低聚半乳糖对荷斯坦犊牛生长性能、血清生化指标及矿物质元素含量的影响

2022-03-30王飞飞常美楠马峰涛金宇航郝力壮

动物营养学报 2022年3期

王飞飞常美楠马峰涛金宇航郝力壮孙鹏*

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京100193; 2.青海大学畜牧兽医科学院，青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室，西宁810016)

犊牛由于自身免疫力低、器官组织等未发育完全、肠道稳态尚未建立完善，极易受到外界不利因素的影响而感染各种疾病，其中腹泻是犊牛最常见的一种疾病，具有高发病率、高死亡率、高治疗费用、低增长率等特点，严重制约了牧场的经济效益，影响了我国奶业振兴计划的推动和实施。犊牛腹泻等疾病的防治措施主要包括加强母牛和犊牛的饲养管理、改善饲养环境、添加抗生素等。然而，近年来国家禁止在饲料中使用抗生素，大力提倡使用无污染无残留的绿色饲料添加剂。

益生元可以作为新型饲料添加剂，具有绿色无污染且不易产生耐药性等特点。研究表明，益生元可促进有益菌在宿主肠道内定植，减少有害菌繁殖，改善宿主肠道微生态环境和胃肠道消化功能，提高机体免疫力和抗病能力[1]。饲粮中添加益生元不但可以促进动物生长发育，还可促进机体对矿物元素的吸收，尤其是钙的吸收，优化骨骼健康[2]。作为益生元之一的低聚半乳糖(galactooligosaccharides，GOS)由β(1，4)和β(1，6)糖苷键连接，具有2～9个半乳糖单位和终端葡萄糖[3]。GOS可被机体的乳酸杆菌和双歧杆菌等益生菌利用，产生短链脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)[4]，而SCFAs可参与机体脂质代谢、矿物质吸收等生理过程，因此GOS有作为饲料添加剂的潜能。Richards等[5]研究发现，GOS可以通过调节仔鸡肠道菌群和先天免疫来提高其生长速度和饲料转化效率。GOS可以改善小鼠的脂质代谢，降低轮状病毒感染大鼠的腹泻率，还可以促进大鼠钙和镁的吸收[6-8]。然而，国内外对于GOS的研究与应用主要集中于单胃动物、家禽、鱼类和啮齿类动物，而对于GOS在反刍动物体内的作用机制认识不够全面，导致GOS在反刍动物方面的应用和推广受到限制。因此，本试验旨在研究不同剂量GOS对荷斯坦犊牛生长性能、腹泻率、血清生化指标及矿物质元素含量的影响，为GOS在犊牛生产中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用GOS纯度≥90%，购于某生物股份有限公司。

1.2 试验动物与试验设计

试验于2020年10月至2021年2月在河北省新乐市君源牧业有限公司开展。选取32头出生重[(37.7±0.8) kg]相近、健康的荷斯坦母犊牛，随机分为4组，每组8头牛。对照组和试验组均饲喂牛奶和开食料，试验组分别在牛奶中添加10(GOS1组)、20(GOS2组)和40 g/(d·头)(GOS3组)的GOS。试验从犊牛出生至4周龄结束。

1.3 试验饲粮与饲养管理

犊牛出生后即转入犊牛岛，在出生后2 h内灌服4 L初乳，第2～3天每天饲喂3次初乳(06：00、12：00和18：00)，每次2 L，第4天开始饲喂常乳，每天8 L。犊牛出生3 d后开始饲喂开食料，自由采食，每天记录采食量。将相应剂量的GOS溶解于少许牛奶中饲喂给对应的试验组犊牛，确保其被完全食用后，再饲喂剩余牛奶。犊牛采食的牛奶为君源牧业有限公司自产牛奶，开食料为天津九州大地饲料有限公司生产的适用于3日龄～3月龄犊牛的福维康1102。牛奶及开食料的营养水平见表1。

表1 牛奶及开食料的营养水平(干物质基础)

1.4 样品采集与指标测定

1.4.1 牛奶与开食料

试验期间采集犊牛的牛奶和开食料样品，并于-20 ℃冰箱保存待测。采用乳成分分析仪(MilkoScanTMFT6000)测定牛奶的常规营养成分。采用对应的国标方法测定开食料干物质(GB/T 6435—2014)、粗蛋白质(GB/T 6432—2018)、粗脂肪(GB/T 6433—2006)、粗灰分(GB/T 6438—2007)、中性洗涤纤维(GB/T 20806—2006)和酸性洗涤纤维(NY/T 1459—2007)的含量。

1.4.2 犊牛体重

分别于犊牛1、14和28日龄晨饲前测定犊牛体重，计算平均日增重(average daily gain，ADG)。

1.4.3 牛奶采食量与开食料采食量

试验期内，每天记录犊牛牛奶采食量和开食料采食量，计算平均日采食量(average daily feed intake，ADFI)和料重比(feed to gain ratio，F/G)。

1.4.4 犊牛腹泻率

试验期间，每天早、晚观察犊牛的粪便情况并进行记录，根据Teixeira等[9]的方法对粪便进行评分，粪便评分标准如表2所示，犊牛连续2 d出现3分或4分的粪便时记为腹泻。根据如下公式计算腹泻率：

腹泻率(%)=[Σ腹泻头数×腹泻天数/
(试验头数×试验天数)]×100。

1.4.5 血液样品的采集与指标检测

所有犊牛4周龄晨饲前对其进行颈静脉采血，用非抗凝管采集犊牛血液10 mL，室温静置30 min后，3 000×g、4 ℃离心15 min，所得血清于-80 ℃保存备用。采用日立全自动生化仪(HITACHI-7080)测定血清样品中尿素氮(urea nitrogen，UREA)、葡萄糖(glucose，GLU)、总胆固醇(total cholesterol，TC)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)、甘油三酯(triglyceride，TG)含量和谷草转氨酶(aspartate aminotransferase，AST)、谷丙转氨酶(alanine aminotransferase，ALT)活性；采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-OES PQ9000)，参照GB 5009.268—2016测定血清中钙、铜、铁、镁、磷和锌含量。

表2 粪便评分标准

1.5 数据统计分析

数据经Excel 2010软件初步处理后，腹泻率用SAS 9.4软件中的卡方检验统计分析，其他数据用SAS 9.4软件中的MIXED模块进行统计分析。试验牛为随机因素，试验处理为固定因素。采用Turkey’s法进行多重比较；采用线性和二次多重比较评价GOS添加剂量的影响。数据用平均值和均值标准误(SEM)表示，P<0.05表示差异显著，0.05≤P<0.10表示有差异显著趋势。

2 结果

2.1 GOS对荷斯坦犊牛生长性能及腹泻率的影响

由表3可知，随着GOS添加剂量的增加，犊牛1～2周龄ADG呈现先上升后下降的二次曲线变化(P<0.05)，1～2周龄F/G呈现先下降后上升的二次曲线变化(P<0.05)。与对照组相比，GOS1组和GOS2组犊牛1～2周龄ADG显著升高(P<0.05)，1～2周龄腹泻率和F/G显著降低(P<0.05)。添加GOS对犊牛3～4周龄生长性能及腹泻率无显著影响(P>0.05)。与对照组相比，GOS1组和GOS2组犊牛1～4周龄腹泻率显著降低(P<0.05)。随着GOS添加剂量的增加，1～4周龄F/G呈现先下降后上升的二次曲线变化(P<0.05)。添加GOS对犊牛1～4周龄ADG和ADFI无显著影响(P>0.05)。

表3 GOS对荷斯坦犊牛生长性能和腹泻率的影响

续表3项目Items组别 Groups对照 ControlGOS1GOS2GOS3SEMP值 P-value处理 Treatment线性 Linear二次 Quadratic1～4周龄 1 to 4 weeks of age28.79 32.43 32.51 47.08 8.42 0.44 0.13 0.66 平均日采食量 ADFI/[g/(d·头) DM]1～2周龄 1 to 2 weeks of age1 062.401 067.411 057.171 062.8013.670.960.920.893～4周龄 3 to 4 weeks of age1 127.231 118.841 106.191 143.9021.930.670.560.301～4周龄 1 to 4 weeks of age1 094.81 1 093.13 1 081.69 1 103.35 13.65 0.74 0.67 0.37 料重比 F/G1～2周龄 1 to 2 weeks of age1.86a1.45b1.41b1.87a0.140.040.63<0.013～4周龄 3 to 4 weeks of age1.491.321.341.380.100.690.610.331～4周龄 1 to 4 weeks of age1.54 1.34 1.35 1.54 0.09 0.19 0.67 0.04

2.2 GOS对荷斯坦犊牛血清生化指标的影响

由表4可知，添加GOS有提高血清HDL含量的趋势(P=0.07)，但对血清TG、TC、LDL、UREA、GLU含量及AST、ALT活性无显著影响(P>0.05)。

表4 GOS对荷斯坦犊牛血清生化指标的影响

2.3 GOS对荷斯坦犊牛血清矿物质元素含量的影响

由表5可知，与对照组相比，GOS1组和GOS3组血清钙含量显著升高(P<0.05)，GOS3组血清镁含量显著升高(P<0.05)。添加GOS有提高血清铁含量的趋势(P=0.09)，但对血清铜和锌含量无显著影响(P>0.05)。

表5 GOS对荷斯坦犊牛血清矿物质元素含量的影响

3 讨论

3.1 GOS对荷斯坦犊牛生长性能和腹泻率的影响

一般认为ADFI、ADG以及F/G等因素可以反映出动物的生长性能，犊牛时期的生长性能对成年后的生产性能具有重要影响。然而犊牛出生后生活环境发生巨大改变，其自身消化系统、免疫系统和神经系统等却尚未发育完善，很容易被外界的病原体感染，发生腹泻[10-11]。犊牛腹泻通常发生在出生后前4周，尤其是前2周的发病率最高[12-13]，影响成年后第1次产犊日龄以及产奶量[14-15]。研究表明，许多功能性低聚糖可以提高动物的生长性能及饲料转化效率，降低腹泻率。麦麸阿魏酸低聚糖及低聚果糖分别可以提高羔羊的饲料转化效率和ADG[16-17]。低聚木糖可以提高断奶仔猪的生长性能，降低腹泻率[18]。甘露寡糖可以提高犊牛的ADG、ADFI以及饲料转化效率，降低腹泻率[19]。GOS和芽孢杆菌合生元可以提高里海鲑鱼增重率、存活率以及饲料转化效率[20]。另外还有研究表明，GOS可以提高哺乳仔猪和断奶仔猪的生长性能[21-22]，提高鸭的生长性能[23]，以及提高肉鸡的生长速度和饲料转化效率，减少促生长类抗生素的使用[5,24]。与前人试验结果相似，本试验中，与对照组相比，添加10和20 g/(d·头)GOS不仅显著提高了犊牛1～2周龄ADG，显著降低1～2周龄腹泻率和F/G；同时，添加10和20 g/(d·头)GOS还显著降低了犊牛1～4周龄腹泻率，有利于提高其饲料转化效率。

3.2 GOS对荷斯坦犊牛血清生化指标的影响

血清生化指标可以反映出机体代谢及组织器官的健康状况。研究表明，添加GOS和低聚果糖对宿主脂质代谢和葡萄糖代谢有积极影响[25]。高含量的TG、TC和LDL以及低含量的HDL会加大心血管疾病的发病率，不利于机体健康[26]。然而，目前降血脂的药物普遍存在一些如胆结石、心律失常、加重肝脏负担等副作用。研究表明，给大鼠饲喂GOS后，其附睾脂肪垫重量显著降低，说明GOS对脂质代谢具有直接影响[27]。同时，GOS可显著降低肥胖大鼠血清TG、TC和LDL含量，提高血清HDL含量，有效改善脂质代谢[28]。与前人结果相似，本试验结果表明，与对照组相比，添加GOS有提高血清HDL含量的趋势。HDL将其他部位的胆固醇运输到肝脏进行代谢，添加GOS后相对高含量的HDL可以起到抗动脉粥样硬化的作用。哺乳期犊牛主要依靠肝脏糖异生作用作为其能量来源，另外糖异生途径消耗的乳酸可以降低犊牛瘤胃酸中毒的风险，因此犊牛的肝脏健康极为重要[29]。AST和ALT是反映机体肝功能是否健康的重要指标，本试验中，添加GOS对犊牛血清AST和ALT活性无显著影响，表明GOS对犊牛肝功能稳态可能具有一定的维护作用。

3.3 GOS对荷斯坦犊牛血清矿物质元素含量的影响

必需矿物质元素在生命活动中不可或缺，它们作为酶的组成成分和激活剂参与体内物质代谢[30]。然而，若某种矿物质元素添加过量不仅会对环境造成污染，还会与其他矿物质元素产生拮抗，抑制其他矿物质元素的吸收[31]，有效提高矿物质元素的吸收率，可以解决由此引起的一系列问题。越来越多的证据表明，益生元可以促进钙和镁等矿物质元素的吸收，有利于骨骼健康。谢乙宁[32]研究发现，在饲粮添加低聚木糖可以显著提高断奶仔猪对钙的吸收。杨世丽等[33]研究发现，给圈养猕猴添加水苏糖后可显著提高其血清钙含量。研究表明，饲粮中添加甜菊糖苷可促进肉鸡钙的消化吸收[34]。以往研究发现，在生长大鼠饲粮中添加GOS可以促进镁和钙的吸收，且2%～6%是促进镁吸收的适宜剂量[8，35]。另外，短链GOS和长链低聚果糖的混合物可以增加生长大鼠对磷和镁的吸收[36-37]，而低聚果糖和GOS混合物还可以促进断奶仔猪对钙和磷的消化吸收[38]。此外，添加一定量GOS可以促进大鼠肠道铁的吸收及利用率[39]。与前人研究结果一致，本试验结果同样表明，添加适宜剂量GOS显著提高了犊牛血清中镁和钙含量，并有提高血清铁含量的趋势。这一结果间接表明，添加GOS有利于促进肠道矿物质元素吸收，GOS可能通过其分子上的正电荷与细胞膜结合，改变细胞膜上紧密连接蛋白的结构，进而开放离子跨膜通道，从而促进矿物质元素吸收进入血液[40]，但其具体机制还有待于进一步研究。