不同比例发酵饲料桑替代基础饲粮对肉牛生长性能、养分表观消化率、血液生理生化指标、血清抗氧化指标的影响

樊启文 郭万正 赵 娜 兰 忠 李 巍 金 枫 魏金涛*

(1.湖北省农业科学院畜牧兽医研究所,动物胚胎工程及分子育种湖北省重点实验室,武汉 430064;2.枣阳市动物疫病预防控制中心,枣阳 441200;3.襄阳市农业综合执法支队,襄阳 441100)

养牛业可直接消耗粗饲料提供高品质牛肉,是提升农业生产效益、促进农业产业结构调整的重要产业。2022年我国肉牛出栏4 840万头,牛存栏10 216万头(国家统计局数据),位居世界第三。然而,在当前规模化集约化养殖条件下,天然牧草难以满足肉牛养殖对牧草的需求,致使我国优质牧草资源短缺问题日益凸显。因此,本地新型饲料资源的开发与利用迫在眉睫。桑叶来源于桑科植物桑树,广泛分布于热带、亚热带和温带地区[1]。我国是桑叶原产地,全国各地区均有桑叶种植园区,至2021年底全国桑园面积约79.67万hm2,并多集中于西部地区,其中,广西、四川、云南、贵州4省区桑园面积约47.3万hm2,占全国的59.4%。桑叶中粗蛋白质含量可达16%以上,同时丰富的黄酮、生物碱、多糖和多酚等多种生物活性物质使其具有良好的药用价值[2-3]。因此,《“十四五”全国畜牧兽医行业发展规划》提出,因地制宜开发利用饲料桑等区域特色饲草资源,加快建设现代饲草生产、加工、流通体系,使优质饲草自给率达到80%以上。

饲料桑是以新鲜桑枝叶的饲料化利用为目的,经过多次杂交得到的桑品种,其亩产高、抗逆性好、耐刈割。然而,饲料桑中所含有的单宁和植酸等抗营养因子不利于大量饲用,基于应用多种组合菌剂和酶的微生物发酵技术可显著调节饲料桑的营养组成,降低抗营养因子含量。本团队前期研究显示,发酵饲料桑在黄羽肉鸡饲粮中的使用可提高肉鸡生长性能及其屠宰性能,改善肉品质[4]。此外,已有的研究显示,添加发酵饲料桑可改善猪、湖羊、奶牛等多种畜牧动物的生产性能、血液生化指标、屠宰性能、肉品质等[5-7]。将饲料桑作为反刍动物饲料开发利用,对解决养牛业饲料资源短缺问题具有重要意义。因此,本研究旨在探索不同比例发酵饲料桑替代基础饲粮对肉牛生长性能、养分表观消化率、血液生理生化指标、血清抗氧化指标的影响,以评价饲料桑的饲用价值,为饲料桑在肉牛养殖中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 发酵饲料桑制备

试验所用新鲜桑枝叶采割于湖北省荆门市屈家岭某桑叶种植基地,将新鲜桑枝叶、麸皮、玉米粉按照7∶2∶1的比例混合,加入0.1%由植物乳酸杆菌、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌、纤维素酶和半纤维素酶(最终使用浓度分别为1.0×107CFU/g、1.0×107CFU/g、1.0×107CFU/g、1.0×105CFU/g、20 U/g、6 U/g)构成的菌酶协同型发酵剂,待混合均匀后装入呼吸袋中,在30 ℃恒温房中发酵72 h后取出待用。饲料桑及发酵饲料桑的营养水平如表1所示。

表1 饲料桑及发酵饲料桑的营养水平(干物质基础)Table 1 Nutrient levels of feed mulberry and fermented feed mulberry (DM basis) %

1.2 试验设计与饲养管理

本试验在湖北省枣阳市某肉牛养殖场进行,试验日期为2022年5月14日至2022年9月21日。选取日龄、体重[(287.45±22.63) kg]相近的健康西门塔尔杂交公牛30头,随机分为对照组和2个试验组(NT1组和NT2组),每组10个重复,其中对照组饲喂基础饲粮,NT1组和NT2组分别以10%和20%发酵饲料桑等量替代基础饲粮。基础饲粮为参照NRC(2000)肉牛饲养标准配制的全混合日粮(TMR),基础饲粮组成见表2,各组饲粮营养水平见表3。

表2 基础饲粮组成(干物质基础)Table 2 Composition of the basal diet (DM basis) %

表3 各组饲粮营养水平(干物质基础)Table 3 Nutrient levels of diets in each group (DM basis) %

试验牛采用单栏饲养,TMR经饲料搅拌车充分搅拌,试验组饲粮经现场人工混合后饲用,各组均于每天07:00和18:00定时饲喂,自由饮水。试验期130 d,其中预试期14 d,正试期为116 d。预试期内给予各组肉牛添加部分发酵饲料桑进行诱饲,并进行驱虫、打耳标等。正试期内,将NT1组和NT2组饲粮分别替换对应的TMR;保证自由采食与饮水。在试验第70天(试验中期)、第116天(试验末期)进行前腔静脉采血,分别于试验第1、2天06:00称取肉牛体重,取每头肉牛连续2 d体重平均值计为初始体重,分别于试验第115、116天06:00称取肉牛体重,取每头肉牛连续2 d体重平均值计为终末体重;计算试验期内肉牛平均日增重(ADG),每隔10 d测定1次采食量。

1.3 饲喂方案

以场内记录往期日增重1.2 kg计算肉牛体重,肉牛的每日饲粮干物质饲喂量为:肉牛体重×0.033,然后依照各组饲粮的干物质含量计算出每头肉牛每日所需鲜物质饲喂量及各组每日总饲喂量,总饲喂量的1/2即为各组单次投喂所需饲喂量,保证每头肉牛充分采食。各组饲粮投喂时利用可移动称重地磅装载并进行饲喂量记录。其中,对照组是将基础饲粮在装载后直接投喂;NT1组依照计算单次投喂所需饲喂量的90%称取基础饲粮,并加入10%的发酵饲料桑;NT2组依照计算单次投喂所需饲喂量的80%称取基础饲粮,并加入20%的发酵饲料桑。各组饲粮经人工充分混合后分别装载投喂。各组肉牛依照其所需鲜物质饲喂量进行投喂并保证相对过量,投喂结束后2.5 h清理料槽,利用称重地磅称取剩余饲粮重,用以计算肉牛平均日采食量。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 养分表观消化率测定

采用四分法收集各组饲粮样本,于-20 ℃冰箱中保存待测。每组选取固定的5头肉牛进行粪样收集,按照每100 g粪样加10 mL 10%盐酸固氮,放入冰箱冷冻保存。待收粪结束后,将每头牛5 d的粪便样品混合均匀,于-20 ℃冰箱中保存待测。

饲粮和粪样中的干物质含量测定参照《饲料中水分的测定》(GB/T 6435—2014)相关方法,并计算肉牛每天的干物质采食量(DMI);粗蛋白质含量测定参照《饲料中粗蛋白的测定 凯氏定氮法》(GB/T 6432—2018)相关方法;中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量测定参考Van Soest等[8]的方法;酸不溶灰分(AIA)含量测定参照《饲料中盐酸不溶灰分的测定》(GB/T 23742—2009)相关方法,以AIA为内源性指示剂[9],计算粗蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的表观消化率,其计算公式为:

某养分表观消化率(%)=100-100×[(A1/B1)×(B/A)]。

式中:A1为饲粮中某养分含量(%);A为饲粮中AIA的含量(%);B1为粪中某养分含量(%);B为粪中AIA含量(%)。

1.4.2 血液样品采集与检测

在试验第70、116天分别于肉牛前腔静脉采血,利用含肝素钠抗凝真空采血管和促凝真空采血管收集血液样品各2份(每头),低温保温箱中保存送至实验室。抗凝真空采血管中血样一份进行血常规及血细胞五分类指标检测,另一份在3 000×g、4 ℃离心10 min,分离血浆,血浆样品分装后置于-20 ℃保存,用于血浆生化指标检测。促凝真空采血管低温静置待血清析出后,以3 000×g、4 ℃离心10 min分离血清,样品分装后置于-20 ℃保存,用于血清抗氧化指标检测。

血常规指标检测:使用自动化血细胞分析仪ADVIA®2120i Hematology System(Siemens Healthcare Diagnostics Inc.,德国)及其配套试剂对全血样品进行血细胞计数以及相关指标测定。检测红细胞数量(RBC)、白细胞数量(WBC)、血红蛋白含量(HGB)、红细胞压积(HCT)、红细胞平均体积(MCV)、红细胞平均血红蛋白(MCH)、红细胞平均血红蛋白浓度(MCHC)、红细胞血红蛋白平均值(CHCM)、细胞血红蛋白含量(CH)、血红蛋白浓度分布宽度(HDW)、红细胞体积分布宽度(RDW)、血小板数量(PLT)、血小板平均体积(MPV)、嗜中性粒细胞数量(NEUT)、淋巴细胞数量(LYMPH)、单核细胞数量(MONO)、嗜酸性粒细胞数量(EOS)、嗜碱性粒细胞数量(BASO)、未染色大细胞数量(LUC)。

血浆生化指标检测:通过HITEC 7100(Hitachi, Ltd.,日本)全自动生化分析仪测定血浆总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、葡萄糖(GLU)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、肌酐(CREA-S)、尿素氮(UREA)、总胆红素(T-BiL-V)含量及碱性磷酸酶(ALP)、谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)活性。

血清抗氧化指标检测:通过南京建成生物工程研究所相关试剂盒对血清超氧化物歧化酶(SOD)(A001-1-2)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)(A005-1-2)活性及丙二醛(MDA)含量(A003-1-2)进行检测。

1.5 统计分析

利用Graphpad Prism 5软件进行统计分析,组间比较采用one-way ANOVA检验处理。血浆生化指标、血清抗氧化指标分析数据均来自至少3次独立重复试验。数据以平均值±标准误(SEM)表示,P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著。

2 结果与分析

2.1 发酵饲料桑对肉牛生长性能的影响

如图1所示,在试验第1～80天,不同组肉牛的平均日采食量随时间呈相似变化,各组间平均日采食量无显著差异(P>0.05);在试验第90天以后,肉牛平均日采食量随发酵饲料桑添加水平增加具有增加的趋势,其中NT2组肉牛在试验第90天时平均日采食量显著高于对照组(P<0.05)。

各组肉牛的生长性能如表4所示,与对照组相比,NT1组和NT2组终末体重分别增加了2.28%和3.31%,平均日增重分别提高了4.27%和7.69%,但无显著差异(P>0.05);而料重比分别降低了3.75%和4.66%,差异极显著(P<0.01)。此外,与对照组相比,NT2组的干物质采食量显著增加(P<0.05)。同时,NT1组和NT2组相比于对照组饲料增重成本分别降低了0.64和0.34 元/kg。

表4 发酵饲料桑对肉牛体重、平均日增重、干物质采食量及料重比的影响Table 4 Effects of fermented feed mulberry on body weight, ADG, DMI and F/G of beef cattle

如表5所示,NT1组和NT2组肉牛日粗蛋白质摄入量和日综合净能摄入量均显著高于对照组(P<0.05),而NT2组肉牛日酸性洗涤纤维摄入量极显著低于对照组(P<0.01)。添加发酵饲料桑对肉牛日中性洗涤纤维摄入量无显著影响(P>0.05)

表5 发酵饲料桑对肉牛营养物质摄入量的影响Table 5 Effects of fermented feed mulberry on nutrient intake of beef cattle

2.2 发酵饲料桑对肉牛养分表观消化率的影响

由表6可知,与对照组相比,NT2组中性洗涤纤维和粗蛋白质表观消化率显著提高(P<0.05),但对干物质、酸性洗涤纤维表观消化率的影响不显著(P>0.05)。

表6 发酵饲料桑对肉牛干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和粗蛋白质表观消化率的影响Table 6 Effects of fermented feed mulberry on apparent digestibility of DM, ADF, NDF and CP of beef cattle %

2.3 发酵饲料桑对肉牛血常规指标的影响

试验中期(第70天)和试验末期(第116天)肉牛血常规指标分别见表7和8。由表7可知,在试验第70天时,NT2组红细胞平均体积、细胞血红蛋白含量均显著高于NT1组(P<0.05),NT1组红细胞平均血红蛋白浓度分布宽度显著高于对照组(P<0.05),而NT2组淋巴细胞数量显著高于对照组和NT1组(P<0.05),其他血常规指标无显著差异(P>0.05)。

表7 发酵饲料桑对试验第70天时肉牛血常规指标的影响Table 7 Effects of fermented feed mulberry on blood routine indexes of beef cattle at day 70 of experiment

在试验第116天时(表8),NT1组红细胞数量显著高于对照组(P<0.05),极显著高于NT2组(P<0.01),红细胞平均血红蛋白浓度显著高于对照组和NT2组(P<0.05);此外,NT1组红细胞平均体积、红细胞平均血红蛋白、细胞血红蛋白含量均极显著低于对照组和NT2组(P<0.01);另外,NT1组血红蛋白浓度分布宽度显著高于NT2组(P<0.05),NT2组嗜碱性粒细胞数量显著高于对照组(P<0.05),其他血常规指标无显著差异(P>0.05)。

表8 发酵饲料桑对试验第116天时肉牛血常规指标的影响Table 8 Effects of fermented feed mulberry on blood routine indexes of beef cattle at day 116 of experiment

2.4 发酵饲料桑对肉牛血浆生化指标的影响

如表9所示,在试验第116天时,NT2组血浆天冬氨酸氨基转移酶活性显著低于对照组(P<0.05),总胆固醇含量显著低于NT1组(P<0.05),其他指标均无显著差异(P>0.05)。

表9 发酵饲料桑对试验116天肉牛血浆生化指标的影响Table 9 Effects of fermented feed mulberry on plasma biochemical indexes of beef cattle at day 116 of experiment

2.5 发酵饲料桑对肉牛血清抗氧化指标的影响

如表10所示,添加发酵饲料桑对肉牛的血清抗氧化指标无显著影响(P>0.05)。

表10 发酵饲料桑对肉牛血清抗氧化指标的影响Table 10 Effects of fermented feed mulberry on serum antioxidant indexes of beef cattle

3 讨 论

3.1 发酵饲料桑对肉牛生长性能的影响

发酵饲料桑具有酸香味,可促进肉牛采食。有研究显示,牛对酸甜味具有一定的偏好,酸香味可刺激牛的采食[10-11]。徐均钊等[12]研究证实,采用黄贮、青贮相较于揉丝等处理玉米秸秆可提高肉牛的采食量。万荣等[13]在荷斯坦公犊牛饲粮中添加20%发酵桑叶可显著提高犊牛DMI。上述研究表明,饲料原料经适当微生物发酵处理后对牛采食有促进作用。本研究中,发酵饲料桑以20%比例替代基础饲粮后,肉牛的平均日采食量在试验后期较对照组有增加的趋势,并在试验第90天时表现出显著性;此外,试验组肉牛全期的DMI显著高于对照组,显示出发酵饲料桑对肉牛采食具有一定的促进作用。同时,依据《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004)可计算出,280～420 kg、平均日增重为1.2 kg的肉牛粗蛋白质需要量约为650 g/d,综合净能需要量约为52 MJ/d,试验各饲粮可满足肉牛增重所需。由于发酵饲料桑的能量、蛋白质水平均高于基础饲粮,试验组肉牛日综合净能、粗蛋白质摄入量均显著高于对照组,可为肉牛快速增重提供基础,再结合极显著降低的料重比,表明发酵饲料桑可促进肉牛生长,有助于提高肉牛养殖的经济效益。

3.2 发酵饲料桑对肉牛养分表观消化率的影响

发酵处理对于反刍动物养分表观消化率的影响是可预见的,通过有益微生物和酶在饲喂前处理饲料原料,可降低饲料消化处理所需时间,提高消化率。已有的研究表明,玉米秸秆青贮、发酵杂粕、发酵豆渣等在肉牛、肉羊上的使用均表现出对养分表观消化率的促进作用[12,14-15]。本研究所使用的发酵饲料桑是由桑枝叶、玉米、麸皮组合并添加有益菌株和酶复合发酵制成,其营养含量、能量水平均与基础饲粮相近,因此可直接替代部分基础饲粮。养分表观消化率反映出肉牛对饲粮的消化利用情况,可在一定程度上预测动物的生长性能[16]。养分表观消化率的提升与料重比的下降相适应,表明发酵饲料桑通过调节饲粮的消化利用率促进肉牛生长。

3.3 发酵饲料桑对肉牛血液生理生化指标的影响

血液是机体进行新陈代谢的基础,其中所包含的各类细胞组分的变化可用于评估动物的健康状态[17]。红细胞是血液运载功能的承担者,红细胞数量、血红蛋白浓度及其分布直接影响血液的运输和缓冲功能。本研究中,试验第70天时,NT1组肉牛血红蛋白浓度分布宽度显著高于对照组但不影响其他指标,这一结果反映出机体对饲粮和环境的适应性调整。红细胞平均体积、红细胞平均血红蛋白和红细胞平均血红蛋白浓度分别反映了红细胞中血红蛋白体积大小、含量和色素饱满度,这些指标的出现同步变化可提示某些异常代谢变化,如同时降低可预示缺铁性贫血[18]。冯星等[19]在皖东黄牛夏季饲粮中添加富硒酵母显著降低了红细胞平均血红蛋白浓度,并减少血液中白细胞数量,说明富硒酵母增强了肉牛对高温的抵抗能力。本研究中,在试验第116天时,NT1组肉牛血液红细胞数量、红细胞平均血红蛋白浓度均较其余组升高,而红细胞平均体积、红细胞平均血红蛋白、血红蛋白含量较其余组降低,但不影响其他指标。这一结果展示出NT1组肉牛呈现出血液相对浓缩、血液流量减少的状态,这可能与饮水不足有关。

淋巴细胞数量通常可作为宿主免疫状态的标志,在正常范围内,淋巴细胞数量越高表明宿主免疫机能越完善[20]。有研究表明,夏季高温会导致动物免疫功能抑制,出现淋巴细胞数量下降等现象[21]。而本研究中,试验第70天时正处于盛夏时节,发酵饲料桑替代可显著提高肉牛血液中淋巴细胞数量,改善其免疫状态。嗜碱性粒细胞与组胺分泌有关,可参与局部免疫反应,在过敏性炎症中具有关键的调节作用[22]。动物的采食量受免疫调节状态影响,因此,本研究观察到的试验第116天时发酵饲料桑替代引起肉牛血液中嗜碱性粒细胞数量显著降低,可能与试验后期肉牛采食量快速增加有关。

桑叶所具有的一项显著功效在于调节脂质代谢,降低血脂[23]。在育肥猪、胡须鸡中使用发酵桑叶可降低血清甘油三酯、总胆固醇的含量,但在新晃黄牛中却无此功效[24]。本研究中,饲喂20%发酵饲料桑可显著降低肉牛血浆中总胆固醇含量,万荣等[13]有报道相似的结果。此外,本研究中饲喂20%发酵饲料桑可显著降低血浆中天冬氨酸氨基转移酶活性,同时丙氨酸氨基转移酶与碱性磷酸酶活性均呈下降的趋势,显示出发酵饲料桑对肝脏损伤的保护作用。而肝脏是脂质代谢的关键器官,因此,发酵饲料桑对脂质代谢的调节可能是其肝脏保护功能的延伸。

3.4 发酵饲料桑对肉牛血清抗氧化指标的影响

在生长猪饲粮中添加发酵桑叶粉可显著降低血清丙二醛含量,提高过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性[25]。荷斯坦犊牛饲用发酵桑叶可提高血清抗氧化能力,降低血清丙二醛含量[13]。此外,王银玲等[26]报道显示,黄羽肉鸡饲粮中添加桑叶提取物可显著提高血清谷胱甘肽过氧化物酶活性和总抗氧化能力。上述研究表明,桑叶所具有的抗氧化能力与其生物活性成分水平有关[27]。本研究中,使用发酵饲料桑部分替代基础饲粮虽未见不同组间血清抗氧化指标的显著差异,但饲用发酵饲料桑后肉牛血清超氧化物歧化酶活性随时间升高。因此,从发酵桑叶粉到发酵桑叶再到本研究所使用的发酵饲料桑,均表现出抗氧化能力,这一能力的差异与饲粮中桑叶活性成分水平相关。值得注意的是,由于使用发酵饲料桑与基础饲粮直接混合,使试验组饲粮中微量元素的水平相对降低,尤其是维生素E、硒等,从而覆盖了发酵饲料桑添加引起的抗氧化能力增强,这可能是本研究中发酵饲料桑未能表现出显著抗氧化功效的原因。

4 结 论

本研究中,以发酵饲料桑代替基础饲粮可促进肉牛采食,提高DMI,增加料重比,改善中性洗涤纤维和粗蛋白质表观消化率,有助于提高肉牛生产效率;同时对血液生理状态和血浆生化指标也具有一定的促进作用。此外,本研究中使用20%发酵饲料桑代替基础饲粮对DMI及养分表观消化率提升效果相对较好,但使用10%发酵饲料桑时料重比和饲料增重成本较低,因此,本研究中发酵饲料桑在肉牛饲粮中的适宜添加比例介于10%～20%。