饲料来源对育肥湖羊生产性能、养分消化及瘤胃微生物组成的影响

董春晓，吕佳颖，张智安，李飞*，李发弟,2

(1.兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学农业农村部草牧业创新重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020；2.甘肃省肉羊繁育生物技术工程实验室，甘肃 民勤 733300)

粗饲料是牛和羊等反刍动物的重要营养来源，其主要由青绿饲料制作的干草、收割后的秸秆、草籽、糟粕、油料籽实和饼粕产品等组成[1]。粗饲料由于较高的粗纤维含量，尤其是木质素和硅的存在导致单胃动物难以消化利用；而反刍动物却可以通过瘤胃内各种微生物的发酵过程降解并吸收粗饲料中的营养成分。粗饲料也是调节和维持反刍动物瘤胃健康的重要因素，它的摄入可刺激动物反刍和唾液分泌，缓冲瘤胃pH值，防止瘤胃酸中毒，维持瘤胃微生物的生存及相关酶活性[2]。日粮的粗饲料组成和处理方式也可显著影响动物生产性能[3-4]。马琴琴等[5]研究发现，分别以苜蓿(Medicagosativa)和羊草(Leymuschinensis)为唯一粗饲料来源，苜蓿处理滩羊平均日采食量显著高于羊草处理。Turner等[6]研究发现，分别以苜蓿干草和胡枝子(Lespedezabicolor)干草为唯一粗饲料来源，苜蓿干草处理山羊的干物质采食量显著高于胡枝子干草处理。也有研究表明，粗饲料来源不同，瘤胃菌群结构会有所差异。Huws等[7]研究指出，对肉牛分别饲喂干草青贮和红三叶草(Trifoliumpratense)青贮两种不同粗饲料来源的日粮，干草青贮组肉牛瘤胃液中产琥珀酸丝状杆菌和解脂厌氧弧菌的数量显著高于红三叶草青贮组。Kong等[8]研究发现，奶牛分别以苜蓿和黑麦(Secalecereale)为粗饲料来源，苜蓿组奶牛瘤胃内细菌物种丰富度显著高于黑小麦组。生产实践中为提高肉用反刍动物育肥性能，日粮中需要配合富含淀粉和蛋白质的原料[9]导致动物有效纤维摄入不足、反刍和咀嚼活动减少，不利于反刍动物瘤胃健康[10]，保证日粮有效纤维含量是调节瘤胃健康的重要手段[11]。研究表明农副产品纤维含量丰富，能够提供一定量的物理有效纤维，维持动物瘤胃健康及提高其生产性能[12-13]。甘肃河西地区拥有产量丰富的农副产品，玉米秸秆、玉米芯、葵花籽壳和油菜秸秆来源广泛，在该地区经常用于粗饲料饲喂家畜。目前，在高精料日粮中分别以这四种农副产品作为粗饲料来源探究对湖羊育肥性能及瘤胃微生物的研究报道较少。本研究分别以玉米秸秆、玉米芯、葵花籽壳和油菜秸秆作为湖羊日粮唯一粗饲料来源，探索其对育肥湖羊生产性能、瘤胃养分消化及微生物组成的营养作用，为进一步阐述其在反刍动物饲料应用中的可行性提供理论依据。

1 材料与方法

试验羊购自甘肃三洋金源农牧股份有限公司羊场，于2016年9-12月在甘肃省民勤县兰州大学试验基地进行饲养管理，各项常规指标于饲养试验结束后，在兰州大学草地农业科技学院反刍动物研究所进行测定。

1.1 试验设计

试验选用120只60日龄左右，平均体重为(22.9±1.2)kg的健康湖羊公羔，根据体重相近原则随机分成4组，每组5个重复，每个重复6只羊，分别饲喂以玉米秸秆(corn stalk, CS)、玉米芯(corn cob, CC)、葵花籽壳(sunflower seed hull, SH)和油菜秸秆(rapeseed straw, RS)作为粗饲料来源的日粮，粗饲料配给比例均为20%，试验日粮配方及营养成分见表1。

1.2 饲养管理

试验开始前对所有羊只进行体内外驱虫，并对羊舍进行全面消毒。整个试验持续77 d，预试期7 d，正试期70 d。每日于8:00和16:00饲喂各试验日粮，精粗比为80∶20，所有羊只自由采食及饮水。

在正试期的第42天，每组每个重复选择接近该重复平均体重的1只羊进行消化代谢试验，即每组5只羊，共20只羊。试验期共7 d，预试期3 d，正试期4 d，试验羊通过消化代谢笼进行单笼饲喂。

表1 日粮配方及营养水平Table 1 Formula and nutritional level of diets (饲喂基础 Fed basis，%)

1预混料组成：铁69.63 mg·kg-1; 铜7.41 mg·kg-1; 锰23.7 mg·kg-1; 锌55 mg·kg-1; 碘0.67 mg·kg-1; 硒0.3 mg·kg-1; 钴0.3 mg·kg-1; 维生素A 2500 IU; 维生素E 23 IU。1Premix: Fe 69.63 mg·kg-1; Cu 7.41 mg·kg-1; Mn 23.7 mg·kg-1; Zn 55 mg·kg-1; I 0.67 mg·kg-1; Co 0.3 mg·kg-1; VA2500 IU; VE23 IU.

1.3 样品采集

消化代谢试验通过全收粪尿法收集粪样和尿样，同时每天采集饲料样品，用于测定营养物质表观消化率，方法参照田华勤[14]。

试验结束后，每个重复选择健康、体重接近其平均体重的3只羊进行屠宰。禁食24 h，禁水2 h，颈动脉放血屠宰。屠宰后将湖羊瘤胃分离出来，取出瘤胃内容物2份，分装在50 mL冻存管，-20 ℃冷冻保存，用于提取微生物DNA。

1.4 测定指标及方法

1.4.1生产性能指标测定 以正试期第1天羊的体重为初始体重(initial body weight, IBW)，第70天体重为末体重(final body weight, FBW)，正试期每14 d称重并记录采食量。计算平均日增重(average daily gain, ADG)、干物质采食量(dry matter intake, DMI)和料重比(feed to gain ratio, F/G)。

1.4.2营养物质表观消化率测定 参照张丽英[15]主编《饲料分析及饲料质量检测技术》测定方法，将消化代谢试验中采集的饲料样和粪样进行干物质(dry matter, DM)、有机物(organic matter, OM)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量测定;参照田华勤[14]的方法计算日粮中各营养物质表观消化率。

1.4.3微生物DNA的提取及分析 使用EZNA Stool DNA试剂盒(Omega Bio-tek, Norcross, GA, USA)提取微生物基因组DNA，方法参考说明书。对瘤胃细菌进行绝对定量，细菌的质粒DNA与试验羊的瘤胃微生物DNA在同一板进行扩增，反应体系为20 μL，包括10 μL SYBR Green Ⅱ，7.8 μL ddH2O，上下游引物各0.6 μL，微生物DNA样品1 μL，各细菌的扩增引物见表2。参考金迪[16]的方法计算各样品中每种细菌的拷贝数。

表2 瘤胃微生物Real time-PCR引物Table 2 Rumen microorganisms Real time-PCR primer

1.5 统计方法

使用Excel 2013进行试验数据整理，采用 SPSS 18.0统计软件进行单因素方差分析(ANOVO)，通过Duncan法进行多重比较，P<0.05 作为差异显著的判断标准。

2 结果与分析

2.1 不同粗饲料来源对育肥湖羊生产性能的影响

如表3所示，4组湖羊IBW及F/G差异均不显著(P>0.05)。CS组湖羊DMI显著高于其他3组(P<0.05)。CS组湖羊FBW和ADG显著高于RS组(P<0.05)，其他组间差异不显著(P>0.05)。

表3 粗饲料来源对育肥湖羊生产性能的影响Table 3 Effects of roughage sources on growth performance of finishing Hu lamb

注：同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下同。

Note: Values with different letters for the same line mean significant differences (P<0.05), and with the same or no letter mean no significant difference (P>0.05). The same below.

2.2 不同粗饲料来源对育肥湖羊养分消化的影响

如表4所示，消化代谢试验中4组湖羊DMI差异不显著(P>0.05)。CC组湖羊DM消化率显著高于SH组和RS组(P<0.05)，CS组湖羊DM消化率显著高于RS组(P<0.05)，其他组间差异不显著(P>0.05)。CS组和CC组湖羊OM消化率及NDF消化率均显著高于SH组和RS组(P<0.05)，其他组间差异不显著(P>0.05)。CS组和CC组湖羊ADF消化率显著高于RS组(P<0.05)，SH组湖羊ADF消化率与其他3组湖羊差异均不显著(P>0.05)。SH组湖羊N消化率显著高于RS组(P<0.05)，其他组间差异不显著(P>0.05)。

表4 粗饲料来源对育肥湖羊养分消化的影响Table 4 Effects of roughage sources on apparent digestibility of finishing Hu lamb

2.3 不同粗饲料来源对育肥湖羊瘤胃微生物数量的影响

如表5所示，CS组和CC组湖羊瘤胃中白色瘤胃球菌和普雷沃氏菌数量均显著高于RS组(P<0.05)，而SH组湖羊瘤胃中两种细菌的数量与其他3组湖羊均无显著差异(P>0.05)。CS组和CC组湖羊瘤胃中黄色瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌数量均显著高于SH组和RS组(P<0.05)，其他组间差异不显著(P>0.05)。4组湖羊瘤胃中反刍兽新月单胞菌数量差异不显著(P>0.05)。

表5 粗饲料来源对育肥湖羊瘤胃微生物数量的影响Table 5 Effects of roughage sources on distribution of rumen microbial in finishing Hu lamb

注：表中数据为log10(16S rRNA拷贝数)·g-1瘤胃内容物。

Note:The data in the Table are log10(16S rRNA copy number)·g-1rumen microbial.

3 讨论

3.1 不同粗饲料来源对育肥湖羊生产性能的影响

干物质采食量决定反刍动物维持健康、正常生长发育及生产所需的养分含量，主要受日粮适口性、精粗比、能量浓度、蛋白质水平及纤维水平的影响[22]。本试验各组日粮精粗比一致，CS组湖羊DMI显著高于另外3组，可能是由于玉米秸秆有相对较好的适口性。Poppi[23]研究NDF水平对反刍动物DMI影响的结果表明，日粮NDF水平越高，动物采食量则越低。范铤[24]研究指出，46% NDF日粮处理组奶牛，其DMI显著高于43%和40% NDF日粮组。张勇等[3]研究发现，以NDF含量为54.31%的油菜秆日粮和NDF含量为42.21%的花生藤日粮分别饲喂湖羊，花生藤日粮组湖羊DMI显著高于油菜秆日粮组。而本研究中CS组日粮NDF含量最高，且该组湖羊DMI也最高，RS组日粮NDF含量最低，此组湖羊DMI也为最低，与前述研究结果皆不一致。这可能是由于CS组湖羊瘤胃NDF消化率显著高于RS组，使得瘤胃中粗纤维流通速率增加，降低了瘤胃充盈程度，加大瘤胃空间，从而提升湖羊DMI。张兵等[22]也指出，饲料NDF水平和降解速率会通过影响瘤胃充盈度进而调节采食量。本试验中NDF含量较高的CS组湖羊公羔DMI显著高于其他3组，这与解彪等[25]的研究结果一致，可能是由于两者试验对象均为羔羊。

蛋白是动物日粮重要组成之一，羔羊饲料含有适量蛋白可加快其生长速度，提高育肥性能。司丙文等[26]研究发现，当开食料CP含量为13%时，肉羊DMI达1.43 kg·d-1，拥有较好的免疫机能和生产性能。马功珍等[27]研究指出，羔羊补饲20% CP的精料更有利于其生长发育。Haddad等[28]研究发现，羔羊DMI和ADG随日粮CP含量在一定范围内增加而显著提高。而格根图[29]在绒山羊对非常规粗饲料饲用价值的研究中发现，绒山羊DMI与饲料CP含量呈显著负相关(r=-0.57)，本试验也发现RS组日粮CP含量最高，该组湖羊DMI却为4组试验动物中最低者，这可能是由于较高的蛋白质水平会造成其热增耗升高，引起湖羊体温升高，从而DMI降低。羔羊育肥阶段所需养分皆来自所饲日粮，摄入较多营养物质有助于羔羊体重增长，本试验CS组湖羊ADG显著高于RS组，此为两组湖羊DMI差异显著的直接结果。CS组湖羊DMI显著高于CC组和SH组，但此3组湖羊ADG差异不显著，可能由于CC组和SH组湖羊对日粮中氮的利用率较高，因此，将价格低廉、来源广泛的葵花籽壳和玉米芯分别作为育肥羔羊唯一粗饲料来源，可改善其饲料效率，有效降低饲喂成本。

3.2 不同粗饲料来源对育肥湖羊养分消化的影响

日粮养分的消化率不仅与反刍动物自身的消化能力有关，还受日粮可消化性的影响。日粮种类、化学成分、物理结构及营养水平均为影响其可消化性的重要因素。王丹丹[30]研究发现，奶牛以玉米秸秆作为单一粗饲料时，其DM、NDF、ADF和CP的表观消化率均显著低于混合粗饲料组。Cantalapiedrahijar等[31]研究指出，以青干草为山羊粗饲料来源，精粗比低的组别中山羊对饲粮各成分的表观消化率显著高于精粗比高的山羊组别。Horn等[32]报道，奶牛日粮中分别添加同等比例的葵花籽壳和棉籽壳时，葵花籽壳组奶牛对OM、DM和ADF的表观消化率更低(P<0.05)。本试验中SH组湖羊对DM和OM的消化率均显著低于CC组，且日粮NDF含量较高的CS组湖羊对DM和OM的消化率也较高，这与范铤[24]发现低NDF日粮组奶牛对DM和OM的消化率显著高于高NDF日粮组的结论不一致。本试验中RS组日粮NDF含量最低，CP含量最高，但可能由于其木质化程度较高，使得粗纤维在湖羊瘤胃内的降解效率较低，从而导致DM和OM的消化率较低。此外，曹志昂[33]研究发现奶牛瘤胃中NDF消化率随日粮物理有效中性洗涤纤维(physically effective neutral detergent fiber, peNDF)含量的增加而显著提高。因此，本试验结果形成的原因也可能是RS组日粮peNDF水平较低，造成湖羊瘤胃内pH下降，影响了羊只对NDF及ADF的消化，同时造成DM及OM的消化率降低。

日粮纤维对反刍动物而言必不可少，不仅可以为反刍动物瘤胃内的微生物活动提供能量，而且可以促进动物反刍和咀嚼。NDF和ADF的表观消化率可反映动物对日粮纤维的消化能力。本试验CS和CC组湖羊NDF和ADF的消化率显著高于SH组和RS组，与张立涛等[34]报道高NDF(33.35%)日粮组绵羊对NDF和ADF的消化率显著高于低NDF(26.51%)日粮组的结论一致。纤维素是结构性碳水化合物的主要成分，与淀粉等非结构性碳水化合物相比，其在瘤胃内发酵速度较慢，粗饲料纤维含量高可有效促进瘤胃内容物的固液相分离，以增加粗饲料在瘤胃停留时间，促使NDF消化率升高[35-36]。此外，RS组湖羊瘤胃内NDF和ADF消化率在4组试验羊中最低，这可能是由于该组日粮NDF水平最低，对湖羊反刍活动有所影响，引起唾液分泌量减少，导致瘤胃内pH下降，从而纤维分解菌繁殖受抑[13]，最终导致羊只对纤维的降解效率降低。

3.3 不同粗饲料来源对育肥湖羊瘤胃微生物数量的影响

瘤胃菌群结构与日粮组成密切相关，已有研究表明，日粮结构是影响反刍动物瘤胃微生物数量的最主要因素[37]。董瑞阳[38]研究报道，随日粮中玉米青贮含量的增加(10, 17, 23 kg)，奶牛瘤胃中纤维分解菌的数量随之显著降低；周瑞[39]研究报道，以燕麦干草作为粗饲料来源的绵羊瘤胃中纤维分解菌的数量显著高于全株青贮玉米处理组；杨宏波等[40]研究发现，精粗比低的日粮处理组犊牛，其瘤胃中白色瘤胃球菌和溶纤维丁酸弧菌的数量显著高于精粗比高的处理组。本试验结果显示，CS和CC组湖羊瘤胃内黄色瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌的数量均显著高于SH和RS组，与前人研究发现日粮NDF水平高时其数量也更丰富的结论一致[41]。粗饲料中的纤维物质主要依靠反刍动物瘤胃中的纤维分解菌降解，其降解率是决定粗饲料饲喂价值的重要因素[42]。本试验结果显示CS和CC组试验羊NDF消化率显著高于SH和RS组，这可能是由于葵花籽壳和油菜秸秆木质化程度高，木质素和细胞壁中多糖结合形成很难被动物胃肠道中的酶降解的复合物，造成SH组试验羊NDF消化率较低。瘤胃细菌(尤其是附着在食糜中饲料颗粒表面的纤维分解菌)在纤维降解中起决定性作用[43]，本研究中CS和CC组试验羊瘤胃中纤维分解菌数量显著高于SH和RS组，因此两组试验羊NDF消化率较高。另外，研究发现瘤胃中戊酸含量与纤维分解菌的数量呈负相关[44]，而瘤胃中纤维分解菌的生长离不开异戊酸[45]，Bentley等[46]和Yang[47]的研究也表明，在发酵底物中添加异戊酸可以提高纤维降解速率；因此，本试验纤维分解菌数量较低的SH和RS组湖羊瘤胃中戊酸和异戊酸的浓度可能更高。戊酸和异戊酸是亚急性瘤胃酸中毒(subacute ruminal acidosis, SARA)情况下瘤胃乳酸的代谢产物[48]，戊酸和异戊酸浓度与奶牛对SARA的易感性呈显著正相关，戊酸浓度与瘤胃pH呈显著负相关[49]，则本试验中SH组和RS组湖羊发生SARA的风险可能更大。普雷沃氏菌主要降解日粮中半纤维素、淀粉和单糖等[50]，本研究中CS组和CC组日粮中半纤维素含量可能较高，因而导致该菌数量较RS组高。

4 结论

本研究结果表明，玉米秸秆、玉米芯、葵花籽壳和油菜秸秆分别作为育肥湖羊唯一粗饲料来源时，油菜秸秆处理日粮显著降低湖羊日增重，其他3组日粮间差异不显著。葵花籽壳和油菜秸秆处理组的育肥湖羊，其OM和NDF消化率显著低于玉米秸秆和玉米芯处理，且玉米秸秆组和玉米芯组日粮有利于纤维分解菌的生存，可促进纤维素在瘤胃中的降解。