2. 中国科学院西北高原生物研究所, 西宁 810008
2. China Northwest Plateau Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Xining 810008, China
妊娠是一个极其精密的孕育新生命的过程,这一过程的顺利进行需要良好的营养作为支撑。有相关研究表明,妊娠期营养状况不仅影响母体情期表现,也直接影响胚胎的生长发育和成年后的健康状况[1-2],甚至通过基因的表观遗传彻底影响后代的健康[3]。尽管妊娠期营养很重要,但生活在高寒地区的母牦牛在这一特殊时期由于要跨越长达半年的牧草枯草期,期间营养物质摄入量无法得到保证[4],同时有关牦牛营养需要的相关研究大都集中于生长期[5-6],对母牦牛妊娠期营养需要的研究较少。为此,本研究选取妊娠期牦牛为研究对象,探究牦牛妊娠后期能量和蛋白质的维持需要量,为补充完善牦牛饲养标准提供基础数据。
1 材料与方法 1.1 试验时间和地点试验于2018年9月至2019年4月在青海省大通种牛场进行;样品测定工作在青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室完成。
1.2 试验动物与设计试验选取15头体况良好的妊娠牦牛(经同期发情处理并本交配种所得)为研究对象,体重为(220±15) kg。将15头妊娠牦牛随机分为3组(每组5头牛),分别按自由采食(AL组)、80%采食量(IR80组)和60%采食量(IR60组)3个饲养水平进行饲喂。在妊娠180和210 d时,每组各选3头牦牛进行碳氮平衡试验(碳氮平衡试验是借助消化代谢试验和气体代谢试验计算出动物体氮沉积和能量沉积的一种基本的营养需要量的研究方法[7]。动物体的能量主要以蛋白质和脂肪形式进行储存,碳氮平衡试验可以在不进行屠宰试验的前提下,对动物体氮沉积和能量组成进行分析并得出结果),以便得出牦牛妊娠后期能量和蛋白质的维持需要量。
1.3 试验饲粮与饲养管理参照我国《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004)[8]和生长期牦牛能量与蛋白质需要量[5-6]配制体重为220 kg的妊娠期母牦牛试验饲粮。预混料由湟源县某饲料有限公司提供,试验饲粮由刚察县某生态饲料有限公司加工成颗粒饲料(直径6 mm,长10 mm)。试验饲粮组成及营养水平见表 1。
整个试验期从牦牛妊娠150 d开始至妊娠220 d结束。试验期间牦牛单栏饲养,每天08:00和18:00各饲喂1次,AL组饲喂量根据前1天牦牛进食量进行调整,确保饲槽内有不少于10%的饲粮,2个限饲组(IR80组和IR60组)饲喂量根据前1天AL组采食量计算而定[7]。试验期间准确记录牦牛的采食量,每周收集饲粮样品保存于-20 ℃冰箱中待测,在每期消化代谢试验的始末对牦牛进行称重并记录。
1.4 消化代谢试验与气体代谢试验2期消化代谢试验开展的时间分别为牦牛妊娠180~185 d和210~215 d。消化代谢试验采用全收粪尿法,每天测定每头牦牛的总排粪量并取10%的粪样装于自封袋中加入10%硫酸(H2SO4)溶液(每100 g粪样加20 mL 10% H2SO4溶液)固氮,保存待测。每天测定每头牦牛总排尿量并取10%尿液样品加10% H2SO4溶液使pH低于3进行固氮,保存待测。
2期气体代谢试验开展的时间分别为牦牛妊娠186~190 d和216~220 d。采用美国FMS便携式动物呼吸代谢测量系统进行气体代谢试验。每期气体代谢试验有2 d的适应期和3 d的测试期。具体方法为:在动物采食前与采食后2、4、6和8 h 5个时间点收集牦牛呼出的气体(每头牦牛每次气体收集8 min)进行测定,通过计算机分析并得出每头牦牛不同时间段1 min的甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)的排放量和氧气(O2)的消耗量,最后估算出牦牛1 d的气体代谢各指标数值。
1.5 测定指标与方法饲粮和粪便总能(GE)与干物质(DM)、有机物(OM)、粗蛋白质(CP)含量以及尿液中总能、氮含量的测定参考张丽英[9]编写的《饲料分析及检测技术》。饲粮和粪便中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量的测定参考Van Soest等[10]的方法。采用Foss半自动凯氏定氮仪测定粗蛋白质含量;采用Paii-6100氧弹式能量测定仪(燃烧法)测定总能;采用EA-3000碳元素分析仪(燃烧法)测定碳含量;采用美国FMS便携式动物呼吸代谢测量系统测定甲烷、二氧化碳的排放量和氧气的消耗量。
1.6 计算公式采用Excel 2007进行数据整理,SPSS 20.0软件进行数据独立性、正态性和方差齐性检验,满足方差分析条件后,进行单因素方差分析,差异显著时用Duncan氏法进行多重比较,以P<0.05为差异显著性判断标准。
2 结果与分析 2.1 饲喂水平对妊娠后期牦牛养分表观消化率的影响由表 2可知,饲喂水平对妊娠后期牦牛干物质、有机物、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观消化率的影响均不显著(P>0.05),但上述各养分表观消化率均随饲喂水平的降低而升高。妊娠210 d时牦牛各养分表观消化率高于妊娠180 d时。
由表 3可知,妊娠后期牦牛食入氮随饲喂水平的下降而下降,且AL组与2个限饲组之间差异显著(P<0.05);饲喂水平对妊娠后期牦牛粪氮的影响不显著(P>0.05);尿氮随饲喂水平的降低而升高,IR60组牦牛尿氮显著高于AL组(P<0.05);3组牦牛可消化氮、沉积氮和氮表观消化率均随饲喂水平的降低而降低,其中AL组牦牛可消化氮显著高于2个限饲组(P<0.05),氮表观消化率显著高于IR60组(P<0.05)。本试验由于食入氮和氮表观消化率均处于较低水平,妊娠180 d时2个限饲组和妊娠210 d时3个试验组牦牛的氮沉积均出现负值,并表现为AL组沉积氮显著高于2个限饲组(P<0.05)。
图 1和图 2分别表明了牦牛妊娠180和210 d时食入氮[g/(kg W0.75·d)]和沉积氮[g/(kg W0.75·d)]的关系。表 4为妊娠180和210 d时食入氮和沉积氮的回归方程,其纵坐标截距即为维持净氮需要量,即牦牛妊娠180和210 d时维持净氮需要量分别为599.6和610.8 mg/(kg W0.75·d),乘以系数6.25即为其维持净蛋白质需要量,分别为3.747 5和3.817 5 g/(kg W0.75·d)。
由表 5可知,饲喂水平对妊娠后期牦牛粪碳和二氧化碳碳的影响不显著(P>0.05);妊娠后期牦牛食入碳、甲烷碳、沉积碳均随饲喂水平的下降而下降,且AL组与2个限饲组之间差异显著(P<0.05);妊娠180 d时随饲喂水平的下降而升高,IR60组显著高于AL组和IR80组(P<0.05);碳表观消化率随着饲喂水平的降低而下降的趋势,其变化范围在47.33%~61.26%,但3组之间不存在显著差异(P>0.05)。
由表 6可知,妊娠后期牦牛食入总能、粪能和甲烷能均随饲喂水平的降低而降低,AL组与2个限饲组之间差异显著(P<0.05),并且随妊娠天数的增加这些指标有降低的趋势;甲烷能占食入总能比例在1.46%~5.29%,且随饲喂水平的升高而增大;AL组妊娠180 d时的代谢能和消化能以及妊娠180 d时的消化能显著高于IR60组(P<0.05);妊娠180 d时3组牦牛总能表观消化率和总能代谢率随饲喂水平的下降而升高,且IR60组显著高于AL组(P<0.05),妊娠210 d时3组之间总能表观消化率和总能代谢率差异均不显著(P>0.05);IR60组妊娠180和210 d时的消化能代谢率均显著高于AL组(P<0.05)。3组牦牛妊娠后期总能表观消化率、总能代谢率、消化能代谢率变化范围分别为54.93%~60.14%、44.76%~54.09%、81.49%~91.69%。
建立代谢能采食量[MEI,kJ/(kg W0.75·d)]与能量沉积量[ER, kJ/(kg W0.75·d)]的线性关系来计算能量需要量:ER=aMEI+b,其中当能量沉积量=0时的代谢能采食量即为其维持代谢能需要量。图 3和图 4分别表明了牦牛妊娠180和210 d时代谢能采食量和能量沉积量的回归关系,表 7为牦牛妊娠后期维持代谢能需要量预测方程,经计算可知,牦牛妊娠180和210 d时维持代谢能需要量分别为438.81和541.64 kJ/(kg W0.75·d)。
黄牛的妊娠天数一般为280 d左右,有研究表明在妊娠185 d时,黄牛胎儿的发育明显加快[11-12],牦牛妊娠天数一般为255 d[13],本研究开展时期正是牦牛胎儿生长的高速期,此时母体需摄入更多的营养物质以满足妊娠需要。Bauman等[14]研究表明妊娠期母牛的总营养需要量比空怀期母牛提高75%,这可能是本研究出现氮负沉积的主要原因。Aguiler等[15]的研究表明尿氮会随妊娠期的延长而增加,这与本研究结果一致。本研究中,在妊娠210 d时,IR80组牦牛尿氮增加明显,这可能是因为妊娠后期饲粮中的氮无法满足母畜维持与妊娠需要,母体分解自身氮源缓解营养不足而造成尿氮增加。影响氮表观消化率的因素有很多,如饲粮组成、动物采食量及瘤胃微生物活性等。董世魁等[16]有关干奶期牦牛的研究表明不同饲喂水平下牦牛氮表观消化率变化范围为53.30%~57.00%,高于本试验结果。同时,董世魁等[17]有关泌乳期牦牛的研究表明,不同饲粮组成情况下牦牛食入氮为21.89~30.93 g/d时,氮表观消化率变化范围为10.00%~40.40%,这与本研究结果相似。产生不同结果的原因可能是牦牛妊娠期和泌乳期都是营养需要量的高峰期,较低的饲喂水平会抑制瘤胃微生物的活性,使饲粮在瘤胃中无法得到充分分解,最终造成牦牛氮表观消化率较低。
3.2 牦牛妊娠后期维持净蛋白质需要量反刍动物维持净氮需要量主要由内源尿氮和代谢粪氮组成。薛白等[5]推荐的生长期牦牛维持净蛋白质需要量为3.35 g/(kg W0.52·d),本研究得出的妊娠后期牦牛的维持净蛋白质需要量为3.75(妊娠180 d)和3.82 g/(kg W0.75·d)(妊娠210 d),远高于生长期结果。已有大量研究表明成年牛的维持蛋白质需要量要高于生长期时,妊娠期和泌乳期母牛维持蛋白质需要量要高于空怀期。穆阿丽[18]和张晓明[19]的试验推荐的生长期和成年后肉牛的维持粗蛋白质需要量分别为5.82和5.94 g/(kg W0.75·d),我国《奶牛饲养标准》[20]推荐的生长期和成年后奶牛的维持小肠可消化蛋白质需要量分别为2.20和2.30 g/(kg W0.75·d),Paul等[21]和徐如海[22]推荐的生长期水牛和泌乳水牛维持粗蛋白质需要量分别为5.89和8.23 g/(kg W0.75·d)。楼灿[23]关于妊娠期绵羊的试验结果表明妊娠期绵羊维持净蛋白质需要量随妊娠天数的延长而增加,这与本研究结果一致,妊娠期母体由于妊娠产物(胎儿与胎盘)的生长,维持需要也随之增加。NRC使用的是可代谢蛋白质体系,可代谢蛋白质指的是被小肠吸收的真蛋白质,主要由微生物蛋白、瘤胃非降解蛋白质和内源性蛋白质组成。本研究中蛋白质需要量由净蛋白质表示,可代谢蛋白质和净蛋白质两者表述方式不同,但概念基本相同。NRC推荐的肉牛维持可代谢蛋白质的需要量为3.80 g/(kg W0.75·d)[24],这与本研究得出的牦牛妊娠后期净蛋白质需要量的结果基本一致。
3.3 碳代谢碳水化合物在动物体内的总量较为稳定,动物碳水化合物的消耗与积累主要通过脂肪和蛋白质的消耗与积累来完成,因此可将反刍动物碳代谢作为能量代谢和氮代谢的连接点,用来探究能量、氮、蛋白质和脂肪间的相互关系。碳损失的途径主要为粪尿和气体(甲烷与二氧化碳)的排出,Chandramoni等[25]在绵羊上的研究表明绵羊粪碳和尿碳分别占食入碳的38.3%~41.3%和2.62%~3.04%,楼灿[23]在妊娠绵羊上的研究结果为26.16%~44.25%和2.94%~4.55%,本研究中牦牛粪碳和尿碳分别占食入碳的39%~53%和2%~5%,与上述研究结果相似。本研究中牦牛二氧化碳碳占食入碳的比例高于上述研究结果,甲烷碳占食入碳的比例低于上述研究结果,这可能是因为本研究中所用牦牛饲粮精料比例较高,瘤胃发酵产生了更多的丙酸,有研究表明当反刍动物采食的饲粮中纤维含量升高时或可溶性碳水化合物含量降低时,瘤胃乙酸与丙酸的比值会上升,瘤胃在乙酸发酵模式下会产生大量的甲烷,而瘤胃在丙酸发酵模式下会产生二氧化碳而不产生甲烷[26-27]。在本研究中,牦牛碳表观消化率在47.33%~61.26%,与楼灿等[28]的试验结果(55.75%~73.84%)较接近。
3.4 能量代谢能量是动物生命活动(如生长、发育、繁殖和生产产品等)的基础,动物所需的能量主要来自于饲料中三大养分(碳水化合物、蛋白质和脂肪)的氧化分解。本研究中牦牛粪能随食入总能增加而增加,这与Tyrrell等[29]报道的总能摄入量与粪能排出量呈正相关的结果一致。有研究表明肉牛自由采食情况下甲烷能量损失量占食入总能的4%~9%,而改变饲粮精粗比会使这一范围扩大到2%~12%[30],本研究结果与之相似,但整体偏低。樊霞等[31]的研究指出甲烷的产生量与饲粮精料的类型、饲粮精粗比和能量摄入量有关,本研究中所用饲粮较高的精料比例和较低的饲喂水平可能是导致牦牛甲烷能占食入总能比例偏低的主要原因。杨在宾等[32]的研究结果显示,饲粮能量水平对大尾寒羊的能量表观消化率、总能代谢率和消化能代谢率无显著影响。本研究结果与上述学者所得结果存在差异,这可能是本研究中IR60组牦牛限饲程度较大造成的。穆阿丽[18]报道了生长牛能量表观消化率、能量代谢率和消化能代谢率分别在64.12%~67.51%、54.20%~58.05%、84.53%~85.92%;赵峰[33]和邹彩霞[34]报道的母水牛总能表观消化率和总能代谢率分别在67.11%~71.37%和55.07%~59.23%;本研究中牦牛总能表观消化率低于上述报道,总能代谢率与上述报道接近,消化能代谢率高于上述报道,这样的结果可能是物种差异以及生理阶段不同造成的。
3.5 牦牛妊娠后期维持代谢能需要量影响动物维持能量需要量的因素主要有体重、品种、性别、年龄、季节、温度、生理状态等。张晓明[19]研究表明,秦川牛维持代谢能需要量为668 kJ/(kg W0.75·d);刘道杨[35]研究表明,生长期湘中黑牛和夏楠牛维持代谢能需要量分别为506和402 kJ/(kg W0.75·d);王微等[36]研究表明,生长期锦江黄牛维持代谢能需要量为627 kJ/(kg W0.75·d);韩兴泰等[6]研究表明,生长期牦牛维持代谢能需要量为458 kJ/(kg W0.75·d);本研究通过碳氮平衡试验得出的妊娠180和210 d时牦牛维持代谢能需要量分别为438.81和541.64 kJ/(kg W0.75·d)。
4 结 论妊娠后期牦牛自由采食精粗比为1 : 1的饲粮时,甲烷能损失量占食入总能的4.04%~5.29%,当饲喂水平降低后,这一比例也会随之降低,为1.46%~3.61%。牦牛妊娠180和210 d时维持净蛋白质需要量分别为3.75和3.82 g/(kg W0.75·d),对应的维持代谢能需要量分别为438.81和541.64 kJ/(kg W0.75·d)。
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