家蚕的营养摄食特性及蚕沙的饲用价值

杜周和,严 旭,张智勇,粟思源,左艳春, 刘彬斌,邹邦兴,王红林,寇 晶,刘俊凤*

(1.四川省农业科学院 牧业研究中心,四川 南充 637000；2.四川省农业科学院 蚕业研究所,四川 南充 637000)

进行农业供给侧改革,大力发展草食畜牧业,可以不断满足人们对畜禽产品日益增长的品质和数量需求[1,2]。当前,优质蛋白饲料短缺、冬春季青绿饲料供应不足是限制畜禽产品产出和威胁畜禽食品安全的重要因素[3]。豆粕是全球动物饲料中使用最多的蛋白原料[4]。蛋白资源紧缺是一个世界性问题,我国尤为严重[5]。2017年我国大豆需求总量为11079万t,但国内产量不足1500万t,进口补充9553万t。饲料原料短缺,大量依赖进口已成为影响我国畜牧业安全的严重问题[6]。提高现有蛋白质资源的利用率,开辟新的蛋白饲料资源,是缓解蛋白质资源短缺的有效途径[5]。我国非粮型饲料蛋白质资源非常丰富,桑(MorusalbaL.)就是其中重要一种[7]。桑树生物产量大,桑叶蛋白质含量高，氨基酸比例平衡,动物适口性好;我国栽桑技术普及,桑树栽植规模大;桑具有开发为蛋白饲料源的巨大潜力[8-10]。家蚕(BombyxmoriL.)是典型的寡食性昆虫,只食桑叶,但对桑叶营养的利用率低,平均消化率仅36%左右[11]。家蚕对桑叶取食不完全,对桑叶养分消化吸收不充分,因此蚕沙(蚕粪和蚕采食后剩余桑叶残渣的混合物)中尚存大量营养物质,具有较高的饲用价值[12]。本文深入研究了桑的生长发育规律及家蚕对桑叶养分的消化吸收特性,旨在为蚕沙的饲用开发提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试蚕品种:“造A×兰B”一代杂交种,由四川省农业科学院蚕业研究所家蚕育种研究室提供,对其进行常规技术饲养管理。

供试桑品种:“湘7920”,由四川省农业科学院蚕业研究所桑园场提供,对其进行常规技术栽培管理。

1.2 试验设计

根据桑叶在枝条上的着生位置(叶位)确定其生长发育程度；采摘不同叶位的桑叶分别烘干粉碎，测定其营养成分,研究桑叶在生长发育过程中的营养动态变化特性。家蚕饲养,从3龄饷食开始称量给桑,记录给桑量;3龄和4龄分别在就眠止桑前除沙1次,5龄每日除沙1次,每次除沙时分别称量蚕座剩余的桑叶残渣(残桑)量和蚕粪量;5龄蚕期雌、雄蚕分开饲养,每区定蚕400头,分别调查雌、雄蚕的采食消化情况。每次喂桑时随机抽取一定数量的桑叶放置于蚕室作为全叶样品,在室温下让其自然失水,随同每次收集的残桑和蚕粪烘干粉碎备用。烘干条件:105 ℃杀青30 min,65 ℃烘干至恒重。各处理设3次重复。

1.3 测定项目与方法

调查不同叶位桑叶的干物质含量及营养成分;分期调查家蚕在不同发育阶段的给桑量、残桑量、蚕粪量,计算其食下量、食下率、消化量、消化率，相关计算公式为：食下量=给桑量-残桑量；食下率=食下量/给桑量;消化量=食桑量-蚕粪量；消化率=消化量/食下量。

所有样品烘干粉碎过40目筛,测定粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗脂肪(EE)、粗灰分(CA)含量等指标。用Van Soest滤袋法测定NDF和ADF含量(ANKOM A2000i)；采用索氏抽提法测定EE含量(ANKOM XT15i)；采用凯氏定氮法测定CP含量(海能K9860)；采用灼烧法测定CA含量(中科奥博马弗炉TL2012)。参照Rohweder等的方法计算相对饲用价值(relative feeding value, RFV),其计算公式如下:

RFV=(DDM×DMI)/1.29

DDM=88.9-0.779×ADF

DMI=120/NDF

上式中: DDM (digestibility of dry matter)为可消化干物量(%)； DMI(dry matter intake)为干物质采食量(%)。

1.4 数据分析

应用SPSS 17.0对试验数据进行方差分析；采用Duncan氏法进行差异多重比较；使用Microsoft Excel 2010作图。

2 结果与分析

2.1 桑叶的营养成分及动态变化

桑叶在枝条上的着生位置称为叶位,叶位从茎尖向枝条基部按增序排序。桑叶的发育经历开叶、生长、成熟、衰老四个历程;茎尖细胞分裂生长不断产生新叶,枝条中下部的叶片渐次成熟衰老。在通常情况下,第5位叶开始进入成熟状态。在桑叶生长发育过程中,随叶龄的增加(叶位数变大),叶片所含水分逐渐减少,干物质(DM)含量渐增,最后维持在一定的水平;干物质中CP含量逐渐下降,至生长盛期达到最低水平,然后又逐渐升高;NDF和ADF含量先缓慢升高,然后大幅降低,至生长盛期达到最低,然后又大幅升高;EE和灰分含量一直维持在相对稳定的水平(图1)。

2.2 家蚕的采食特性

家蚕一生经历卵、幼虫、蛹和成虫四种变态。幼虫发育经历4次就眠、5个龄期,眠起后第1次喂桑称为饷食,饷食是进入下一个龄期的开始。每个龄期都要经过少食期、盛食期、减食期三个阶段。5龄期是食桑量最大的龄期,其食桑量占家蚕整个生命周期全部食桑量的80%～85%,对蚕沙的产量构成和品质特性具有重大影响,因此本研究对5龄家蚕的采食特性分雌、雄性别进行逐日详细调查。从饷食开始,家蚕的食下量逐日增加,至盛食期(5龄第4～5天)达到高峰,然后下降,在老熟前1 d又有所增加;雌蚕的食桑量大于雄蚕。食下率在饷食后第2天达到最大值,然后逐日下降,在老熟前1 d又有所增加;食下率在雌雄性别间没有显著差异。消化量在饷食后逐日增加,至第4天盛食期达到峰值,然后逐日下降,在老熟前1 d又有所增加;消化量在雌、雄性别间没有显著差异。消化率从饷食第1天开始逐日降低,在老熟前1 d有所增加;消化率在雌、雄性别间没有显著差异(表1、图2，因雌、雄蚕各指标的变化趋势大致相同,故仅列示雄蚕的曲线图,雌蚕图略)。从5龄全期来看,给桑量的75%左右被家蚕采食,其余25%左右以残桑(叶片中不被采食的叶脉和叶肉碎片)的形式成为蚕沙的组成部分。采食量的45%～50%被家蚕消化吸收,用于家蚕维持各种生理活动的能量消耗、机体组织构成及丝物质生产,其余50%～55%的部分以蚕粪的形式排出,成为蚕沙的另一主要组成成分。在蚕沙的组成成分中，残桑约占41%，蚕粪约占59%。家蚕对投喂桑叶的消化利用率仅为37.24%～41.26%,投喂的桑叶绝大部分成为蚕沙。在量蚕给桑的标准饲养技术体系下,按良桑饱食的饲养要求,雌蚕的食桑量比雄蚕大,因此对雌蚕的给桑量也较雄蚕大,雌蚕的食下量大于雄蚕,但食下率在性别间没有显著差异;雌蚕对食下桑叶的消化率大于雄蚕,因而雌蚕对桑叶的总体利用率高于雄蚕。

表1 家蚕5龄幼虫对桑叶的采食消化特性

2.3 家蚕的营养摄取特性

家蚕取食桑叶仅能食用叶肉及细小的叶脉,剩余较粗大的叶脉成为残桑的主要组成成分。粗蛋白和粗脂肪在叶肉中的含量高于叶脉,而纤维素和灰分在叶肉中的含量则低于叶脉。家蚕取食桑叶后,经肠道消化,其中的CP和EE被大量吸收利用,表现为蚕粪中的CP和EE质量分数降低,特别是CP含量降低极为显著;而纤维素和灰分被吸收利用较少,表现为蚕粪中NDF、ADF和CA的质量分数升高,特别是NDF和ADF升高明显,表明家蚕消化利用纤维素的能力很弱。家蚕虽然消化利用了桑叶中大量的蛋白质和脂肪,但蚕沙中的蛋白质和脂肪依然很丰富,具有较高的饲料开发价值(表2)。

表2 家蚕对桑叶中不同养分的吸收利用率 %

2.4 蚕沙的营养成分及相对饲用价值

对比分析蚕沙与2种新型木本饲料及3种常用禾本科饲草的营养成分,蚕沙的粗蛋白含量为12.27%,位居第2位;中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量最低,分别为26.26%和20.28%;矿质元素丰富,灰分含量位居榜首,高达15.32%。在对比分析的6种饲料中,蚕沙的相对饲料价值最高,达258.96%,远高于其它几种饲料,是墨西哥玉米的3.25倍(表3)。

表3 几种饲料原料的主要营养成分含量比较

3 讨论

3.1 蚕沙的饲用价值

经过家蚕的消解富集,蚕沙中营养成分丰富,本实验测得蚕沙中含CP 12.27%、NDF 26.26%、ADF 20.28%、EE 4.50%,相对饲料价值高达258.96%。玉米、高粱的CP含量分别为7.8%和9.0%;苜蓿的NDF和ADF含量分别为36.7%和25.0%;蚕沙的CP含量高于谷实类饲料的,纤维含量低于苜蓿的,其营养价值水平介于精料与粗料之间[14]。粗饲料的分级指数(GI)可以综合反映饲料在畜禽生产中的饲用营养价值。刘美等测得蚕沙的GI值为3.38,而苜蓿、羊草和玉米秸秆的GI值分别为4.45、0.46和0.11,蚕沙的GI值略低于苜蓿,但远高于羊草和玉米秸秆。研究表明,向日粮中添加一定比例的蚕沙可以促进山羊对饲粮DM的消化代谢,其CP、NDF、ADF的表观消化率显著提高[15]。蚕沙中氨基酸总含量在10.56%以上,氨基酸含量占粗蛋白的85.49%,表明蚕沙粗蛋白中超过85%为真蛋白[16]。日粮中某种氨基酸过量或不足都会对机体产生负面影响[17]。保持日粮中多种氨基酸的平衡供给,可以减少氨基酸间的颉颃作用,提高动物的生产性能和氮消化率,降低氮排放,保护环境,提高养殖经济效益[18]。我国饲料工业主要参照北美模式,以玉米为能量配料,以豆粕为蛋白配料。以玉米—豆粕为主体的日粮,第一或第二限制性氨基酸基本上为赖氨酸和蛋氨酸[18～22]。桑叶和蚕沙中氨基酸种类全面,比例适宜,特别是富含赖氨酸和蛋氨酸[16,23]；蚕沙的饲用化可以有效缓解蛋白质营养不足和氨基酸比例失衡的问题[24]。试验表明,猪对蚕沙中粗蛋白质、粗纤维及总能的表观消化率分别为67.33%、62.16%和74.20%;对蚕沙的消化能为11.02 MJ/kg,表现出较高的饲用价值[25]。

3.2 蚕沙作饲料,拓宽饲料来源,变废为宝

为了保障畜牧生产健康和畜禽产品安全,欧盟禁止使用哺乳动物源性肉骨粉饲喂反刍动物,禁止动物源性成分在种内循环;我国亦禁止在反刍动物饲料中使用动物源性饲料产品。但由于蛋白饲料的匮乏,在反刍动物精料补充料中违禁添加肉骨粉等动物源性成分的现象屡见不鲜[26]。在现实生产中,一方面是饲料蛋白紧缺,另一方面蛋白饲料资源却未得到充分开发利用。我国非粮型植物饲料蛋白资源丰富,但开发利用程度很低，比如:年产棉籽饼粕约400万t,喂猪仅占16%;年产菜籽粕约700万t,只有5%～6%用作饲料,其余直接用作肥料[5];发达国家农产品综合利用率达90%,我国只有40%左右[9]。桑叶蛋白质含量高,氨基酸比例平衡,动物采食率和消化率高[8～10]。向仲怀院士在中国工程院科技论坛上指出,现代蚕业的发展,要将蚕桑产业与大农业有机融合,特别是将桑作饲料整合融入到“草地+n”的大农业体系中[9]。任继周院士明确指出,桑富含维生素和微量元素,对提高畜禽饲料的营养价值具有重要意义。农业农村部已将桑纳入饲料原料目录,桑作饲料获得国家法规认可。家蚕是典型的寡食性昆虫,桑是其唯一食料,但家蚕对桑叶的采食、利用并不充分,平均采食率只有74.94%,平均消化率仅36%左右[11],其余大部分以蚕沙(桑叶残渣和蚕粪)的形态被废弃[27]。我国栽桑规模在全球最大,现有桑园面积80多万hm2,年产优质蚕沙及养蚕剩余桑叶800多万t,可开发体量大[23,28]。蚕沙作畜禽饲料,既可以延伸蚕桑产业链条,增加畜牧业饲料供应,又可以清洁养蚕环境,一举两得,对提高农牧业的总体经济效益意义重大[12]。充分利用现有的蚕桑副产物资源开发饲料,不仅能降低养殖饲料成本,而且能节约饲粮用地,有利于节约耕地,保护环境。国际公认30%是土地开发警戒线,当土地开发强度超过警戒线时,人类的生存环境就会受到影响[29]。我国耕地有限,土地开发已接近警戒线。我国南方地区的桑基鱼塘系统通过“塘基种桑、桑叶喂蚕、蚕沙养鱼、鱼粪肥塘、塘泥壅桑”的耦合,实现了物质和能量的多级循环利用和零污染排放,堪称蚕沙饲用价值利用的典范,被联合国粮农组织(FAO)认定为全球重要农业文化遗产[30～32]。

3.3 蚕沙作饲料，助力无抗养殖

我国养殖生产中大量使用抗生素,每年用于畜牧及饲料行业的抗生素高达9.7万t,过量使用甚至滥用抗生素的现象非常普遍,严重威胁畜禽产品的食用安全。欧盟于2006年1月1日起禁止在饲料中添加抗生素,美国从2007年起在畜牧生产中推行无抗养殖[33]。2016年7月,国务院食品安全办、食品药品监管总局等五部门联合制定了《畜禽水产品抗生素、禁用化合物及兽药残留超标专项整治行动方案》[34],严厉打击超剂量超范围用药、违规使用原料药、不执行休药期、不按兽用处方药规定使用处方药、滥用抗菌药物等违法行为。桑是传统中药,桑叶和蚕沙中富含类胡萝卜素、维生素、槲皮素、γ-氨基丁酸、桑黄酮、桑多糖和超氧化物歧化酶等多种生物活性成分,对增强饲养动物的免疫力、减少或免除抗生素使用、改善畜禽产品的品质和风味大有裨益[24,35～36]。试验表明,向绵羊饲粮中添加20%的蚕沙,其脾脏重量显著大于对照。脾脏是绵羊最大的免疫器官,含有的巨噬细胞、淋巴细胞等能够消除病原微生物,产生免疫球蛋白、补体等免疫物质[37]。当前,在积极推进减抗、无抗养殖的产业背景下,蚕沙作为饲料,可以充分发挥其提高动物机体免疫力的功效,更具有重大的实践意义。家蚕是鳞翅目昆虫,与畜禽水产品无共患疾病;截至目前,未见家蚕病原微生物感染畜禽水产品的报道,因此向畜禽日粮中添加蚕沙不会影响畜禽水产品的养殖安全[32]。