肉用绵羊常用精饲料的瘤胃降解特性与瘤胃非降解蛋白质体外小肠消化率的相关分析

2018-07-16富丽霞刁其玉成述儒孙卓琳

动物营养学报 2018年7期

富丽霞　马　涛　刁其玉　成述儒　孙卓琳　李　创

(1.甘肃农业大学动物科学技术学院，兰州 730070；2.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点试验室，北京 100081)

精饲料是反刍动物饲粮中提供蛋白质的主要饲料，准确测定反刍动物对蛋白质的利用情况可以减少饲料的浪费，节约成本。对于反刍动物，目前多采用瘤胃降解蛋白质(RDP)和瘤胃非降解蛋白质(RUDP)体系评估蛋白质的利用情况，该体系的核心是瘤胃蛋白质降解率的测定及RUDP体外小肠消化率的估测。蛋白质瘤胃降解率的测定多是采用尼龙袋法[1]，赵连生等[2]、陈艳[3]通过尼龙袋法探究了单一饲料在肉牛或奶牛上的瘤胃降解率。但RUDP体外小肠消化率的测定方法不一，有瘘管法、移动尼龙袋法和体外法等，瘘管法和移动尼龙袋法需要给动物安装瘘管，成本高，试验羊的体况对试验结果的影响较大，术后羊成活率低，羊的消化道比较窄，移动尼龙袋法容易造成肠道的堵塞。Gargallo等[4]提出的三步体外法克服了这些缺点，王燕等[5]采用移动尼龙袋法、改进三步体外法、原始三步体外法和酸性洗涤不溶氮法4种不同的研究方法测定了13种饲料的RUDP体外小肠消化率，得出改进三步体外法与移动尼龙袋法有较好的相关性[决定系数(R2)=0.838 3]；朱亚骏等[6]用三步体外法测定了山东省羊主要精饲料的RUDP体外小肠消化率。肉用绵羊常用精饲料的瘤胃降解率及RUDP体外小肠消化率是估测小肠可代谢蛋白质(MP)的依据，目前鲜见报道。本研究采用尼龙袋法和改进三步体外法探究10种肉用绵羊常用精饲料RUDP体外小肠消化率与养分含量及其瘤胃有效降解率的相关关系，为建立我国肉用绵羊MP的估测体系提供参考。

1　材料与方法

1.1　待测样品的采集与制备

试验样品为10种肉用绵羊常用的精饲料：高粱、玉米、大麦、小麦、燕麦、菜籽粕、豆粕、棉籽粕、花生粕和玉米干酒糟及其可溶物(cDDGS)，饼粕类饲料的加工方法均采用浸提法，玉米等谷物类饲料采用粉碎机直接粉碎至粒度约5.0 mm，10种精饲料经2.5 mm筛孔的粉碎机粉碎备用。

1.2　试验动物及饲养管理

1.3　尼龙袋的制备

选用孔径大小为50 μm的尼龙布，细涤纶线双线缝合制成10 cm×6 cm的尼龙袋。袋底两角呈钝圆形，以免样本残留，酒精灯烤焦散边，以防止尼龙布脱丝。用油性记录笔标号，放入瘤胃内72 h，取出、洗净、烘干后方可使用。准备长度为25 cm半软塑料管，在塑料管的一端距顶端1～2 cm处，划出长度为3 cm左右的夹缝，用于固定尼龙袋，另一端距顶端1～2 cm处打1个直径为0.3 cm的孔，用于系尼龙线。

1.4　试验设计

1.4.1干物质(DM)、有机物(OM)和粗蛋白质(CP)的瘤胃降解率

每个样品设3个重复，每个重复1只羊。样品设6、12、24、36、48 h 5个时间点，每个时间点2个平行。准确称取试验样品6 g，放入已恒重的尼龙袋中，2个平行的尼龙袋绑在同一个软塑料管上。饲喂后2 h投放至瘤胃，不同时间点分别投放，最后统一取出。从瘤胃中取出尼龙袋后立即连同软塑料管一起浸泡在冷水中。然后手洗，多次换水，直至滤出水澄清为止。在冲洗过程中严禁用手捏或用手揉搓尼龙袋(0 h时间点的也需要一起冲洗)。将冲洗过的尼龙袋(连同其中的残余物)置于真空干燥箱或鼓风干燥箱内65 ℃下恒温烘48 h，回潮24 h后称重。将2个平行的尼龙袋残渣倒入同一个自封袋中，测定分析其中的DM、OM、CP含量。

表1　基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provides the following per kg of the diet:VA 15 000 IU，VD 5 000 IU，VE 50 mg，Fe 90 mg，Cu 12.5 mg，Mn 60 mg，Zn 90 mg，Se 0.3 mg，I 1.0 mg，Co 0.3 mg。

2)营养水平均为实测值。Nutrient levels are measured values.

1.4.2RUDP体外小肠消化率的测定

根据Hvelplund[7]的方法称取5 g试验样品于尼龙袋中，置于瘤胃中培养16 h后取出，清洗至水清，在55 ℃烘箱内烘干48 h，制成风干样后过40目筛。参照Gargallo等[4]的方法，称取0.5 g经瘤胃消化后的饲料残渣，放入Ankom F57滤袋中，用封口机封口。将来自同一只羊的30个滤袋放入同一个培养瓶中，每个培养瓶加入预培养的盐酸胃蛋白酶溶液2 L[每升溶液中含有1 g胃蛋白酶(P-7000，美国Sigma)，用0.1 mol/L HCl调节至pH 1.9]，将培养瓶至于培养箱(Daisy Ⅱ，美国Ankom)39 ℃振荡培养1 h。培养后，用自来水冲洗尼龙袋至水澄清。再次将滤袋放入含有预热的胰酶制剂溶液[每升溶液中含50 mg百里香酚，3 g胰酶制剂(P-7545，美国Sigma)，用磷酸二氢钾溶液调节至pH 7.75]的培养瓶中于39 ℃振荡培养24 h，培养后用自来水冲洗尼龙袋至水澄清，55 ℃烘干至恒重，称重，分析袋内残渣养分含量。

1.5　测定指标与方法

DM、OM、CP含量参照张丽英[8]的方法测定；测定中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量时，先用胰蛋白酶及淀粉酶对样品进行酶解，再按照范氏(Van Soest)洗涤纤维分析法进行操作。

1.6　计算方法

1.6.1瘤胃降解率

精饲料样品在不同时间点的瘤胃降解率计算公式如下：

A=100×(B-C)/B。

式中：A为待测精饲料养分的瘤胃降解率(%)；B为待测精饲料中养分的质量(g)；C为残渣中养分的质量(g)。

1.6.2瘤胃有效降解率

参照Ørekov等[9]提出的数学模型，利用最小二乘法算出模型中的参数a、b和c，模型如下：

dP=a+b(1-e-ct)。

式中：dP为某养分在t时间的瘤胃降解率(%)；a为快速降解部分含量(%)；b为慢速降解部分含量(%)；c为慢速降解部分的降解速率(%/h)；t为精饲料在瘤胃内停留时间(h)。

采用SAS 9.1 NLIN程序计算a、b、c值。

D=a+bc/(c+k)。

式中：D为某养分的有效降解率(%)；k为待测精饲料的流通速率(%/h)，参考冯仰廉等[10]取0.08%/h。

1.6.3RUDP体外小肠消化率

RUDP体外小肠消化率计算公式如下：

RUDP含量(%)=精饲料CP含量(%)×
[100-瘤胃CP降解率(%)]；
RUDP体外小肠消化率(%)=100×
[RUDP含量(%)-残渣中CP含量(%)]/
RUDP含量(%)。

1.7　数据统计分析

数据采用ANOVA过程进行统计分析，P<0.05为差异显著。结果均以平均值和均值标准误(SEM)表示。

2　结　果

2.1　10种精饲料的养分含量

由表2可知，10种精饲料的DM含量在89.59%～92.28%，差别不大；OM含量差别较大，玉米的OM含量最高，为98.79%，豆粕的OM含量最低92.50%。花生粕的CP含量最高，随后依次为豆粕、棉籽粕、菜籽粕、cDDGS、燕麦、小麦、高粱、大麦，玉米CP含量最低，仅有8.88%；各精饲料的NDF和ADF含量差别较大，cDDGS的NDF含量最高，为23.97%，燕麦的NDF含量最低，为10.25%，棉籽粕的ADF含量最高，为14.60%，高粱的ADF含量最低，为3.01%；

表2　10种精饲料的养分含量(干物质基础)

2.2　10种精饲料的瘤胃降解特性

由表3可知，随着在瘤胃内停留时间的增加，DM降解率逐渐增大，相同的时间点，不同精饲料的DM降解率不同。瘤胃降解速率在6～24 h比24～48 h增加缓慢，其中燕麦的DM降解率在任一时间点都比其他9种精饲料高，差异显著(P<0.05)。燕麦的DM有效降解率高达57.38%，随后依次为豆粕、cDDGS、花生粕、棉籽粕、小麦、高粱、大麦、菜籽粕，玉米瘤胃降解率最低,为41.52%。

表3　10种精饲料的DM瘤胃降解率和降解参数

a为快速降解部分含量，b为慢速降解部分含量，c为慢速降解部分的降解速率，ED为有效降解率。同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

a is rapidly degraded fraction, b is slowly degraded fraction, c is the degradation rate of slowly degraded fraction, and ED is effectively degradability. In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

由表4可知，在同一时间点，10种精饲料OM降解率变化较大。在任一时间点，燕麦OM降解率显著高于其他9种精饲料(P<0.05)(48 h时与小麦相比除外)。在24 h时，小麦的OM降解率为59.62%，仅次于燕麦的73.71%，显著高于其他8种精饲料(P<0.05)。燕麦OM有效降解率显著高于其他精饲料(P<0.05)。谷物类饲料中燕麦OM有效降解率最高，饼粕类饲料中豆粕最高。

表4　10种精饲料的OM瘤胃降解率和降解参数

续表4项目Items高粱Sorghum玉米Corn大麦Barley小麦Wheat燕麦Oat菜籽粕Rapeseedmeal花生粕Peanut meal棉籽粕Cottonseed meal豆粕Soybean meal玉米干酒糟及其可溶物 cDDGSSEMP值P-value有机物瘤胃降解参数 Ruminal degradation parameters of OMa21.74def26.07cd22.05def33.48b51.40a25.22cde20.62ef19.45f22.25def28.56bc1.726<0.01b64.03a45.80abc57.35bc46.30bc30.98d64.15a53.81abc66.33a60.94ab43.35cd2.372<0.01c/(%/h)0.03de0.03cd0.03cd0.03de0.01f0.02e0.05a0.04bc0.05ab0.04ab0.002<0.01ED44.55b44.09b44.39b49.28b58.42a46.30b46.93b48.65b50.90b48.83b0.950<0.01

由表5可知，在不同时间点各种精饲料CP瘤胃降解率不同，同DM和OM降解率类似，在任一时间点燕麦的CP降解率显著高于其他9种精饲料(P<0.05)(24、36、48 h时与小麦相比除外)。在24 h时，燕麦的CP降解率达到72.64%，小麦的仅次于燕麦，为63.25%。在48 h时，燕麦的降解率达到84.19%，而高粱的仅为38.77%。所有精饲料CP降解率6～24 h增加缓慢，24～48 h增加较快。燕麦CP有效降解率显著高于其他精饲料(P<0.05)，谷物类饲料中燕麦最高，饼粕类饲料中花生粕最高。

表5　10种精饲料的CP瘤胃降解率和降解参数

2.3　10种精饲料养分瘤胃有效降解率、RUDP体外小肠消化率与养分含量的相关性分析

由表6可知，饼粕类饲料的RUDP含量和RUDP体外小肠消化率普遍高于谷物类饲料，饼粕类饲料RUDP含量在14.90%～26.22%，谷物类饲料的RUDP含量在5.00%～6.89%；10种精饲料RUDP体外小肠消化率在80.10%～92.86%。

精饲料养分有效降解率、RUDP体外小肠消化率及养分含量之间的相关关系见表7。其中DM、OM和CP有效降解率之间均极显著正相关(P<0.01)；CP有效降解率与CP含量显著正相关(P<0.05)，与NDF含量显著负相关(P<0.05)；RUDP体外小肠消化率与DM、CP含量极显著正相关(P<0.01)，与ADF含量显著正相关(P<0.05)，与OM含量极显著负相关(P<0.01)。

表6　10种精饲料的RUDP含量和RUDP体外小肠消化率

表7　10种精饲料瘤胃有效降解率、RUDP体外小肠消化率及养分含量的相关关系

*表示显著相关(P<0.05)，**表示极显著相关(P<0.01)。

* mean significant correlation (P<0.05), and ** mean extremely significant correlation (P<0.01).

精饲料养分含量、养分瘤胃有效降解率与RUDP体外小肠消化率的关系方程见表8。精饲料CP有效降解率和RUDP体外小肠消化率均受精饲料CP和NDF含量的影响，当引入OM、ADF及DM含量时，RUDP体外小肠消化率回归方程的R2达0.896。以DM、OM及CP有效降解率建立的RUDP体外小肠消化率回归方程R2为0.814。

表8　10种精饲料粗蛋白质降解率与RUDP体外小肠消化率的关系方程

3　讨　论

3.1　10种精饲料的瘤胃降解特性

饲料在瘤胃中的降解实质上是瘤胃微生物生理活动对饲料养分产生一系列的作用过程，随着饲料在瘤胃中停留时间的增加，饲料养分的瘤胃降解率增大，不同饲料瘤胃降解率不同。饲料样品的粒度越小，养分瘤胃降解率越高[11]。饲粮的精粗比影响微生物区系，进而影响饲料在瘤胃的降解率,测定瘤胃降解率时饲粮精粗比一般为4∶6，采食量也应该满足维持需要，但在现代化的生产条件下，测定结果在实际应用中有一定的局限性，因此选择饲粮时要视被测饲料及生产条件而定[12-13]。本研究得出，饼粕类饲料的CP有效降解率为花生粕>豆粕>棉籽粕>菜籽粕>cDDGS，菜籽粕含有硫葡萄糖苷、芥酸、噁唑烷硫酮等，棉籽粕含有游离棉酚，抑制了瘤胃微生物的分解作用[14-15]，因此瘤胃降解率较其他饼粕类饲料低，赵洪涛[16]、刁其玉等[15]得出类似的结果。本研究得出，谷物类饲料CP有效降解率为燕麦>小麦>高粱>大麦>玉米，DM有效降解率表现出相同的趋势，饲料进入瘤胃时的物理结构对养分的有效降解率有很大的影响，谷物类饲料高度结构化的表皮形成了一层有效屏障，阻碍了微生物对其中养分的降解，这层表皮的主要组成物是高度结构化的纤维素和半纤维素，玉米本身含有的蜡质角质更加阻碍了微生物的入侵。谷物类饲料的营养贮藏物是外表面包有一层蛋白质基质的淀粉粒，蛋白质基质同淀粉粒的结合程度对微生物与淀粉的接触速度影响很大，玉米的蛋白质基质包被非常严密，因此养分瘤胃降解率较低，而燕麦的蛋白质基质很容易被细菌穿透，所以在相同的瘤胃培养时间，燕麦的瘤胃降解率很高，小麦、大麦和高粱的蛋白质基质层被细菌穿透力度处于玉米和燕麦之间，所以降解率也介于两者之间，但因不同饲料的细胞壁厚度和化学结构不同，所以降解率也有差异，刁其玉[17]、李瑞丽等[18]得出类似的结果。有研究报道，饲料本身的物理和化学特性，如CP组成，非蛋白氮、真蛋白氮的含量，抗营养因子等也对瘤胃降解产生直接影响[19-21]。本研究得出，瘤胃DM、OM及CP有效降解率分别与各自的快速降解部分含量呈正相关关系，刘海霞等[22]、González等[23]得出的结果类似。

3.2　10种精饲料的RUDP体外小肠消化率

本研究采用改进三步体外法得出10种肉用绵羊常用精饲料RUDP体外小肠消化率的平均值是87.03%，处于NRC(2001)推荐值(80%)[24]与AFRC(1993)推荐值(90%)[25]之间，各种精饲料的RUDP体外小肠消化率范围是80.10%～92.86%，在Jarrige[26]报道的65%～95%范围内。饼粕类饲料的RUDP体外小肠消化率高于谷物类饲料，这与周荣等[27]的研究结果一致，岳群等[28]研究报道高蛋白质饲料在小肠中的消化作用强于低蛋白质饲料。Hvelplund[7]采用三步体外法测定了6种饲料瘤胃残渣的消化率，结果发现不同饲料的RUDP体外小肠消化率差别很大，因此测定单一饲料的RUDP体外小肠消化率是非常有必要的。岳群等[28]分别采用移动尼龙袋法和三步体外法测定了反刍家畜常用的15种饲料的RUDP体外小肠消化率，结果显示2种方法得出的结果存在较强的正相关关系(R2=0.891 2)。本研究得出，饼粕类饲料与谷物类饲料的RUDP体外小肠消化率分别是90.20%、83.87%，周荣等[27]采用移动尼龙袋法测的饼粕类饲料与谷物类饲料的RUDP体外小肠消化率分别是81.93%、73.47%，反刍动物胃肠道对尼龙袋有一定的排斥作用，尼龙袋在胃肠道滞留时间较少，RUDP体外小肠消化率相对较低，此外该方法连着大肠的消化率也考虑在内，并且会受到食糜等其他因素的影响。朱亚骏等[6]采用改进三步体外法测得玉米、小麦、菜籽粕、棉籽粕、豆粕、花生粕的RUDP体外小肠消化率分别是80.54%、83.66%、86.44%、86.77%、95.12%和93.04%，王燕等[5]报道豆粕、棉籽粕、菜籽粕、玉米、大麦的RUDP体外小肠消化率分别是96.33%、87.13%、87.70%、89.27%和89.57%，本研究测的玉米、大麦、小麦、菜籽粕、花生粕、棉籽粕、豆粕的RUDP体外小肠消化率分别是86.23%、84.23%、84.10%、89.25%、92.86%、92.31%和89.26%，研究结果接近。相较于其他饲料，燕麦的瘤胃降解率较高，RUDP体外小肠消化率较低，对于反刍动物而言，饲粮在瘤胃中的高降解是一种低效的表现，瘤胃降解率过高致使小肠吸收的蛋白质较少，影响反刍动物的营养需求。本研究结果表明，精饲料RUDP体外小肠消化率普遍高于CP瘤胃降解率，朱亚骏等[6]报道了类似的结果，有研究报道大量不被瘤胃降解的蛋白质能在小肠被很好地消化，不同的饲料被降解的程度不同[28-29]。

本研究得出饼粕类饲料的RUDP含量高于谷物类饲料，其中花生粕的RUDP含量高达26.22%，菜籽粕、棉籽粕、豆粕的RUDP含量分别是19.42%、20.42%、21.07%，与赵天章等[30]报道的结果接近，可见饲料的种类，尤其是饲料中蛋白质含量对RUDP含量影响很大。

3.3　精饲料瘤胃有效降解率与RUDP体外小肠消化率的相关关系

本研究得出精饲料中CP、NDF含量可以较好地预测CP瘤胃降解率和RUDP体外小肠消化率，当引入OM、ADF及DM指标时，RUDP体外小肠消化率相关关系的R2越高。反刍动物对饲料蛋白质的消化利用分为RDP和RUDP，在饲粮采食量相同的情况下，饲粮中CP含量越高，瘤胃微生物可利用的氮源越丰富，利于微生物的生长，使得MCP合成增加，进而CP瘤胃降解率升高；进入小肠的CP主要是MCP和RUDP，当饲粮CP水平越高，小肠可消化利用的CP越多，因此RUDP体外小肠消化率也越高，袁翠林等[31]、Woods等[32]、王燕等[5]研究得出类似的结果。英国第一产业常设委员会(CSRIO，2007)推荐采用饲料中CP和RUDP含量来预测RUDP体外小肠消化率[33]，而RUDP含量与饲料CP含量存在一定的相关关系，即可利用CP含量预测RUDP体外小肠消化率。饲料在瘤胃中的降解合成，主要是瘤胃微生物的作用，饲料中NDF含量高时，抑制了瘤胃微生物的合成，所以CP瘤胃降解率降低。小肠对饲料的吸收利用主要是肠道中酶制剂的消化，NDF可以促进食糜的蠕动[34]，故适宜的饲料NDF含量可以提高RUDP体外小肠消化率。袁翠林等[31]研究得到粗饲料的RUDP体外小肠消化率与NDF含量呈负相关关系，出现该现象的原因可能是粗饲料中NDF含量很高，对小肠酶制剂的抑制作用强于肠道食糜的蠕动作用。因此，当试验条件或者外界环境不允许的条件下，可通过测定饲料中概略养分含量快速预测CP瘤胃降解率和RUDP体外小肠消化率。

本研究还得出，RUDP体外小肠消化率与DM、CP及OM有效降解率存在强相关性(R2=0.814)。精饲料粗灰分含量较少，OM瘤胃降解率与DM瘤胃降解率类似，DM瘤胃降解率决定着干物质采食量(DMI)，当DM瘤胃降解率升高时，DMI增加，进而CP瘤胃降解率升高，汪水平等[35]、González等[23]研究得出类似的结果。当精饲料中DM或OM瘤胃降解率增大时，进入小肠的DM或OM减少，降低了RUDP体外小肠消化率；随CP瘤胃降解率升高，MCP合成量增加，并且MCP占小肠吸收利用蛋白质的很大一部分，所以RUDP体外小肠消化率升高。因此可以利用精饲料养分瘤胃降解率预测RUDP体外小肠消化率，前人对精饲料养分降解率与RUDP体外小肠消化率结合分析的研究甚少，所以无法做深入的相关成果的对比分析。