng)答提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)、動物及飼養(yǎng)管理

試驗(yàn)于2018年11月-2019年3月在甘南藏族自治州夏河縣陽諾牦牛養(yǎng)殖專業(yè)合作社（34°43′19.66″N，102°28′49.51″E，海拔3100 m）進(jìn)行。該地區(qū)年平均氣溫4.5℃，年平均降水量640 mm，無霜期119 d。土壤類型為亞高山草甸土，草地優(yōu)勢物種主要包括矮生風(fēng)毛菊（Saussurea japonica）、垂穗披堿草（Elymus nutans）等物種。

選擇體重［（234.9±20.0）kg和（240.4±24.0）kg］和年齡、生理階段相同，健康狀況良好的當(dāng)?shù)爻赡昴戈笈：忘S牛各10頭，全部打耳標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，并在2018年11月、2019年1月及2019年3月進(jìn)行三期的放牧行為監(jiān)測。每次試驗(yàn)前，給牦牛及黃牛佩戴collar進(jìn)行15 d的適應(yīng)，然后進(jìn)行連續(xù)10 d（24 h）牧食行為監(jiān)測。MOOnitor系統(tǒng)（MOOnitor Ltd.，Israel）設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)為每4 s記錄一次24 h活動狀態(tài)。為研究試驗(yàn)動物的采食空間分布，連續(xù)2 d將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置為每4 s記錄一次24 h活動狀態(tài)和每15 min記錄牦牛所處的位置。每天定時檢測MOOnitor系統(tǒng)是否發(fā)生異常并且下載數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)會自動計(jì)算出休息、行走和采食時間，并且能從休息時間中計(jì)算出與其同時進(jìn)行的反芻時間。

1.2 草地調(diào)查及營養(yǎng)物質(zhì)的測定

在試驗(yàn)中隨機(jī)在放牧草場選擇100株牧草，測定牧草高度。采用1 m×1 m的樣方，隨機(jī)5次取樣，割取地上牧草并稱重，裝入袋中于4℃保存，用于營養(yǎng)成分含量分析。依據(jù)《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》［6］測定干物質(zhì)（dry matter，DM）含量，用凱氏定氮法測定粗蛋白（crude protein，CP）含量，范氏（van soest）洗滌纖維分析法分別測定中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）與酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量，采用灰化重量法測定粗灰分（ash）含量［7-8］。

1.3 血液樣本采集及生化指標(biāo)分析

在試驗(yàn)期末采集血液，離心出的血清置于-20℃保存，用于血清代謝物及激素含量的分析。采用全自動生化儀（SysmexpocH-100iV Diff，日本希森美康電子有限公司）測定甘油三酯（triglyceride，TG）、血糖（glucose，GLU）、高密度脂蛋白（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）、低密度脂蛋白（low-density lipoprotein cholesterol，LDL-C）含量。按照南京建成試劑盒說明書測定游離脂肪酸（nonestesterified fatty acid，NEFA）濃度。采用酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）測定血清中生長激素（growth hormone，GH）、胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF-1）和胰島素樣生長因子2（insulin-like growth factor 2，IGF-2）和胰島素（insulin，INS）的含量，具體步驟參照ELISA試劑盒（上海茁彩生物科技有限公司）的操作說明，最后用酶標(biāo)儀（Multlskan Mk3全自動酶標(biāo)儀，賽默飛世爾科技有限公司）在450 nm處測得OD值，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算出濃度。

1.4 瘤胃發(fā)酵參數(shù)測定

在試驗(yàn)?zāi)┢诓捎每谇粚?dǎo)管法收集試驗(yàn)動物瘤胃內(nèi)容物10 mL，過濾掉食物殘?jiān)?，裝入凍存管置液氮保存。采用氣相色譜法測定揮發(fā)性脂肪酸含量，采用Broderick等［9］的方法測定NH3-N含量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2016進(jìn)行初步整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用One-way ANOVA進(jìn)行分析牧草常規(guī)營養(yǎng)成分、放牧行為指標(biāo)，并用Duncan法多重比較分析；采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析不同組間瘤胃發(fā)酵參數(shù)和血清生化指標(biāo)利用。采用Arc Map 10.6軟件在矢量地圖上分析牦牛和黃牛的活動位點(diǎn)（經(jīng)緯點(diǎn)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 放牧草地植物群落特征及營養(yǎng)成分含量

由表1可知，隨冷季從2018年11-2019年3月推進(jìn)，可采食牧草越來越少，地上干物質(zhì)（DM）含量從11月的149.78 g·m-2降至3月的110.43 g·m-2。CP含量有顯著差異（P＜0.05），11月CP含量為7.55%，3月CP含量為2.78%；NDF含量差異顯著（P＜0.05），其中11月為60.60%，3月為64.11%；ADF和Ash含量均具顯著差異（P＜0.05），其中ADF在3月含量為35.44%，Ash含量在1月為11.46%，3月為7.55%。

表1 冷季草地牧草常規(guī)養(yǎng)分含量Table 1 Nutrition compositions of forage in cold season（dry matter basis）

2.2 冷季放牧對牦牛與黃牛血清生化指標(biāo)的影響

2.2.1 冷季放牧對牦牛與黃牛血清代謝物的影響 冷季自然放牧狀態(tài)下，牦牛的GLU含量顯著低于黃牛（P＜0.05）；牦牛的TG、LDL-C、HDL-C含量略低于黃牛，而NEFA含量略高于黃牛，但均無顯著差異（P＞0.05）（表2）。

表2 冷季牦牛與黃牛血清營養(yǎng)代謝物成分Table 2 Serum nutritional metabolites of yak and cattle in the cold season

2.2.2 冷季放牧牦牛與黃牛激素的含量 能量調(diào)節(jié)激素中牦牛的GH、IGF-1和INS含量均顯著高于黃牛（P＜0.05），牦牛的IGF-2含量略高于黃牛，但差異不顯著（P＞0.05）（表3）。

表3 冷季牦牛與黃牛激素的含量Table 3 Hormone content of yak and cattle in cold season

2.3 冷季放牧牦牛與黃牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)

由表4可知，牦牛瘤胃液氨態(tài)氮，乙酸含量及乙酸∶丙酸顯著高于黃牛（P＜0.05）；而戊酸含量顯著低于黃牛（P＜0.05）；此外，丙酸、異丁酸、異戊酸含量在牦牛和黃牛組間差異不顯著（P＞0.05）。

表4 冷季牦牛與黃牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)Table 4 Rumen fermentation parameters of yak and cattle in cold season

2.4 冷季牦牛與黃牛放牧行為的時空分布

為直觀反映牦牛與黃牛放牧活動的變化趨勢，對11、1及3月冷季草場放牧采食活動進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析（表5）。休息時間在牦牛與黃牛組之間差異不顯著（P＞0.05）。行走時間在牦牛組顯著高于黃牛組（P＜0.05），在牦牛組內(nèi)1和3月顯著高于11月（P＜0.05），而在黃牛組內(nèi)11、1和3月依次顯著升高（P＜0.05）。采食時間在牦牛組11和1月顯著高于黃牛組（P＜0.05），在牦牛組內(nèi)1和3月顯著高于11月（P＜0.05），在黃牛組內(nèi)11、1和3月依次顯著升高（P＜0.05）。反芻時間在黃牛組顯著高于牦牛組（P＜0.05），在牦牛組內(nèi)11月顯著高于1和3月（P＜0.05），在黃牛組內(nèi)11、1和3月依次顯著降低（P＜0.05）。

表5 冷季牦牛與黃牛放牧行為的變化Table 5 Changes in grazing behavior of yak and cattle in the cold season

從其采食空間分布看，在11月，牦牛的采食范圍較為集中，而黃牛較為分散；隨放牧?xí)r間的逐漸推進(jìn)，翌年1、3月采食范圍比較相似，牦牛的采食范圍開始由集中逐漸分散，黃牛的采食范圍比較集中。從時間變化角度觀察，牦牛的采食范圍逐漸擴(kuò)大，黃牛的采食范圍先減小后擴(kuò)大；牦牛和黃牛偶爾集中區(qū)域間的距離較遠(yuǎn)，同時在經(jīng)度和緯度方向的移動距離均較長（圖1）。

圖1 牦牛與黃牛在冷季不同時期采食空間分布Fig.1 The grazing space distribution pattern of yak and cattle in different periods of the cold season

3 討論

3.1 冷季放牧對牦牛和黃牛血清生化指標(biāo)的影響

血液代謝物和激素是反映牦牛和黃牛營養(yǎng)代謝和機(jī)體健康狀況的關(guān)鍵生物標(biāo)記物［10］。在本研究中，冷季營養(yǎng)匱乏下牦牛的血糖濃度高于黃牛，其比黃牛具有更高的糖異生能力和更好的葡萄糖代謝調(diào)節(jié)能力，特別是低能量水平的飲食。當(dāng)能量攝入不滿足維持要求時，體內(nèi)脂肪儲備被調(diào)動起來，導(dǎo)致血液中NEFA濃度增加。牦牛NEFA濃度高于黃牛，有利于調(diào)動更多的身體能量，推測黃牛比牦牛先動員更多的脂肪，然后動員蛋白質(zhì)提供所需的能量，以滿足枯草期的營養(yǎng)需求。當(dāng)肝臟不能完全氧化過量的NEFA時，NEFA被重新酯化為肝臟TG，進(jìn)入血液循環(huán)會以HDL、LDL形式表現(xiàn)［11］。在試驗(yàn)中，黃牛的LDL濃度較高。同樣，在飼料限制的奶牛中也報(bào)告了血液中的低密度脂蛋白的增加［12］。在低的能量水平下，相較于牦牛，黃牛具有低的NEFA濃度和高的LDL濃度。這些結(jié)果表明，黃牛肝臟合成的甘油三酯高于牦牛。

新陳代謝過程會受到激素調(diào)節(jié)，并具有復(fù)雜的反饋和控制機(jī)制。機(jī)體供能不足，會促進(jìn)肝臟中糖異生、機(jī)體脂肪中脂肪水解和蛋白質(zhì)的合成過程。GH是由垂體分泌，其含量受到IGF-1和IGF-2的介導(dǎo)［13］，可直接作用于肝臟和脂肪組織，以增加對脂解反應(yīng)的刺激并減少脂肪生成［14］。研究發(fā)現(xiàn)，在營養(yǎng)攝入不足的情況下，GH含量會顯著降低［15］。本研究中牦牛組GH、IGF-1濃度明顯高于黃牛組，這與上述研究結(jié)果一致。表明應(yīng)對機(jī)體能量負(fù)平衡下，牦牛具有更強(qiáng)的脂肪分解代謝能力。INS是調(diào)節(jié)機(jī)體能量代謝平衡的重要激素，能夠參與肝臟、脂肪等其他組織對葡萄糖的攝取、存貯與分解，進(jìn)而控制機(jī)體內(nèi)部血糖的穩(wěn)定。隨著日糧能量水平的增加，牦牛INS濃度也會隨之提高［16］。本研究中牦牛INS濃度高于黃牛，這可能由于冷季下相比黃牛，牦牛涉及脂肪酸合成與代謝、肝臟和其他多糖代謝的相關(guān)基因呈正向選擇［17］，致使牦牛INS濃度高于黃牛。上述研究表明，牦牛對冷季下營養(yǎng)匱乏、低溫等適應(yīng)能力更強(qiáng)。

3.2 冷季放牧對牦牛和黃牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

瘤胃液中NH3-N含量是反映瘤胃微生物對飼料蛋白質(zhì)和非蛋白氮的利用效率，其水平高低受蛋白質(zhì)攝入量、蛋白質(zhì)的降解速度等因素影響。瘤胃液中氨態(tài)氮的含量與飼糧中蛋白含量呈正相關(guān)［18］。本研究中，牦牛的NH3-N含量顯著高于黃牛組，這可能是由于相較于黃牛，牦牛瘤胃具有較強(qiáng)的蛋白質(zhì)降解和氮素再循環(huán)能力。

反芻動物的瘤胃微生物會將日糧中的碳水化合物降解并且轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸，能為機(jī)體提供70%～80%能量需求［19］。乙酸、丙酸和丁酸是瘤胃中揮發(fā)性脂肪酸的主要成分，這幾種酸會隨牧草營養(yǎng)成分的變化而變化，其約占總揮發(fā)性脂肪酸的95%以上［20］。本試驗(yàn)中，牦牛乙酸，TVFA含量及乙酸∶丙酸高于黃牛，可能由于牦牛NDF消化率及氮素利用效率高于黃牛［21］，且牦牛瘤胃微生物基因在揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)生通路中富集，而黃牛表現(xiàn)出在甲烷產(chǎn)生通路中富集［3］，即牦牛產(chǎn)生低甲烷和高揮發(fā)性脂肪酸。所以，相較于黃牛，牦牛冷季呈乙酸型發(fā)酵，能夠更好地將牧草中粗纖維等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸為其供能。

3.3 冷季放牧對牦牛與黃牛放牧行為時空分布的影響

放牧行為是家畜對環(huán)境變化的適應(yīng)性反應(yīng)，也是反應(yīng)草地狀況的一個綜合指標(biāo)。隨冷季放牧?xí)r間延長，牦牛與黃牛的休息和反芻時間顯著降低，采食和行走時間顯著升高。冷季白晝較短，氣候寒冷且干枯牧草質(zhì)量低下（低蛋白、高纖維），適口性不高，家畜要到處游走去采食，因此增加了家畜行走和采食的時間。本研究中，牦牛的采食和反芻時間顯著低于黃牛。這可能是由于牦牛與黃牛對自然環(huán)境中不同牧草資源系統(tǒng)進(jìn)化的差異引起的。就采食方式而言，牦牛一般用門牙進(jìn)行啃食牧草，而黃牛用舌頭卷食牧草地上部分［22］。牦牛以啃食方式采食的速度快于黃牛卷食方式，以及攝入牧草的質(zhì)量和數(shù)量不同，導(dǎo)致牦牛采食和反芻時間低于黃牛。簡言之，在冷季牧草產(chǎn)量及質(zhì)量低的條件下，牦?；ㄙM(fèi)較少的時間用于采食和反芻活動，減少不必要的能量損耗又能維持自身的生理需求。結(jié)果表明，相對于黃牛，牦牛更適應(yīng)冷季營養(yǎng)匱乏的高原環(huán)境。

牦牛對高原山地環(huán)境具有獨(dú)特適應(yīng)性，其空間分布受氣候和地形等因素的影響較小［23-25］。冷季下牦牛經(jīng)常在坡度較大的山坡上牧食［26］。本試驗(yàn)中，對牦牛和黃牛的活動范圍研究發(fā)現(xiàn)，相對于黃牛，牦牛的活動范圍會隨草地生物量及營養(yǎng)品質(zhì)的降低而擴(kuò)大。在草地生物量和營養(yǎng)品質(zhì)較高時，牦牛的活動范圍較為集中，黃牛的較為分散；隨冷季時間延長，草地生物量及營養(yǎng)品質(zhì)呈下降趨勢，牦牛采食更多牧草，活動范圍越發(fā)寬廣，而黃?；顒臃秶^為有限。相比黃牛，牦牛對高山環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)。

4 結(jié)論

隨冷季放牧的推移，牦牛和黃牛會增加采食與行走時間，減少反芻時間。與黃牛相比，牦牛在生理生化、瘤胃消化代謝及牧食行為方面對表現(xiàn)出冷季營養(yǎng)匱乏更為高效響應(yīng)模式，即以提高能量利用效率從而有效應(yīng)對冷季營養(yǎng)匱乏。