牦牛犊牛体内矿物质元素钙、磷、钠、钾、镁沉积分布规律

2024-01-24段嘉钰梁玉鸿李世关刘书杰崔占鸿

饲料工业 2024年1期

■ 王丹段嘉钰梁玉鸿李世关刘书杰崔占鸿

（青海大学畜牧兽医科学院，农业农村部青藏高原放牧牦牛藏羊动物营养与饲草料重点实验室，青海省牦牛工程技术研究中心，青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室，青海西宁810016）

青海省是牦牛主产区之一。牦牛主要在天然草地上放牧，因此极容易受到环境和季节的影响[1]，导致我国牦牛生产长期处于落后的状态，但缺乏完善的饲养标准也是影响牦牛产业发展的最重要原因之一。饲料中含有的常量矿物质元素是动物机体生长发育所必需的营养素，常量矿物质元素在动物机体中占比高于0.01%，主要包括钙、磷、钠、钾、镁等，对维持动物机体稳态、后代繁殖以及提高生产性能都至关重要，长期缺乏或含量过高都会给牦牛的生长发育和生产性能带来不利影响[2-3]，且在其他营养物质被机体消化吸收的过程中需要矿物质元素起到协同作用[4]。因此，满足动物机体对矿物质元素的营养需要是实际生产工作中的关键点[5]。动物体内矿物质含量受动物品种、年龄、生理阶段等多种因素的影响，矿物质在各组织中的分布是影响矿物质体内含量的主要因素。

犊牛的高质量培育是保证牦牛健康生产的关键环节，因此需要制定牦牛犊牛常量矿物质元素的供给标准。本试验通过测定主要常量矿物质元素钙、磷、钠、钾和镁在牦牛犊牛不同体组织中的含量，分析其在犊牛体内的分布规律，为获得牦牛犊牛主要常量矿物质元素的生长和维持需要量提供基础数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

饲养试验于2021 年9—12 月在青海省海北高原现代生态畜牧业科技示范园进行，预试期30 d，正试期90 d。试验地点海拔3 010 m，年平均温度1.5 ℃。样品测定工作在青海大学畜牧兽医科学院农业农村部放牧牦牛藏羊动物营养与饲草料重点实验室完成。

1.2 试验动物及分组

试验采用完全随机分组设计，选取日龄[（60±3） d]、体重[（46.40±6.50） kg]相近、体况良好的35 头牦牛公犊为试验动物，随机分为5组，每组7头。为了确定犊牛体内主要常量元素含量的初始值，从其中一组中随机选取5头犊牛，在100日龄左右进行屠宰，称为起始屠宰组（BL 组）。在试验中期，从另外一组中随机选取5 头130 日龄左右的动物进行屠宰，称为中期屠宰组（M 组）；其余的21 头犊牛在试验开始时随机分成3 组，分别为高饲喂组（自由采食，AL 组）、中饲喂组（70%自由采食，IR70 组）和低饲喂组（40%自由采食，IR40 组）。当牦牛犊牛达到170 日龄左右，AL 组体重达到约88.00 kg 时，每组随机选取5 头进行屠宰采样。

1.3 试验日粮及饲养管理

体重40 kg哺乳期牦牛犊牛的日粮配方参照肉牛饲养标准（2004）[6]制定。代乳粉购自北京精准动物营养研究中心，其组成为全脂奶粉、乳清粉、浓缩蛋白、维生素及微量元素，具体营养水平见表1。精料购自北京精准动物营养研究中心，粗料是粉碎3～5 cm 的苜蓿干草。基础日粮组成和营养水平见表2、表3。

表1 代乳粉营养水平（干物质基础，%）

表2 基础日粮组成及营养水平（绝干基础）

表3 日粮中主要常量矿物质元素含量（绝干基础）

每头犊牛单栏饲养，代乳粉分早晚两次饲喂，且将沸水冷却至42 ℃后以1∶5 的比例冲泡。正试期开始时每头每天饲喂0.40 kg，随着时间的增长和体重的增加每5 d 增加0.01 kg，当代乳粉饲喂量为每头每天0.60 kg后不再增加，直到试验结束。在试验动物均饲喂等量代乳粉的基础上，再分梯度饲喂基础日粮（100%采食量、70%采食量、40%采食量），采取先精后粗，精粗比为3∶7。每天饲喂两次基础日粮，分别为上午09:00 和下午17：00。试验期间确保自由采食组的饲槽内每天余料量有10%左右[7]，IR70 组和IR40组的每日饲喂量应根据自由采食组前一天的平均日采食量进行计算调整。犊牛可在单栏饲养圈内进行活动，有足够的空间、阳光和清水。

1.4 屠宰流程及样品采集

依据Galvani 等[8]建立的屠宰程序展开屠宰，具体操作过程如下：

① 屠宰前，准备若干屠宰过程中使用的手术工具（手术刀、手术镊、手术剪），以及取样时需要用到的生理盐水和乙醇等。

② 屠宰前一天下午16：00 对屠宰犊牛开始禁食禁水，并对其进行称重体，记录为体重（BW，kg）。

③ 屠宰当天上午08：00 再次对屠宰犊牛进行称重，记录为宰前活重（SBW，kg）；用绳子固定牛蹄后进行屠宰，用空盆收集血液并称重，然后用手术刀沿腹中线划开并剥离牛皮，接着分离头、蹄、尾、各个脏器、生殖器等并称重，接着倒出胃肠道内容物后再次称重，用于计算空腹体重（EBW，kg），其中胃肠道两次称重的差值为内容物重量，宰前活重减去内容物重量为空腹体重。

④ 胴体需从中线劈开，分离右侧胴体的骨骼、肌肉和脂肪，并称重记录。收集所有的脂肪（包括肌肉、肠道、内脏的脂肪）后称重记录。

⑤ 牛头需沿中线锯开并称重，剥离头皮后，将牛头劈开后称重。

⑥ 血液、食道、内脏及胃肠道组织混合后使用绞肉机（红鹰，22 型，成都宏鑫盛机电设备有限公司）进行反复粉碎混匀，取3份500 g的样品。

⑦ 脂肪、肌肉样品使用绞肉机（红鹰，22型，成都宏鑫盛机电设备有限公司）进行粉碎取样，各取3 份500 g 样品；骨骼使用破骨机进行粉碎取样，同样取500 g的样品。

⑧ 使用羊毛剪对牛长毛进行粗剪，然后使用电动剪毛器对牛绒毛进行细加工处理，将粗毛与细毛混合均匀后剪碎取3份50 g的样品。

⑨ 牛皮使用羊毛剪剪成长条后，使用绞肉机（红鹰，22型，成都宏鑫盛机电设备有限公司）进行反复粉碎后称重，取500 g的样品。

⑩ 将每头牛的骨骼、蹄、头骨、牛角均混合在一起，使用破碎机（EP-150X250 颚式破碎机，鹤壁市天冠仪器仪表有限公司）粉碎后取样500 g。

⑪ 每头牛的样品包括：肌肉、骨骼、脂肪、皮、毛和内脏（含血液），然后将采集到的样品使用自封袋分装后标记，放入-20 ℃冰箱保存，样品冻干后在常温条件下粉碎后待测。

1.5 测定指标及测定方法

选取一份体组织样品用于干物质（DM）含量的测定，其余样品混匀通过干灰化法（GB/T 6438—2007）进行样品前处理获得灰分（Ash）[9]；牦牛犊牛体组织样品中磷（P）的含量参考紫外分光光度法（GB/T 6437—2018）测定；其他常量矿物质元素参考火焰原子吸收分光光度法（GB/T 13885—2017），用TAS-990 原子吸收分光光度计测定体组织样品中钙（Ca）、钠（Na）、钾（K）和镁（Mg）的含量[10]。原子吸收分光光度计的工作条件见表4，测定方法中主要常量矿物质元素的标准线性回归方程见表5（R2>0.995 0）。

表4 常量矿物质元素火焰原子吸收仪的工作条件

表5 常量矿物质元素的线性回归方程及相关系数

1.6 数据处理与统计分析

试验数据采用Excel 2016 软件初步整理，然后用SPSS 26 统计软件进行方差分析，用邓肯氏法对差异显著的数值进行多重比较，数据采用“平均值±标准误”表示，P<0.05代表有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 牦牛犊牛不同组织的生长特点

由表6 可知，各组牦牛犊牛在开始试验时体重相近，各试验组干物质采食量与试验设计基本一致。犊牛的体重对体内各组织生长均有影响，且三组间差异显著（P<0.05）。牦牛犊牛随着饲喂水平的提高，其宰前活重、空腹体重、肉重、皮重、脂肪重和毛重呈现AL 组>IR70 组>IR40 组，内脏（含血液）的重量呈现AL组、IR70组>IR40组（P<0.05）。

表6 牦牛犊牛不同组织生长特点

2.2 干物质及钙、磷、钠、钾、镁在牦牛犊牛体组织中的分布

由表7可知，各组织中干物质的含量，AL、IR70组和IR40组的脂肪、内脏（含血液）干物质含量均高于M组和BL 组，内脏（含血液）、脂肪组织中的干物质含量随体重增加而增加，这体现了随日龄、体重的增加犊牛体内水分含量显著降低（P<0.05）。

表7 牦牛犊牛各组织中干物质含量（%）

由表8 可知，钙主要分布在骨骼中，占体内钙总量的98.14%，在肉、牛皮、内脏（含血液）、脂肪和牛毛中也有少量分布。

表8 钙在牦牛犊牛体组织中的分布

由表9 可知，磷主要分布在骨骼中，占体内磷总量的86.19%，肉和内脏（含血液）中也有少量的磷分布，分别占体内磷总量的7.45%和4.23%，皮、脂肪和毛中也有少量分布。

表9 磷在牦牛犊牛体组织中的分布

由表10可知，骨骼中钠所占比例最大，35.69%的钠分布于骨骼中，在牛皮、内脏（含血液）和肉中的含量也较为丰富，占钠总量的18.39%、17.81%、16.22%，少量的钠还分布于脂肪和毛中。

表10 钠在牦牛犊牛体组织中的分布

由表11可知，钾在肉中分布量最大，占体内钾总量的41.65%，在内脏（含血液）中也有大量分布，占总量的36.41%，牛毛、牛皮和骨骼中钾含量也较为丰富，分别占体内钾总量的8.21%、6.04%、5.26%，但在脂肪中的含量较少，仅为2.43%。

表11 钾在牦牛犊牛体组织中的分布

由表12 可知，骨骼同样是镁的主要分布部位，72.81%的镁分布在骨骼中，在肉中的含量仅次于骨骼，占比为13.76%，在内脏（含血液）和牛毛中含量分布相近，分别占体内的3.81%和5.93%，剩余部分的镁在牛皮和脂肪中均有分布，且含量较低。

3 讨论

前期张博[11]对不同体重的牦牛犊牛生长后期体组织的生长发育进行研究，表明随体重增加新陈代谢率高的体组织或器官最先获得营养物质，其顺序为神经、骨骼、肉、脂肪，这与本试验结果一致。

关于饲喂水平对动物生长发育的影响，已有许多报道。研究认为不同饲喂水平影响动物的生长发育变化，且对不同组织的影响强度不同[12]，其中各组织协调生长会影响机体整体的发育。本试验中，骨骼、肉、内脏（含血液）、皮、脂肪及毛的生长在饲喂水平的影响下均具有显著差异，这与李琴等[13]研究结果相似。提高饲喂水平时，骨骼的生长发育速度显著高于肌肉和脂肪的生长发育速度，这表明犊牛体内在缺乏营养时优先保证骨骼的生长发育，在此阶段体内的肌肉和脂肪沉积量较少。

钙是动物体内含量最丰富的矿物质元素，是第一限制性矿物质元素，通常是以离子形式存在，是骨骼和牙齿的主要组成成分，其余在软组织和体液中均匀分布[14]，血液中的大多数钙存在于血浆中，在血细胞中的含量较低，而磷含量则相反[15]。本试验结果表明，骨骼中钙含量占钙总含量的98.14%，这与张博[11]、纪守坤等[12]、James等[16]的报道一致。由于机体中钙的含量最高，且钙在机体内的作用较为重要，主要体现为：血浆中的钙起到维持正常的凝血功能和细胞膜的通透性，以及调节神经的兴奋性和参与体内多种酶的活性和稳定性[16]。在一定环境和条件下，如果早期有充足的钙摄入量，老龄动物不易出现钙缺乏症；但是对于幼龄生长动物，缺钙会阻碍骨骼的正常发育，进而导致佝偻病和骨软化症，并拖延生长发育进程[17-18]，导致犊牛骨骼变形，关节变得粗大、四肢僵硬等。所以在牦牛犊牛时期饲料中的钙含量不应过低。

磷在机体内的含量位居第二，也是构成骨骼的最重要成分。本试验结果显示，骨骼中磷含量占动物机体总磷的86.19%，其含量排在钙之后，结果同样与张博[11]、纪守坤等[12]、James等[16]报道一致。此外，有研究表明，磷在机体内主要参与细胞分化和增殖，作为辅酶参与蛋白质合成；作为三磷酸腺苷（ATP）、二磷酸腺苷（ADP）和一磷酸腺苷（AMP）的组成部分，参与体内三大营养物质的新陈代谢过程，以及能量的利用和转移。此外磷还是细胞膜的重要组成成分，在维持酸碱平衡和渗透压稳定中起重要作用[19]。研究发现，当动物机体血浆中磷浓度持续低于4.5 mg/dL，就表明出现磷缺乏症，其特征性症状体现为幼年动物生长速度减缓、成年动物日增重降低，骨磷浓度就是反映机体磷状态的敏感指标[20]。以上结果均可表明磷大部分存在于骨骼中，含量最多也最重要。

动物机体的所有组织中都存在常量矿物质元素，它们在体内的分布是一个动态过程，钠和钾是电解质类元素，对机体稳态的维持起着重要作用。小肠是钠的主要吸收部位，在氨基酸和葡萄糖的转运中发挥重要功能[21]。但钠在动物机体的分布规律，一直存在着观点不一致的说法，有研究认为钠主要分布于细胞外液，因为钠是细胞外液中主要的无机阳离子，且细胞外液Na+浓度是细胞内的10 倍左右，在机体内主要参与维持体内渗透压，调控体内水平衡和酸碱平衡过程，调节神经肌肉的兴奋性，同时骨骼中也存在少量钠[17]；但纪守坤等[12]研究表明，公羔羊和母羔羊骨骼中的钠含量占比最高，是机体中钠含量最丰富的部位。本试验结果表明钠含量在骨骼中占比最大，这与纪守坤等[12]的研究结果一致。

钾是动物机体中含量位居第三的常量矿物质元素，是细胞内液中主要的无机阳离子，细胞内钾含量是细胞外的30 倍，它的主要作用是维持动物体内的正常酸碱值，动态平衡渗透压，控制营养物质进入细胞[22]。对于反刍动物，钾在瘤胃、瓣胃和肠道里均可被吸收，而且吸收率很高，如机体存储钾量不足，则会引起钾缺乏症[23]。NRC（2001）[25]表明钾主要分布在肌肉和神经细胞中，并在肌肉收缩、神经冲动传导及某些酶促反应过程中发挥重要作用，且机体软组织中含量丰富。本试验结果表明，钾也主要分布于肌肉中，肌肉钾占钾总量的41.65%，马雪豪[26]报道，钾元素在机体主要分布部位为肉，肉中钾占体内钾总量的37%～40%，这均与本试验结果接近。张博[11]在研究牦牛犊牛后期钠和钾元素在体组织占比中得知，骨骼钠占总量的44.58%，肉钾占钾总量的57.87%。有研究表明，钾很少储存在体内，是通过摄入饮食来供应体内钾元素。牧草是提供钾的最好来源，通常含钾量为1%～4%[24]。本试验测定的结果略低，可能与本试验日粮（绝干基础）钾含量偏近（1.58%）有关，同时本试验选用的牦牛犊牛日龄、体重偏小，体况未达到体成熟，肉和骨骼重量均占体重比例较低，而骨骼是钠的主要分布器官，肉是钾的主要分布器官，这均导致钠、钾含量在体内占比较低。

NRC（2007）[27]表明动物机体镁元素70%左右存在于骨骼中，29%存在于细胞内液，其余都存在于细胞外液。杨凤[17]同样也表示，机体骨骼中镁含量占总量的60%～70%。Mg2＋是镁元素在动物机体中主要存在形式[28]，体内大部分酶需要依靠镁元素来激活。它作为Mg-ATP 复合物的必需成分，在机体内糖酵解和膜转运等生物合成过程中扮演着重要角色[29]，还通过激活微生物酶参与瘤胃纤维素的降解过程[30]，其中瘤胃是镁元素主要的吸收部位。根据相关研究，镁主要依靠胃肠道吸收，开食料中的镁元素更容易被动物机体吸收和利用[31]。本试验结果显示，骨骼中镁含量占总体的72.81%，与NRC（2007）[27]标准一致，证明镁元素大量存在于骨骼内。