复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛生产性能、瘤胃发酵和血清抗应激指标的影响

汤志宏，徐宁宁，叶均安

（浙江大学动物科学学院，杭州310058）

热应激是夏季影响奶牛生产的普遍性问题，严重影响奶牛生产、繁殖及免疫能力，给奶牛养殖业带来巨大的经济损失[1]。热应激对奶牛生产的影响在于降低其采食量和消化率，生产中常采用多种措施来缓解奶牛采食量的下降，并提高其消化率。瘤胃是奶牛营养物质消化的主要部位，稳定的瘤胃环境对降解营养物质具有重要作用。酵母培养物被广泛应用于调节瘤胃功能，并且在热应激条件下效果更明显，能够显著提高夏季奶牛饲料转化效率[2]。陈作栋等发现，在饲粮中添加酵母培养物30 g/（d·头）能够提高奶牛的表观消化率和抗应激能力[3]。而相比于酵母培养物，益生菌是一种活性微生态制剂，能够定殖于瘤胃，具有调节和维持瘤胃微生态平衡、促进营养物质消化吸收等作用[4]。常见的益生菌菌种包括乳酸菌、芽孢杆菌和酵母菌等。对于单一菌种调节瘤胃功能及生产性能的研究已有报道，如在奶牛日粮中添加芽孢杆菌能够显著提高奶产量[5]。但是关于复合益生菌的研究相对较少，且目前多集中在提高奶牛生产性能方面，如夏天婵等[6]发现，在日粮中添加复合益生菌能够显著提高夏季奶牛产奶量和表观消化率，但是对提高热应激状态下奶牛抗应激能力的研究鲜有报道。因此，本试验旨在探究饲粮中添加复合益生菌对热应激奶牛生产性能、瘤胃发酵和血液抗应激指标的影响，为缓解奶牛热应激提供新的参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

选取健康荷斯坦奶牛45 头，根据产奶量［（21.91±4.77）kg/d］、泌乳天数［（236.3±94.74）d］和胎次（1.47±0.35）相近原则进行随机试验设计，分为对照组、复合益生菌（compound probiotics,CP）组和酵母培养物（yeast culture,YC）组，每组15 头奶牛。对照组饲喂全混合日粮（total mixed ration,TMR）；根据前期研究结果[7]，CP 组在基础日粮中添加复合益生菌20 g/（d·头），YC 组在基础日粮中添加酵母培养物100 g/（d·头）。酵母培养物和复合益生菌均由浙江大学研制。复合益生菌包含酵母培养物和芽孢杆菌，其中酵母培养物含活菌数大于3×109CFU/g，芽孢杆菌含活菌数大于1.2×1011CFU/g。

1.2 饲养管理

根据NRC（National Research Council, 2001）标准配制TMR，基础日粮组成及营养水平见表1。试验奶牛采用拴系式饲养，每天于6：00、12：00和18：00各喂料1次，自由采食，自由饮水。每天于6：30和18：30各挤奶1次。酵母培养物和复合益生菌分早、晚2次分别混入TMR中，预试期添加量减半。饲养试验于2015年6月28日—8月9日在浙江省慈溪市荷优牧业有限公司进行，试验期共42 d，其中预饲期7 d。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 温湿度指数

在牛舍中部和两端距地面1.5 m处悬挂干湿球温度计，保证温度计的有效通风，避开阳光直射和雨淋。每日于7：00、14：00、22：00分别记录干球和湿球读数，取当天测量结果的平均值，按照KADZERE等[8]的方法计算温湿度指数（temperature-humidity index,THI）。

表1 基础日粮组成及营养水平Table 1 Ingredients and nutritional levels of basic ration

式中：tW为湿球温度，℃；tD为干球温度，℃。

1.3.2 采食量和奶产量

试验期每周测定1 次奶牛采食量和奶产量，每隔2 周采集早、晚乳样，按照60∶40 比例混匀，装入50 mL乳样管中，添加6‱重铬酸钾进行防腐处理，送至上海市DHI检测中心检测乳液成分。

1.3.3 表观消化率

每组随机选取8头奶牛，于试验结束前3 d连续收集饲料样和粪样，用内源指示剂法测定养分表观消化率。在试验结束当天经口腔采集晨饲前瘤胃液50 mL，立即测定pH值。用GC-2010气相色谱仪（Shimadzu公司，日本）测定瘤胃液总挥发性脂肪酸（total volatile fatty acids,TVFA）含量，用嘌呤法和比色法测定瘤胃液微生物蛋白（microbial protein,MCP）和氨态氮（NH3-N）浓度。

1.3.4 血液生化指标

选择收集粪样的试验牛，于收粪当天晨饲前采集10 mL尾静脉血液，在3 000 g条件下离心15 min以制备血浆，使用日立7020型全自动生化仪测定血浆 葡 萄 糖（glucose, GLU）、游 离 脂 肪 酸（nonesterified fatty acid, NEFA）、甘油三酯（triglyceride,TG）、总胆固醇（cholesterol, CHOL）、血液尿素氮（blood urea nitrogen, BUN）、谷草转氨酶（glutamicoxalacetic transaminase, GOT）、谷 丙 转 氨 酶（glutamic-pyruvic transaminase, GPT）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、总蛋白（total protein,TP）、白蛋白（albumin,ALB）和免疫球蛋白（immunoglobulin M,IgM）等生化指标，血液生化试剂盒购自浙江省宁波美康生物科技股份有限公司。三碘甲腺原氨酸（triiodothyronine, T3）、甲状腺素（tetraiodothyronine, T4）和热激蛋白70（heat shock protein 70,HSP70）指标测定在南京建成生物工程研究所完成。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2013 初步整理，用SAS 9.2 软件中的PROC MIXED 模型进行方差分析，用Tukey 法进行多重比较。其中：P＜0.05 表示差异有统计学意义，P＜0.01 表示差异有高度统计学意义。

2 结果

2.1 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛采食量、奶产量及饲料转化率的影响

由图1 可知，THI 值在试验期处于80～85 区间范围内，对照组的奶产量随时间延长呈现下降趋势，但是在添加复合益生菌（CP 组）和酵母培养物（YC组）后，奶牛的奶产量下降趋势变缓。如表2所示：CP组奶产量、4%乳脂矫正乳和能量矫正乳显著高于对照组（P＜0.05），YC 组比对照组奶产量高出约1 kg/d，但无统计学差异；CP 组干物质采食量显著低于对照组和YC 组（P=0.02），但饲料转化率显著高于对照组和YC 组（P＜0.01）；时间效应对奶产量产生显著影响（P＜0.01），但是时间和处理之间没有显著交互作用。

图1 温湿度指数及饲喂不同益生菌条件下奶牛产奶量变化曲线Fig.1 Curve of milk yield under different temperaturehumidity indexes and fed different probiotics

2.2 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛产奶品质的影响

由表3可知：复合益生菌和酵母培养物对乳脂、乳蛋白、乳糖和总固形物含量没有显著影响（P＞0.10），但是CP 组乳脂、乳蛋白、乳糖和总固形物的总产量显著高于对照组和YC 组（P＜0.05），而YC组乳蛋白和乳糖产量显著高于对照组（P＜0.01）。复合益生菌和酵母培养物对乳尿素氮（milk urea nitrogen,MUN）和乳中体细胞数（somatic cell count,SCC）没有显著影响。时间效应对乳脂和MUN 含量产生显著影响（P≤0.01）。

表2 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛采食量、奶产量和饲料转化率的影响Table 2 Effect of compound probiotics and yeast culture on dry matter intake,milk yield and feed efficiency of heat-stressed dairy cows

2.3 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛表观消化率和瘤胃发酵参数的影响

由表4可知：复合益生菌和酵母培养物对有机物降解率没有显著影响（P=0.12），但是CP 组粗蛋白（P=0.01）和乙醚浸提物（P=0.02）降解率显著高于对照组和YC组。CP组和YC组中性洗涤纤维（neutral detergent fiber,NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber,ADF）降解率显著高于对照组（P=0.02），但两组间差异无统计学意义。

由表5 可知：日粮中添加复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛瘤胃pH 无显著影响（P=0.21），但是提高了NH3-N 和MCP 浓度（P=0.04），且复合益生菌和酵母培养物之间差异无统计学意义。添加复合益生菌和酵母培养物对瘤胃总挥发性脂肪酸、乙酸、丙酸和丁酸产量及乙酸/丙酸均没有显著影响（P＞0.10）。

表3 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛乳成分含量的影响Table 3 Effect of compound probiotics and yeast culture on milk content of heat-stressed dairy cows

表4 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛表观消化率的影响Table 4 Effect of compound probiotics and yeast culture on apparent nutrient digestibility of heat-stressed dairy cows w/%

表5 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛瘤胃发酵参数的影响Table 5 Effect of compound probiotics and yeast culture on rumen fermentation indexes of heat-stressed dairy cows

2.4 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛血清生化指标的影响

热应激奶牛血清生化指标参数见表6：相比于对照组，CP 组血清葡萄糖含量有升高的趋势（P=0.08），其他相关的血清生化指标间无差异。抗应激相关的激素指标见表7：甲状腺素（tetraiodothyronine,T4）和热激蛋白70浓度在3组之间均无差异；但是第0 天YC 组三碘甲腺原氨酸（triiodothyronine, T3）浓度比对照组和CP 组相对较高（P=0.06），添加复合益生菌和酵母培养物后，YC 组和CP 组T3浓度显著高于对照组（P＜0.01），但是二者之间差异无统计学意义。

2.5 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛养殖经济效益的影响

由表8可知：对照组、YC组和CP组利润分别为25.38、28.31 和34.35 元/（天·头）。YC 组和CP 组比对照组分别多获益2.93 和8.97 元/（天·头），利润增长了11.54%和35.34%。

3 讨论

3.1 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛生产性能的影响

已有的研究表明，THI 处于78～89 之间时，奶牛不能保持热调节机能以维持正常体温[9]，因此，在本试验条件下，奶牛持续处于中度以上热应激状态。热应激导致奶牛产奶量快速降低，而在本研究中添加复合益生菌和酵母培养物可使奶产量下降幅度减小，并且显著小于对照组，说明复合益生菌和酵母培养物能够明显缓解热应激对奶牛产奶量的影响。CP组奶产量曲线始终高于YC组，表明复合益生菌对热应激奶牛的调控作用优于酵母培养物，同夏天婵等[6]的研究结果一致。由于本研究所使用的复合益生菌未添加调味剂，导致干物质采食量相比于对照组和YC组略低，这也可能是引起YC组和CP组奶产量没有显著差异的原因。因此我们推测，调制后的复合益生菌添加剂能够明显优于酵母培养物。添加复合益生菌和酵母培养物提高了NDF 降解率，理论上能够提高乳脂含量，但是本研究中各组乳成分含量没有显著差异。胡诸华等[10]发现饲喂奶牛活性酵母对其牛奶的乳脂率和乳蛋白率都没有影响，MCGILLIARD等[11]发现饲喂奶牛复合益生菌会降低奶中乳脂含量，造成这些差异的原因可能与益生菌的种类、试验时间长短、外界环境等因素有关。由于奶产量的差异，复合益生菌组乳脂、乳蛋白、乳糖和总固形物产量明显高于对照组。夏季热应激对奶牛最直接的影响是牛乳中SCC 升高，但是本试验添加复合益生菌和酵母培养物对SCC没有显著影响，ZHU等[12]添加不同梯度的酵母培养物，也未发现其降低SCC的作用。

表6 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛血清生化指标的影响Table 6 Effect of compound probiotics and yeast culture on serum biochemistry indexes of heat-stressed dairy cows

表7 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛血清中T3、T4和HSP70含量的影响Table 7 Effect of compound probiotics and yeast culture on T3,T4 and HSP70 concentrations of heat-stressed dairy cows

表8 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛养殖经济效益的影响Table 8 Effect of compound probiotics and yeast culture on economical profits of heat-stressed dairy cows

3.2 复合益生菌和酵母培养物对热应激奶牛营养物质降解利用的影响

添加复合益生菌能在奶牛采食量下降的基础上显著提高奶产量，HARRIS 等[13]也有类似的研究报道。可能原因是复合益生菌改善了瘤胃发酵，进而提高了奶牛对饲料的消化吸收能力，为泌乳提供了更多的可吸收营养物质。芽孢杆菌和酵母培养物可快速消耗氧气，维持瘤胃的厌氧环境，促进瘤胃细菌特别是纤维降解菌增殖，因此提高了NDF 和ADF 降解率，促进合成更多的MCP[3]。瘤胃微生物合成的MCP 占到奶牛代谢蛋白的70%，因此添加复合益生菌能够为泌乳提供更多代谢蛋白。QIAO 等[14]在日粮中添加芽孢杆菌培养物，显著提高了中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、有机物和蛋白的表观消化率。相比于酵母培养物，添加复合益生菌还提高了蛋白降解率，为奶牛生产提供更多的可利用蛋白，因此复合益生菌提高奶产量的效果更明显。瘤胃发酵产生的挥发酸为奶牛生产提供能量，并且能够影响乳成分。虽然乙酸含量在各组间没有统计学差异，但CP 组在数值上比对照组高出约10%，并且CP组乳脂合成量显著高于对照组。复合益生菌和酵母培养物显著提高了热应激奶牛MCP 合成量，进而提高代谢蛋白供给和氮的利用效率，且复合益生菌的提升效果更好。

3.3 新型复合益生菌对热应激条件下奶牛血清抗应激指标的影响

已有的研究发现，热应激引起血清T3浓度降低[15]。在本研究中，经过42 d试验期，对照组血清T3浓度出现了下降，说明试验期奶牛持续处于热应激状态；但是YC组和CP组血清T3浓度并未见显著降低（P＞0.10），且显著高于对照组，表明添加复合益生菌和酵母培养物能够缓解奶牛热应激，而复合益生菌效果更加明显。T4和HSP70浓度在3组之间无差异。已有研究表明，慢性和长期热应激能够引起T4浓度下降[16]。由于本研究中奶牛持续处于热应激状态，因此T4浓度出现不同程度下降，且YC组T4浓度降低更显著，说明添加酵母培养物对奶牛抗热应激能力可能存在某些负效应。HSP70 能够提高机体的抗应激能力，夏季荷斯坦奶牛血液淋巴细胞HSP70 表达量显著高于其他季节[17]，并且随温湿度指数（THI）的升高呈上升趋势[18]。本研究中，CP 组在试验期第42 天时的血清HSP70 浓度要高于第0天，但是YC 组和对照组中HSP70 浓度均呈现下降的趋势，表明复合益生菌可以通过提高血清HSP70浓度来增强奶牛抗应激能力。

4 结论

在热应激奶牛日粮中添加复合益生菌能够提高热应激奶牛产奶量、表观消化率和饲料转化效率，并且效果明显优于酵母培养物；复合益生菌和酵母培养物均能提高瘤胃NH3-N 和MCP 生成量，但是不影响挥发酸产量；复合益生菌能够减缓血清T3和T4浓度的降低趋势，并提高HSP70 浓度。因此，在奶牛日粮中添加酵母培养物和复合益生菌能够缓解热应激对奶牛生产性能的影响，提高奶牛抗应激能力，并且添加复合益生菌的效果更佳。