在我国奶业生产中，由于缺乏优质的粗饲料源，养殖者为了获得高产量及经济效益，通常给动物饲喂高精料饲粮。然而，当反刍动物饲喂高精料饲粮后则会导致瘤胃液pH降低，体内代谢异常，最终使生产能力下降、乳品质下降[1]。毫无疑问，产奶性能下降的过程也必定伴随着生化指标的改变和激素代谢的紊乱。
缓冲剂(buffer)是一类能增强溶液酸碱缓冲能力的化学物质，这类化合物能维护溶液pH的相对稳定。在畜牧业生产中，缓冲剂常被用于防止反刍动物瘤胃酸中毒或用于提高反刍动物生产性能。钟焰等[2]发现在饲粮中添加缓冲剂能增加瘤胃缓冲容量以防止瘤胃酸中毒。国内外已有不少利用缓冲剂的研究报道[3-5]。常用的缓冲剂有碳酸氢钠、乙酸钠、碳酸钙、碳酸钾、碳酸氢钾、氧化镁、天然碱以及碳酸氢钠-氧化镁、碳酸氢钠-磷酸二氢钾复合缓冲剂等。其中，缓冲剂的研究主要集中于单一缓冲剂或者碳酸氢钠和氧化镁复合缓冲剂[3, 6-7]。
目前，研究缓冲剂对反刍动物的作用主要集中在短期试验条件下对瘤胃发酵代谢的影响，而对动物长期饲喂高精料饲粮后生产性能、血液中尤其是肝脏血液中生化指标及激素含量变化的研究相对较少。为此，本试验以萨能奶山羊为研究对象，研究在长期饲喂高精料饲粮条件下，添加复合缓冲剂(由碳酸氢钠、氧化镁、丁酸钠组成)对奶山羊乳成分、血浆生化指标及激素含量的影响，以期为缓冲剂的饲喂效果提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验动物与饲粮选择8只泌乳100 d且安装永久性门静脉瘘管及肝静脉瘘管的奶山羊[(38±3) kg]，随机分为2组，每组4只，分别饲喂精粗比为6:4的基础饲粮(高精料组，HG组)(基础饲粮组成及营养水平见表 1)及基础饲粮+复合缓冲剂(碳酸氢钠20 g/d、氧化镁12 g/d、丁酸钠20 g/d)(高精料+复合缓冲剂组，BG组)，复合缓冲剂分2次拌入饲粮中饲喂动物。试验动物单栏饲养，每天分别于08:00和18：00饲喂动物并挤乳。预试期7 d，正试期143 d。
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表 1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis) |
试验期间记录早晚2次产奶量。在试验最后3 d，在采食前(0 h)与采食后1、2、4、6、8、10 h采集瘤胃液，所得瘤胃液用4层纱布过滤，所得滤液测定pH后在-20 ℃下保存备用。从门静脉、肝静脉采集血液5 mL，用3.6 U/mL肝素钠进行抗凝处理后迅速转移至实验室，然后在4 ℃下以4 000 r/min离心10 min制备血浆，血浆样在-20 ℃保存备用。在试验最后1 d，屠宰山羊并取其肝脏组织样品，于-70 ℃保存备用。
1.3 指标测定 1.3.1 瘤胃液pH测定瘤胃液pH使用酸度计(HI8424，意大利HANNA)测定。
1.3.2 乳成分测定乳成分含量使用乳成分全自动分析仪(Julie Z9，保加利亚Scope)测定。
1.3.3 血浆中葡萄糖、β-羟丁酸(β-hydroxybutyrate，BHBA)、非酯化脂肪酸(non-estesterified fatty acid，NEFA)含量的测定血浆中葡萄糖、BHBA、NEFA含量采用生化测试试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定，测定步骤根据说明书执行。
1.3.4 肝脏组织中总蛋白和甘油三酯(triglyceride，TG)含量的测定肝脏组织中总蛋白和TG含量分别采用二喹啉甲酸(BCA)法定量试剂盒和TG试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定。
1.3.5 血浆中激素含量的测定血浆中胰岛素(insulin，INS)、胰高血糖素(glucagon，GC)、胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor 1，IGF-1) 和生长激素(growth hormone，GH)含量采用酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定，步骤根据说明书执行。
1.4 数据处理试验数据经Excel 2007进行初步整理后，运用SPSS 18.0统计软件中的one-way ANOVA进行方差分析。饲粮为主要影响因素，数据用平均值±标准误表示，P＜0.05判定为差异显著，P＜0.01判定为差异极显著。
2 结果与分析 2.1 复合缓冲剂对瘤胃液pH的影响由图 1可知，瘤胃液pH在采食后逐渐下降，在采食后4 h达到最低后逐渐恢复至采食前水平。在采食后1、2、4及10 h，BG组瘤胃液pH显著或极显著高于HG组(P＜0.05或P＜0.01)，BG组瘤胃液pH平均值显著高于HG组(6.04 vs. 5.82，P＜0.05)。
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*表示组间差异显著(P＜0.05)；**表示组间差异极显著(P＜0.01)。下图同。 * mean significant difference between groups (P < 0.05); ** mean extremely significant difference between groups (P < 0.01). The same as below. 图 1 复合缓冲剂对泌乳奶山羊瘤胃液pH动态变化的影响 Figure 1 Effect of compound buffers on the dynamic changes of pH in rumen fluid of lactating goats |
由表 2可知，添加复合缓冲剂显著或极显著升高奶山羊的产奶量、乳脂率、乳脂产量、乳蛋白率、乳蛋白产量、乳非脂固形物率、乳非脂固形物产量及乳糖产量(P＜0.05或P＜0.01)。
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表 2 复合缓冲剂对泌乳奶山羊产奶量和乳成分的影响 Table 2 Effects of compound buffers on milk yield and milk composition of lactating goats |
由图 2可知，2组前9周产奶量比较稳定，随后逐渐降低。BG组的产奶量在整个泌乳期均高于HG组，在第1、2、5、7、10、11、12、13、14和15周达到显著水平(P＜0.05)。(17周之后，接近干奶期，产奶量极低。为避免干扰前期数据，剔除17周之后的数据)。
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图 2 复合缓冲剂对泌乳奶山羊产奶量动态变化的影响 Figure 2 Effect of compound buffers on the dynamic changes of milk yield of lactating goats |
由图 3可知，2组乳脂率从第3周开始逐渐增加；组间比较发现，每周乳脂率2组间虽然没有达到统计上显著性差异(P>0.05)，但BG组的乳脂率在数值上均高于HG组。
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图 3 复合缓冲剂对泌乳奶山羊乳脂率动态变化的影响 Figure 3 Effect of compound buffers on the dynamic changes of milk fat percentage of lactating goats |
由表 3可知，2组门静脉、肝静脉血浆中葡萄糖和BHBA含量无显著差异(P>0.05)，2组肝脏组织中TG和总蛋白含量差异不显著(P>0.05)；与HG组相比，BG组血浆中NEFA含量降低，其中肝静脉血浆中NEFA含量显著下降(P＜0.05)。
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表 3 复合缓冲剂对泌乳奶山羊血浆及肝脏生化指标的影响 Table 3 Effects of compound buffers on biochemical parameters in plasma and liver of lactating goats |
由表 4可知，与HG组相比，BG组奶山羊门静脉血浆中INS和GC含量显著降低(P＜0.05)；而肝静脉中上述指标无显著差异(P>0.05)；在门静脉和肝静脉血浆中，虽然2组的IGF-1和GH含量差异不显著(P>0.05)，但是BG组在数值上略高于HG组。
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表 4 复合缓冲剂对泌乳奶山羊血浆激素含量的影响 Table 4 Effects of compound buffers on hormone contents in plasma of lactating goats |
饲喂高精料饲粮会导致反刍动物瘤胃液pH降低，从而引发瘤胃酸中毒[8]。本试验发现，饲喂高精料饲粮后奶山羊瘤胃液pH降低，而添加复合缓冲剂则使得瘤胃液pH升高，说明复合缓冲剂有利于缓解由pH降低引发的瘤胃酸中毒；同时，添加复合缓冲剂使得瘤胃液乙酸含量显著升高(51.84 mmol/L vs. 46.82 mmol/L)[9]，这可能是因为在高精料条件下纤维素分解菌活性降低，从而使得乙酸含量降低，而添加复合缓冲剂则有助于缓解这一变化。
3.2 复合缓冲剂对奶山羊血浆生化指标的影响葡萄糖是反刍动物能量的重要来源。反刍动物葡萄糖，除了未被瘤胃降解而进入小肠消化吸收的少量饲粮中糖类物质外，更多来自于肝脏糖异生作用[10]。本试验发现，BG组肝静脉血浆中葡萄糖含量比门静脉增加了9.38%，而HG组的增加幅度有限，推测产生这一结果是因为BG组肝脏糖异生作用增强，肝脏能够利用更多的生糖物质如丙酸等原料转化为葡萄糖，进而为乳腺提供更多的乳糖合成前体物。因此，这可能是BG组乳糖产量显著高于BG组的根本原因。相关研究表明，高精料饲粮能提供更多的肝脏糖异生前体物，提高血浆中葡萄糖含量[11-12]。在本课题组的另一项试验中，由于2组动物饲喂基础饲粮一致，瘤胃液中丙酸浓度无显著差异(17.44 mmol/L vs. 17.96 mmol/L)[9]，而BG组乳糖率与乳糖产量增加的原因推测为添加复合缓冲剂增加动物肝脏糖异生能力，使得肝静脉血浆中葡萄糖含量得到增加，最终导致乳糖产量增加。另有研究表明，饲喂高精料饲粮会降低瘤胃液pH，增加瘤胃异常代谢产物——脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)产量，从而诱发动物肝脏中炎症因子增加，使得肝脏功能受到损伤[13]。添加复合缓冲剂后，瘤胃液pH得到提高，从而减少瘤胃异常代谢产物生成，也可降低瘤胃异常代谢产物对肝脏的损伤，保证肝脏正常功能发挥，这也是造成肝静脉血浆中葡萄糖含量在BG组高于HG组原因之一。机体能量的平衡和动用状态可以通过NEFA和BHBA含量的高低来表示[14]，二者的含量会受到饲粮的组成和动物生理阶段的影响[15]。研究发现，泌乳期的反刍动物处于能量负平衡时容易发生酮血症，血液中NEFA的含量会增加[16]。当反刍动物肝脏脂肪酸氧化或以极低密度脂蛋白的形式输出TG的能力受限时，脂肪酸超过了肝脏输出或脂肪酸在线粒体β氧化的能力，此时脂肪酸就过多地以TG的形式在肝脏中蓄积形成脂肪肝。本试验发现，添加复合缓冲剂使得血浆NEFA含量降低，其原因可能是血浆葡萄糖含量的升高减缓了脂解作用，这也说明能量利用的效率得到了改善。BHBA是血浆中主要的酮体[17]，同时也是乳脂合成的前体物。研究发现，血清中BHBA与NEFA存在正相关关系[18]。本试验中BG组中血浆BHBA含量却并未随NEFA含量的降低而降低，推测其原因可能是复合缓冲剂中含有丁酸钠，使得血液中BHBA的前体物即丁酸含量升高，因而BHBA含量无显著变化。
3.3 复合缓冲剂对奶山羊血浆激素含量的影响在机体营养物质的代谢中，血液中生化指标的改变能直观反映其代谢过程，而激素含量的变化不仅能反映代谢过程，更是调控机体代谢的重要因素之一。GC和INS是调节机体葡萄糖处于稳态的重要激素。研究表明，GC能提高肝脏吸收丙酸及丙氨酸等葡萄糖前体物的能力，进而增强肝脏糖异生作用，促进肝糖原分解和葡萄糖的生成[19-20]，使血液葡萄糖含量升高。而INS作用相反，当血液葡萄糖含量升高时，INS分泌增加，能抑制肝脏糖异生和糖原分解，进而减弱肝脏输出葡萄糖的能力，使血液葡萄糖含量降低[21-22]。此外，INS含量的升高还能促进脂肪组织合成脂肪酸及TG，抑制脂肪分解，使得脂肪代谢发生一系列的变化[23]。这是由于INS及INS介体能抑制脂解激素和腺苷酸环化酶激活剂(forskolin)，促进脂肪细胞环磷酸腺苷(cAMP)含量升高和NEFA释放[24]。相反地，GC则有加强体脂分解的作用[25]。近期研究表明，高精料除了使反刍动物瘤胃液pH降低，还能使血浆中INS含量升高[26]；INS含量升高可以引起奶山羊乳脂率的显著降低，其主要原因是INS促进了脂肪组织中脂肪酸的吸收，减少其释放量，最终降低了乳腺对血液NEFA和TG的吸收[27]。另一项研究表明，添加剂如镁的补充，可使胰岛细胞增殖活性增高，血液葡萄糖含量降低，INS含量降低，从而减弱INS抵抗作用[28]。本试验发现，添加复合缓冲剂能够使得血浆GC和INS含量降低。这可能是因为复合缓冲剂影响了INS抵抗机制，使得BG组门静脉血浆中INS含量显著降低，从而乳腺对血液NEFA和TG的吸收作用加强，最终使乳脂率显著增加。
GH是由垂体前叶分泌的激素，它可以调节机体营养物质合成过程中营养物质的分配比例，增加肌肉组织中蛋白质的合成，减少脂肪组织的增生[29]。GH对脂肪代谢具有生理效应和药理效应。其生理效应(抗INS样效应)可以导致体脂分解，NEFA含量升高；其药理效应(抗INS样效应)可促进葡萄糖吸收和脂肪细胞酯化作用[30]。GH是GH/IGF-1轴调节生长的重要激素，也是调控IGF-1分泌的重要影响因素[31]。GH对动物的促生长作用主要是由IGF-1的介导作用完成的。研究发现，GH与反刍动物产奶量之间存在正相关关系，经GH处理后，动物产奶量能显著增加[32-33]。血浆IGF-1主要来源自肝脏，GH的分泌和营养状况影响其合成；反之，IGF-1也可以从下丘脑和垂体水平对GH进行负反馈调节[34]。此外，IGF-1参与了脂肪组织中糖的代谢和转运，促进脂肪和糖原的合成，促进了细胞对葡萄糖的利用。本试验发现，添加复合缓冲剂后，IGF-1和GH含量在数值上均有一定的提高，说明添加复合缓冲剂提高机体内GH含量，从而刺激肝脏IGF-1的合成，进而增强肝细胞的TG的合成和转运，为乳脂合成提供更多的前体物，最终使乳脂率和产奶量显著增加，结果与李心慰[35]的研究一致。
3.4 复合缓冲剂对奶山羊乳成分的影响研究发现碳酸氢钠能提高产奶量和乳脂率[36]。本试验发现在动物长期饲喂饲粮精粗比为60:40条件下，添加复合缓冲剂能提高使奶山羊的产奶量、乳脂率、乳蛋白率等指标。结果说明添加复合缓冲剂更有助于提高产奶量及改善乳品品质。
4 结论在本试验条件下添加复合缓冲剂能升高奶山羊瘤胃液pH，降低奶山羊血浆中NEFA含量，增加肝脏葡萄糖异生，降低血浆INS和GC含量及增加GH和IGF-1含量，最终提高产奶量及改善乳品质。
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