小麦饲料中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道发育的影响

2023-02-03高占红张峰硕桂林生侯生珍韩丽娟孙胜男院珍珍

畜牧兽医学报 2023年1期

周力，高占红，张峰硕，桂林生*，侯生珍，韩丽娟，孙胜男，院珍珍

(1.青海大学农牧学院，西宁 810016； 2.宁夏大学农学院，银川 750021)

胃肠道作为哺乳动物主要的消化吸收场所，同时也是体内最大的免疫器官。幼龄动物由于消化道发育不健全，任何外界条件的干扰或酶制剂的改变都会影响机体的生长发育[1-2]。在实践生产中，小麦由于产量大、价格低且蛋白质与氨基酸的含量都高于玉米，可替代部分玉米作为畜禽能量饲料原料[3]。然而麦类饲料中木聚糖、果胶、纤维素等非淀粉多糖(non-starch polysaccharides, NSP)含量较高，导致反刍动物对小麦中营养物质的消化吸收利用率降低。据报道，以小麦、麸皮及豆粕等为基础的饲粮中添加外源酶制剂能够破坏植物细胞壁，促进畜禽胃肠道的发育，改善养分的消化吸收，从而提高机体的生长发育[4]。

作为一种主要的纤维分解酶[5]，木聚糖酶在破坏植物细胞壁、消除抗营养因子、降低肠道食糜黏度、促进畜禽的生长发育以及维持肠道健康等方面都发挥积极作用。在不同类型日粮中添加木聚糖酶，结果发现，5%麸皮日粮补充200 U·g-1木聚糖酶可以提高蛋鸡采食量，并增加空肠绒毛高度[6]。以禽类为研究对象，日粮麸皮添加水平达到8%时对肉鸡生长性能与盲肠菌群数量且无负面影响，但补充80 mg·kg-1木聚糖酶可以降低盲肠有害菌数量，同时能够改善盲肠短链脂肪酸数量以及提高生长性能[7]。在单胃动物中，木聚糖酶能够改善仔猪肠道物理屏障和免疫屏障功能，提高体外营养物质消化率[8]。在水产动物中，木聚糖酶可以提高草鱼的生长性能、促进肠道发育、改善肠道微生物，并增强肠炎抵抗力[9]。添加含木聚糖酶的复合酶制剂后，能够提高青贮饲料的营养价值与饲喂价值[10]，并一定程度上促进犊牛免疫和生长性能的提高[11]。基于上述研究结果，推测在小麦型饲料中添加适宜的木聚糖酶不仅能够加强动物对饲料的消化吸收、提高生长性能、节约成本，同时还可改善消化道发育。

因此，本试验旨在探讨小麦替代精料补充料中部分玉米并添加木聚糖酶对高原型藏羊消化道发育是否具有一定的积极作用。以生长期羔羊为研究对象，通过在小麦饲料中添加0.2%木聚糖酶对其消化道发育的影响，以期为绵羊的健康生产提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验设计及动物选择

试验选择60只体况良好且体重相近((19.35±2.18)kg)的2～3月龄高原型藏羊公羔作为试验动物。采用对照试验设计，将羔羊随机分为两个处理组，每组30只，分别饲喂小麦粉替代精料补充中部分玉米(青海省香咔梅朵牧业饲料厂，营养物质浓度见表1)和小麦粉替代精料补充中部分玉米基础上添加0.2%木聚糖酶(湖北武汉新华扬生物股份有限公司，活性100 000 U·g-1)。饲养试验持续100 d，其中预饲期10 d 正试期90 d。

表1 日粮组成及营养水平(干物质基础)Table 1 Composition and nutrient levels of basal diets(DM basis) %

1.2 饲养管理

羔羊采用单栏饲养，两组饲养环境条件(温度、通风、光照等)基本一致。每天上午08:00和下午17:30将精料补充料和粗饲料(燕麦青草+燕麦青贮，按干物质1∶1计)混合均匀各饲喂1次，木聚糖酶的终浓度为0.2%，自由采食，自由饮水，按照羊场的规定进行常规消毒、驱虫等处理。整个试验根据羔羊生长特点和常规饲养管理分为两个阶段，第一个阶段：0～30 d(精料∶粗料=60∶40)，第二个阶段：31～90 d(精料∶粗料=70∶30)。

1.3 组织样品采集及切片制作

饲养试验结束时，羔羊屠宰后立即打开腹腔，结扎各胃室(瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃)和肠道(十二指肠、空肠和回肠)分解处，利用无菌剪刀采集各部位1 cm2组织，将其浸泡在4%多聚甲醛溶液中固定48 h，按常规方法制作石蜡切片，进行苏木精-伊红(hematoxylin eosin, HE)染色，同时采集瘤胃和空肠的内容物，置于液氮中带回实验室。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 胃肠道切片测定指标与方法运用Olympus BX51(奥林巴斯有限责任公司，日本)显微镜观察胃肠道黏膜组织形态，再使用Image-Pro Express 6.0图像分析软件观察并测量前胃(瘤胃、网胃和瓣胃胃)的角质层厚度、颗粒层厚度、乳头长度、乳头宽度、肌层厚度、中央肌层厚度，真胃(皱胃)的角质层厚度、黏膜层厚度、黏膜下层厚度肌层厚度以及小肠的绒毛高度、绒毛宽度、隐窝深度、肌层厚度、黏膜厚度、绒毛高度/隐窝深度。每个样品观察3张非连续的切片，每张切片随机选取5个典型视野，每个视野分别测定4组数据，取其平均值作为1个测定数据。

1.4.2 瘤胃和血清LPS浓度在正试期第90 d，每组随机选取5只羔羊于晨饲前进行颈静脉采血，每只羊采血10 mL，静置30 min后，在4 ℃条件下3 500 r·min-1离心15 min，分装1.5 mL离心管中，置于-20 ℃冰箱保存。血清和瘤胃中脂多糖/内毒素(lipopolysaccharide, LPS)含量采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定。

1.4.3 瘤胃和空肠消化酶活性糜蛋白酶(chymotrypsin)、胰蛋白酶(TPS)、脂肪酶(lipase)、纤维素酶(CE)和α-淀粉酶(α-amylase)活性的检测均严格按照试剂盒(江苏酶标生物科技有限公司)说明书进行。

1.4.4 瘤胃和空肠抗氧化指标谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)、过氧化氢酶(catalase, CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性以及丙二醛(malondialdehyde, MDA)、总抗氧化能力(total antioxygentic capacity, T-AOC)含量的测定均严格按照试剂盒(南京建成生物工程有限公司)说明书进行。

1.4.5 瘤胃和空肠pH 羔羊屠宰后立即取其瘤胃和空肠的内容物，并用便携式pH计(PHS-3C型，上海仪电科学仪器股份有限公司)插入胃肠道内进行检测，每个部分测定5次，结果取其平均值。

1.5 数据统计分析

原始数据经Excel 2019初步整理后，使用SPSS 21.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，并利用Duncan氏法进行多重比较，数据表示为平均值和标准误，以P<0.05表示为差异显著。

2 结果

2.1 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道形态发育的影响

从表2和图1可知，对照组瘤胃的角质层厚度、颗粒层厚度显著低于试验组(P<0.05)，两组间瘤胃的乳头长度、乳头宽度、肌层厚度和中央肌层厚度差异均不显著(P>0.05)。试验组网胃的乳头长度、乳头宽度、角质层厚度、颗粒层厚度、肌层厚度和中央肌层厚度均高于对照组，但未达到显著水平(P>0.05)。试验组瓣胃的乳头长度、乳头宽度、角质层厚度及颗粒层厚度均显著高于对照组(P<0.05)，但两组间肌层厚度和中央肌层厚度差异不显著(P>0.05)。与对照组相比，试验组皱胃的黏膜厚度显著提高(P<0.05)，两组间角质层厚度、肌层厚度及黏膜下层差异均不显著(P>0.05)。这说明在日粮中添加0.2%木聚糖酶有益于高原型藏羊复胃的形态发育。

表2 木聚糖酶对羔羊复胃形态发育的影响Table 2 Effects of xylanase on morphological development of compound stomach in lambs μm

a.瘤胃(200×)；b.网胃(200×)；c.瓣胃(200×)；d.皱胃(400×)a. Rumen (200×); b. Reticulum(200×); c. Omasum(200×); d. Abomasum (400×)图1 木聚糖酶对羔羊复胃形态发育的影响Fig.1 Effects of xylanase on morphological development of ruminant stomach in lambs

从表3和图2可知，对照组十二指肠的肌层厚度显著低于试验组(P<0.05)，两组间绒毛高度、绒毛宽度、隐窝深度、黏膜厚度、绒毛高度/隐窝深度差异均不显著(P>0.05)。相较于对照组，试验组空肠的绒毛高度和黏膜厚度显著提高(P<0.05)，绒毛宽度、隐窝深度、肌层厚度及绒毛高度/隐窝深度差异不显著(P>0.05)。与对照组相比，试验组回肠的绒毛高度、绒毛宽度、肌层厚度、黏膜厚度和绒毛高度/隐窝深度在数值上均有所提高，而隐窝深度有所下降，其中肌层厚度差异显著(P<0.05)。这表明在日粮中添加0.2%木聚糖酶有助于高原型藏羊小肠的形态发育。

表3 木聚糖酶对羔羊肠道形态发育的影响Table 3 Effects of xylanase on intestinal morphology and development of lambs μm

a. 十二指肠(100×)；b. 空肠(100×)；c. 回肠(100×)a. Duodenum (100×); b. Jejunum (100×); c. Ileum (100×)图2 木聚糖酶对羔羊小肠形态发育的影响Fig.2 Effects of xylanase on the morphological development of small intestine of lambs

2.2 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊瘤胃和血清LPS浓度的影响

由图3可知，相较于对照组，试验组瘤胃和血清的LPS含量均显著下降(P<0.05)。这提示在日粮中添加0.2%木聚糖酶能够明显减少高原型藏羊瘤胃和血清的LPS含量。

*. 差异显著；ns. 差异不显著，下图同*. Means significant difference; ns. Means insignificant difference, the same as below图3 木聚糖酶对羔羊瘤胃(a)和血清(b)LPS含量的影响Fig.3 Effects of xylanase on rumen(a) and serum(b) LPS content of lambs

2.3 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道消化酶活性的影响

从表4可知，试验组瘤胃的糜蛋白酶、胰蛋白酶、脂肪酶活性均显著高于对照组(P<0.05)，同时试验组瘤胃的纤维素酶、α-淀粉酶活性亦高于对照组，但未达到显著水平(P>0.05)。这提示在日粮中添加0.2%木聚糖酶能够增强高原型藏羊瘤胃的消化酶活性。

表4 木聚糖酶对羔羊瘤胃消化酶活性的影响Table 4 Effects of xylanase on rumen digestive enzyme activity of lambs (U·L-1)

从表5可知，与对照组相比，试验组空肠的糜蛋白酶、α-淀粉酶活性显著上升(P<0.05)，此外空肠的胰蛋白酶、脂肪酶及纤维素酶活性也有所上升，但差异不显著(P>0.05)。由此可知，在日粮中添加0.2%木聚糖酶能够提高高原型藏羊空肠的消化酶活性。

表5 木聚糖酶对羔羊空肠消化酶活性的影响Table 5 Effects of xylanase on jejunum digestive enzyme activity of lambs (U·L-1)

2.4 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道抗氧化特性的影响

从表6可知，相较于对照组，试验组瘤胃的谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶活性及总抗氧化能力水平均显著提高(P<0.05)，两组间瘤胃的超氧化物歧化酶活性和丙二醛含量差异不显著(P>0.05)。由此可见，在日粮中添加0.2%木聚糖酶能够提升高原型藏羊瘤胃的抗氧化能力。

表6 木聚糖酶对羔羊瘤胃抗氧化能力的影响Table 6 Effects of xylanase on rumen antioxidant capacity of lambs

从表7可知，试验组空肠的谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶及过氧化氢酶活性及总抗氧化能力水平均显著高于对照组(P<0.05)，而试验组空肠的丙二醛含量略低于对照组(P>0.05)。据此可知，在日粮中添加0.2%木聚糖酶能够加强高原型藏羊空肠的抗氧化能力。

表7 木聚糖酶对羔羊空肠抗氧化能力的影响Table 7 Effect of xylanase on antioxidant capacity of jejunum of lambs

2.5 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道pH的影响

由图4可知，相较于对照组，试验组瘤胃的pH有所下降，但未达到显著水平(P>0.05)。两组间空肠的pH差异不显著(P>0.05)。由此可以看出，在日粮中添加0.2%木聚糖酶对高原型藏羊瘤胃和空肠的pH影响较小。

图4 木聚糖酶对羔羊瘤胃(a)和空肠(b)pH的影响Fig.4 Effects of xylanase on rumen(a) and jejunum(b) pH of lambs

3 讨论

3.1 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道形态发育的影响

幼龄反刍动物各胃室的发育情况直接影响成年后的采食量与消化能力。前胃的乳头长度、乳头宽度、角质层、颗粒层、肌层、中央肌层厚度和真胃的角质层、黏膜层、黏膜下层以及肌层厚度等是评价动物消化道对养分消化吸收的主要指标[12]。由此可见，发育良好的胃肠道对于提高饲料消化吸收以及发挥动物生产潜力具有一定的促进作用。木聚糖酶在自然界分布广泛，从动物、植物和微生物中均可获得，在日粮中添加木聚糖酶可能有利于畜禽胃肠道的发育。以生长猪为试验对象，结果发现，在小麦基础日粮中添加木聚糖酶能够提高其胃和后肠对膳食纤维的消化率，并改善能量水平[13]。然而，当前木聚糖酶与反刍动物消化器官发育的相关研究较少。本试验以生长期羔羊为研究对象，结果表明，木聚糖酶对羔羊各胃室组织形态学指标的发育呈促进作用。说明日粮中添加0.2%木聚糖酶可改善高原型藏羊复胃的生长发育。

小肠由十二指肠、空肠和回肠3部分组成，其形态结构的完善是养分被充分消化吸收的物质基础[14]。Luo等[15]研究发现，在木聚糖酶添加量(600～1 200 U·kg-1)一定时能够改善幼年大黄鱼的生长性能，优化肠道形态结构和微生物群组成，并提高对碳水化合物利用能力。以尼罗罗非鱼为试验对象[16]，结果表明，在含高葵花籽粕的日粮中添加外源木聚糖酶可改善其生长性能、消化酶活性、营养物质消化率、肝和肠道的组织学形态。从本试验来看，日粮中添加0.2%木聚糖酶可有效提高羔羊小肠的绒毛高度、宽度、黏膜厚度、肌层厚度，降低隐窝深度，同时增大V/C比值。推测可能是小麦细胞壁被木聚糖酶溶解后，使更多的淀粉、蛋白质等营养素被释放出来，更好地被宿主利用，进而完善肠道黏膜结构，这与上述人员研究结果基本一致。

3.2 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊瘤胃和血清LPS浓度的影响

正常情况下，消化道上皮屏障能够有效阻止脂多糖易位进入外周循环系统，一旦胃肠道上皮遭受损伤时，脂多糖便会发生易位，继而引起机体炎症反应，也是机体多种并发症的致病因子[17]。因此，通过检测瘤胃与血清中LPS浓度能够间接衡量羔羊日粮中添加木聚糖酶是否会改善胃肠道的炎症反应。研究表明，奶牛持续饲喂高精料饲粮会显著提高其回肠与盲肠中LPS含量[18]。另有研究证实[19]，与健康牛相比，病牛瘤胃液和粪便样品中LPS浓度显著提高，并将其作为鉴别亚急性瘤胃酸中毒重要的诊断方法。黄淑成等[20]研究亦发现，热应激组中肉鸡血清内毒素与Toll样受体4(TLR4)基因mRNA在肝中的表达差异均极显著高于对照组。基于上述研究的结论可以看出，LPS浓度能够在一定程度上反映机体的健康状况。在本试验中，试验组瘤胃和血清的LPS浓度均显著低于对照组。进一步表明木聚糖酶能够缓解多种因素导致的炎症损伤，并提高机体清除LPS的能力。

3.3 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道消化酶活性的影响

日粮中含有大量的抗营养因子，通过添加酶制剂可以降解饲料中抑制因子，同时能够激活胃肠道内源酶的分泌并提高其活性[21]。研究表明，在肉鸡饲粮中添加木聚糖酶，小肠糜蛋白酶和脂肪酶的活性显著提高[22]。同样以肉鸡为研究对象，进一步证实复合酶制剂有利于增强其消化器官内源酶的活性，适合在小麦替代玉米的小麦-豆粕型饲粮中使用[23]。饲料中添加木聚糖酶也能明显增加幼参肠道消化酶活力，蛋白酶和脂肪酶活力随着木聚糖酶添加水平的提高呈现先升高后降低的趋势[24]。本研究发现，试验组瘤胃的糜蛋白酶、胰蛋白酶、脂肪酶及空肠的糜蛋白酶、α-淀粉酶活性均显著高于对照组。这提示在日粮中添加0.2%木聚糖酶可增强羔羊瘤胃和空肠消化酶的活性。其原因可能是由于酶制剂的添加能够优化羔羊消化道微生物平衡，抑制致病菌的生长，促进有益菌的繁殖，刺激体内多种消化酶的分泌，因而增强其消化酶活性。

3.4 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道抗氧化特性的影响

当机体受到各种因素刺激时，会打破体内氧阴离子自由基动态平衡状态，产生大量自由基，发生氧化应激反应。余婕等[25]研究发现，肉鸭饲粮中添加3%亚麻籽+200 mg·kg-1茶多酚可显著提高总抗氧化能力活力，并显著降低丙二醛含量。另外，在热应激状态下，西门塔尔牛血清中丙二醛含量相比于热应激恢复期显著升高，但总抗氧化能力显著降低[26]，进一步揭示了热应激可以导致机体产生过多的自由基，降低抗氧化能力。本试验结果发现，与对照组相比，试验组瘤胃与空肠的丙二醛含量均有所下降，但总抗氧化能力却显著提高。提示在日粮中添加0.2%木聚糖酶可降低脂质过氧化对机体的损伤，同时有助于提高羔羊胃肠道抗氧化能力。本试验亦证实，对照组瘤胃的谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶活性以及空肠的谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性均显著低于试验组。由此可见，木聚糖酶能够促进机体清除自由基，缓解氧化损伤，并增强抗氧化酶的活性。

3.5 日粮中添加木聚糖酶对高原型藏羊胃肠道pH的影响

胃肠道内适宜的pH是维持机体内环境的酸碱平衡以及调节电解质平衡的关键因素[27]。适宜的酸性环境是保障断奶羔羊发挥正常消化、吸收功能的基础。当pH升高时，表明消化道的环境有益于有害微生物增殖，反之则有利于有益微生物的生长[28]。断奶羔羊由于消化器官尚未成熟，胃酸分泌不足，成年动物也常因遗传、营养以及环境等因素的改变导致消化道pH升高，影响消化酶活性，从而难以发挥其最佳的作用效果，有益菌群的生长也会受到抑制，因此可以依靠酶制剂来改善消化道中pH值。在本试验中，试验组瘤胃的pH低于对照组，且两组瘤胃的pH值均处于正常范围内[29]。说明在日粮中添加0.2%木聚糖酶在一定程度上改善藏羊瘤胃酸性环境，可能达到促进优势菌群(如：乳酸杆菌、双歧杆菌等)繁殖的目地。除此之外，本试验发现，两组间空肠的pH差异不显著，但试验组略高于对照组。表明在日粮中添加0.2%木聚糖酶对藏羊空肠的酸性环境作用效果不佳。