荷斯坦犊牛反刍行为的发育规律及其与采食之间的相关性研究

2022-03-30张思源陈天宇张红星肖鉴鑫曹志军

动物营养学报 2022年3期

杨慧张思源彭容陈天宇张红星肖鉴鑫刘帅曹志军邵伟

(1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐830052；2.中国农业大学动物科技学院，动物营养学国家重点实验室，北京100193)

犊牛阶段是奶牛生长发育的关键时期，该阶段犊牛的生长和发育速度快、组织器官功能以及免疫系统都在迅速完善，但外界条件以及营养等各种因素的干预和调控，均会对犊牛今后的生长和发育造成影响[1]，所以该阶段为调控的“窗口期”。反刍行为是反映反刍动物健康的良好指标，也是瘤胃发育的关键标志，它与动物的生产性能、健康状况有一定相关性[2]。目前有关于反刍行为的研究主要集中在泌乳牛上，仍不清楚新生犊牛反刍行为的变化规律与采食量之间的相关性。因此本试验旨在通过测定犊牛反刍行为每日总时长、平均每次行为发生持续时长以及日发生次数探讨其反刍行为的发育规律，并研究反刍时间是否与采食量有显著的相关关系，以期为犊牛健康、科学的养殖模式提供相关的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

本试验于2020年12月至2021年4月在位于陕西省的现代牧业宝鸡牧场进行。动物饲养和管理程序按照“中国农业大学实验动物福利与动物实验伦理委员会”规定进行，试验编号：Aw10111202-2-1。

1.2 试验动物及饲养管理

试验共选取18头初生体重为(42.1±5.4) kg的荷斯坦母犊牛，犊牛出生后1 h之内灌服4 L初乳，12 h后再灌服4 L初乳，随后转到犊牛岛中进行单独饲喂。从2日龄起，每天饲喂犊牛2次(07:00和15:00)常乳(常乳营养水平见表1)，1～3周龄饲喂量为8 L/d，4～6周龄饲喂量为10 L/d，7周龄饲喂量为8 L/d，在8周龄开始逐渐降奶，56日龄断奶，犊牛在断奶后继续饲养在犊牛岛内直至饲养至84日龄时试验结束。自4日龄起，为每头犊牛单独设置2个采食桶每日分别添加足量的开食料和粗饲料任犊牛自由采食，饲粮组成及营养水平见表2。犊牛岛使用稻糠作为垫料，每周进行清洁并补充垫料1次，整个试验期保持环境清洁干燥。

表1 常乳营养水平

表2 饲粮组成及营养水平(干物质基础)

续表2项目Items开食料Starter粗饲料Forage1)粗脂肪 EE2.252.17中性洗涤纤维 NDF14.3845.99酸性洗涤纤维 ADF6.7031.97

1.3 测定指标及方法

1.3.1 采食量

试验期间每日记录开食料和粗饲料投料量和剩余量，用于计算开食料、粗饲料和总固体饲料干物质采食量(DMI)。每周收集开食料和粗饲料的饲料样品立即存储在-20 ℃用于进一步营养成分分析。对饲料中干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗脂肪(EE)和粗灰分(Ash)含量进行测定，所有营养成分的测定均参考AOAC(2002)[3]。粗饲料使用燕麦干草，先用固定搅拌机将燕麦干草剪至小于2.5 cm长度，再使用宾州筛并按照Kononoff等[4]的方法确定开食料和粗饲料的颗粒分布，并计算物理有效中性洗涤纤维(peNDF)的含量。peNDF含量通过计算3个筛层(19、8和4 mm)的饲料颗粒净重之和，再乘以饲料原料的NDF含量来进行估算。

1.3.2 行为学指标

在距离犊牛岛2.0 m宽、1.8 m高的位置安装高清红外摄像机(海康威视数码科技有限公司，50 Hz，25 fps，北京，中国)对犊牛进行实时监控。所有视频存储在硬盘中用于试验结束后的观察和数据采集。选取第1、2、3、4、6、9和12周，每周最后1日的行为数据进行24 h观察并记录，观察日分别为犊牛7、14、21、28、42、63和84日龄。记录每头犊牛每日反刍、躺卧、站立和非营养性口腔行为的每日总时长、平均每次行为发生持续时长和日发生次数。其中反刍行为定义为：犊牛反复咀嚼1个从胃里返上来的食团，伴随着有节奏的下颌运动，直至其吞咽的过程，并且在2 min前未发生采食行为。躺卧行为定义为：胸骨着地并且头保持昂起或低下。站立行为定义为：四脚着地(无论是否移动)。非营养性口腔行为定义为：除采食以外的口腔行为，包括舔垫料、舔牛舍、舔桶和舔其他犊牛的身体以及梳理毛发等行为。记录方法和标准均参照Kargar等[5]报道。

1.4 数据统计分析

所有试验数据采用Excel 2016进行整理和汇总，将收集的数据分为第1、2、3、4、6、9、12周进行统计分析。采用SPSS 21.0统计软件进行单因素方差分析和显著性检验，差异显著时采用Duncan氏法进行组间的多重比较。试验结果用“平均值±标准误”表示，通过SPSS 21.0统计软件进行Pearson相关分析，以P<0.05为差异显著性判断标准，以P<0.01为差异极显著性判断标准。

2 结果

2.1 不同周龄对犊牛采食量的影响

由表3可知，犊牛断奶后固体饲料DMI显著高于断奶前(P<0.05)。犊牛固体饲料DMI、总NDF采食量和总peNDF采食量均随着周龄增加逐渐增加(P<0.05)。在断奶前，犊牛饮食主要以常乳为主，刚出生1周的犊牛，开食料和粗饲料DMI低于其他各周龄，且显著低于断奶后(P<0.05)，分别摄入10.26和0.56 g/d。第6周，犊牛固体饲料DMI有明显增加趋势，其中开食料DMI为110.38 g/d，粗饲料DMI为21.26 g/d，开食料DMI占固体饲料DMI的83.85%。第9周，与断奶前相比，犊牛固体饲料DMI显著增加(P<0.05)，其中开食料DMI为1 944.79 g/d，粗饲料DMI为194.56 g/d，开食料DMI占固体饲料DMI的90.91%。

表3 不同周龄对犊牛采食量的影响

2.2 不同周龄对犊牛行为学指标的影响

由表4可知，第1周，犊牛反刍行为每日总时长为9.57 min，第6周反刍每日总时长达到121.52 min，反刍行为每日总时长随周龄增加逐渐增加(P<0.05)；除第3周外，犊牛断奶后反刍平均持续时长显著高于断奶前(P<0.05)；犊牛每日反刍次数随周龄增加逐渐增多(P<0.05)。非营养性口腔行为每日总时长在断奶前随周龄增加而增加(P<0.05)，但断奶后显著低于第6周(P<0.05)。躺卧行为每日总时长在第3、12周分别为每日1 057.42、1 005.40 min，显著低于第1、2、4、6和9周(P<0.05)。站立行为每日总时长在第12周为每日409.40 min，显著高于第1、2、4、6和9周(P<0.05)，且其他各周龄间无显著差异(P>0.05)。

表4 不同周龄对犊牛行为学指标的影响

2.3 饲粮中不同营养成分采食量与犊牛不同行为之间的相关性

由表5可知，犊牛DM、NDF和peNDF采食量与反刍行为每日总时长、平均持续时长和日发生次数均呈极显著正相关(P<0.01)，其中总NDF采食量与反刍每日总时长的相关性最高(r=0.719)，并且粗饲料中的NDF和peNDF采食量与反刍总时长的相关系数都高于开食料。开食料、粗饲料中的DM、NDF和peNDF采食量与非营养性口腔行为均无显著相关(P>0.05)，但常乳DMI与非营养口腔行为每日总时长极显著正相关(r=0.440，P<0.01)。开食料、粗饲料中的DM、NDF和peNDF采食量与躺卧行为每日总时长呈显著或极显著负相关(P<0.05或P<0.01)。开食料DM、NDF和peNDF采食量与站立行为每日总时长呈极显著正相关(P<0.01)。

表5 饲粮中不同营养成分采食量与犊牛不同行为之间的相关性

3 讨论

3.1 不同周龄对犊牛采食量的影响

犊牛在断奶前以常乳采食为主。本试验中，犊牛在第1周开始摄入少量的固体饲料(开食料和干草)，当常乳供应量减少或者断奶时，犊牛开始从依赖常乳中提供的营养物质转变为依赖固体饲料提供的营养物质，固体饲料采食量有明显增加趋势；在断奶后犊牛开始完全依靠固体饲料来获取营养物质，固体饲料采食量显著增加。Diaz等[6]研究发现，当不给犊牛饲喂固体饲料时，犊牛甚至会采食垫草来满足自己对固体饲料的需求。而这一时期正是犊牛由“单胃动物”向反刍动物过渡的关键阶段。

3.2 犊牛行为和采食量之间的关系

犊牛行为是衡量其是否受到良好福利待遇的体现。本试验将反刍、非营养性口腔、躺卧和站立4种行为分别与采食量进行相关关系分析，发现反刍行为与DMI之间具有显著的正相关关系，反刍活动的增加建立在DMI增加的基础上。一定条件下，可用反刍时间预测犊牛的采食量[7]。本试验中，犊牛反刍行为每日总时长与总DMI呈显著正相关(r=0.707)，同样的，Swanson等[8]也发现同样的结果(r=0.69)。本研究中，随着周龄的增加，犊牛DMI增加，且其反刍每日总时长、平均持续时长和次数均呈增加趋势。这与Hepola等[9]研究犊牛断奶后反刍时间随固体采食量的增加而增加结论一致。犊牛反刍活动受犊牛年龄和固体饲料消耗的影响[10]。反刍动物反刍活动的发生开始于幼龄阶段，其发育过程也伴随着反刍功能的逐渐增强，幼龄反刍动物反刍行为建立在10～20日龄[2]。通常反刍行为伴随或先于瘤胃发育，在最初反刍行为的发生时，犊牛对固体饲料的采食量较少，随着犊牛日龄增加，反刍时间的长短与固体饲料的采食量有显著相关性。随着犊牛年龄和固体饲料摄入的增长，犊牛的消化系统与消化方式发生巨大的改变，瘤胃功能的重要性和利用粗饲料的能力逐渐提高，反刍时间随之增加。而成年牛瘤胃发育成熟，已形成了稳定的瘤胃微生物区系，受饲粮影响较小[11]。

非营养性口腔行为包括舔垫料、舔牛舍、舔桶、舔其他犊牛的身体以及梳理毛发等行为。Redbo等[12]研究发现，非营养性口腔行为是一种巴甫洛夫类型的反应，当犊牛即将被喂食时可以观察到其表现出非营养性口腔行为，喂食后在休息时犊牛非营养性口腔行为发生率就会降低。本研究中，犊牛非营养性口腔行为与固体饲料DMI无相关关系，但犊牛在断奶前2周，非营养性口腔行为每日总时长达到216.57 min，而断奶后1周显著减少至103.60 min，可能的原因是由于犊牛在断奶后干草摄入量突然提高从而减少了非营养性口腔行为的发生频次。研究表明，在犊牛饲粮中增添干草，能够增加DMI，从而促进胃肠道填充，让犊牛产生饱腹感，进而降低了非营养性口腔行为[13-14]。

躺卧行为在动物的所有行为中具有优先选择权，特别是躺卧总时长、平均持续时长和次数被确定为奶牛舒适度的一项关键指标[15]。幼龄时期，犊牛表现出更多的躺卧行为，本试验中犊牛平均躺卧总时长达17.97 h/d，这与Schirmann等[15]的研究结果18 h/d较一致。本研究发现，躺卧时长与采食量呈负相关关系，而站立时间与采食量呈正相关关系。第1周，犊牛躺卧行为总时长最长、平均持续时长最长、次数最少，随周龄增加，躺卧时长有减少的趋势。站立行为时长在第1周最短，随周龄增加有增加的趋势。可能的原因在于犊牛正处于机体快速发育的时期，采食量随周龄增加显著增加，导致采食时间增加，躺卧时间相应减少，站立时间增加。

3.3 饲粮中营养成分与反刍行为之间的关系

反刍动物饲粮中NDF含量影响瘤胃健康，也是影响反刍行为的关键因素[16]。反刍行为时间长短与饲粮粒度的大小呈正相关，粒度越大奶牛的反刍时间越长[17]。本研究发现，犊牛反刍时长与NDF、peNDF采食量呈显著正相关，与粗饲料NDF含量的相关性也很大。有研究发现，每多摄入1 kg粗饲料NDF，反刍时间比平均值高出约22 min/d[18]。Dado等[19]和Allen[20]研究发现，当奶牛饲粮中NDF含量从25%提高到35%时，奶牛每日反刍时间从380 min提高到510 min。可能是因为NDF摄入量增加可增大瘤胃内食糜的体积，促进咀嚼和反刍。Beauchemin[21]通过改变饲粮原料粒度，使其peNDF水平为10.5%、11.8%和13.8%，发现随着饲粮peNDF水平的提高，奶牛日反刍时长呈线性增加。NDF和peNDF能够提高犊牛的反刍活动能力，并在反刍时间的长短及反刍频率方面起决定作用。这可能是由于其提高了饲粮在反刍动物瘤胃中的平均滞留时间，从而降低了饲粮在瘤胃的通过速率，并由此引起了反刍活动的增强[16,22]。peNDF能刺激咀嚼和反刍活动促进唾液分泌进而提高瘤胃的缓冲能力，当饲粮中peNDF缺乏或粗饲料过细时，能够减少咀嚼和反刍行为[23]。饲喂粗饲料的动物瘤胃微生物以拟杆菌门和厚壁菌门为主，厚壁菌门具有大量分解纤维的菌属，微生物可以利用这些细菌发酵并产生挥发性脂肪酸以提供能量，它还可以使瘤胃中纤维降解菌的定植增加，有助于瘤胃发育和微生物区系成熟[24]。所以饲粮NDF和peNDF的摄入可能更有助于瘤胃的发育和微生物定植，从而促进犊牛的反刍活动。因此，NDF和peNDF摄入量是影响犊牛反刍活动的关键因素。