2. 青海省高原放牧家畜营养与饲料科学重点实验室, 西宁 810016;
3. 青海省牦牛工程技术研究中心, 西宁 810016;
4. 青海夏华清真肉食品有限公司, 西宁 810016;
5. 青海省黄南州泽库县畜牧兽医站, 泽库 811499
2. Key Laboratory of Plateau Grazing Animal Nutrition and Feed Science of Qinghai Province, Xining 810016, China;
3. Yak Engineering Technology Research Center of Qinghai Province, Xining 810016, China;
4. Qinghai Xiahua Halal Meat Products Co., Ltd., Xining 810016, China;
5. Animal Husbandry and Veterinary Station, Zeku County, Huangnan Prefecture, Qinghai Province, Zeku 811499, China
牦牛作为青藏高原优势畜种，是当地牧民赖以生存的生活资料和主要的经济来源[1-2]。青藏高原冷季漫长，牧草营养价值较暖季有所降低，造成牦牛掉膘和养殖效益下降[3-5]，且牧区长期放牧过度和超载，致使草地资源退化严重，草畜矛盾突出[6]。近年来，基于保护生态和满足市场需求的角度，牦牛养殖从传统放牧逐渐向舍饲育肥模式发展，在农牧交错带推广牦牛舍饲育肥，给牦牛提供精准能量和蛋白质供给被认为是提高生产性能、缩短养殖周期和获得更高经济收益的重要手段[7]。饲粮的能量和蛋白质水平可以影响饲粮消耗量与其他营养物质供给量，从而影响营养物质在动物体内的周转代谢，最终影响动物的生长发育[8]。目前，饲粮中能量或蛋白质水平对舍饲育肥牦牛的影响已有一定研究[9-11]，但饲粮能量和蛋白质水平对牦牛的交叉影响研究较少，实际生产中饲粮能量和蛋白质水平不当的现象普遍存在，从而影响养殖效益。因此，提供适宜的能量和蛋白质水平饲粮是提高牦牛生产性能及经济效益的重要措施。本研究拟探讨不同能量和蛋白质水平饲粮对冷季舍饲育肥牦牛生长性能、血清生化指标及瘤胃发酵参数的影响，以期筛选出冷季育肥牦牛饲粮适宜的能量和蛋白质水平，为科学育肥牦牛提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验动物与试验设计试验于2020年10月至2021年1月在青海省海晏县金银滩牛羊标准化养殖示范牧场进行，该地区海拔3 100 m，年平均气温0.2~3.4 ℃。选取体况良好且健康、体重[(199±20) kg]接近的3周岁公牦牛108头，随机分为9组，每组12头。本采用2因素3水平试验设计，即低(9.5 MJ/kg)、中(10.6 MJ/kg)、高(11.7 MJ/kg)3个代谢能水平和低(12%)、中(14%)、高(16%)3个蛋白质水平，按3×3(代谢能水平×蛋白质水平)设计9种不同能量和蛋白质水平的全混合日粮(TMR)。各组按照试验设计(表 1)饲喂对应的TMR，预试期15 d，正试期90 d。
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表 1 试验设计 Table 1 Experimental design |
试验饲粮根据我国《肉牛饲养标准》[12](NY/T 815—2004)和《牦牛营养研究论文集》[13]中的相关文献进行配制，其组成及营养水平见表 2。饲粮营养水平参考《中国饲料成分及营养价值表(2021年第32版)》中相关数值进行计算。正式试验开始前对试验牛进行编号，健胃驱虫，每组单圈饲养，每天投喂2次，分别在08:00、17:00进行喂料，自由采食和饮水，各组饲养管理条件保持一致。
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表 2 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) |
正式试验第90天，每组选择10头牛，晨饲前抗凝血管颈静脉采血10 mL，静置0.5 h，离心机4 ℃、3 000 r/min离心10 min，移液枪取离心后上清液即血清分装于2 mL EP管，-20 ℃冷冻保存，备测血清生化指标。
1.3.2 瘤胃液样品正式试验第90天，每组选择10头牛，晨饲前采用胃管式采样器抽取瘤胃液100 mL，现场测定pH，并将剩余瘤胃液装至10 mL离心管，-20 ℃冷冻保存，备测瘤胃发酵参数。
1.4 指标测定 1.4.1 生长性能测定试验期间记录每天投料量和剩料量，计算干物质采食量(DMI)，正式试验第1、90天晨饲前空腹称重所有试验牦牛分别作为初始体重和终末体重，计算总增重(TWG)、平均日增重(ADG)和料重比(F/G)。计算公式如下：
总增重=终末体重-初始体重；
平均日增重=总增重/正试期饲喂天数；
料重比=干物质采食量/平均日增重。
1.4.2 血清生化指标测定血清葡萄糖(glucose，GLU)、尿素氮(urea nitrogen，UN)、甘油三酯(triglyceride，TG)、总胆固醇(total cholesterol，TC)、总蛋白(total protein，TP)、球蛋白(globulin，GLB)、白蛋白(albumin，ALB)含量和谷草转氨酶(aspartate aminotransferase，AST)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、谷丙转氨酶(alanine aminotransferase，ALT)活性委托青海省人民医院检测。
1.4.3 瘤胃发酵参数的测定瘤胃液pH采用pHS-10型pH计直接测定，氨态氮(NH3-N)含量参照冯宗慈等[14]的比色法测定，微生物蛋白(MCP)含量采用考马斯亮蓝法[15]测定，试剂盒购自南京建成生物工程研究所。瘤胃液挥发性脂肪酸(VFA)含量参考文献[16-18]，使用日本岛津GC-2014型气相色谱仪进行测定。
1.5 数据统计与分析试验数据采用Excel 2010进行初步整理，SPSS 20.0进行一般线性模型(GLM)多因素方差分析，统计模型中的主效应为代谢能、蛋白质水平，并分析代谢能水平与蛋白质水平的交互作用，P < 0.05表示差异显著，试验结果用平均值和均值标准误(SEM)表示。
2 结果与分析 2.1 不同能量和蛋白质水平饲粮对冷季舍饲育肥牦牛生长性能的影响由表 3可知，9组试验牛初始体重差异不显著(P>0.05)；经过90 d育肥后，以Ⅴ组的终末体重最高，显著高于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组(P < 0.05)；Ⅴ组的总增重和平均日增重最高，显著高于Ⅰ和Ⅲ组(P < 0.05)；Ⅰ组的干物质采食量显著高于其他组(P < 0.05)；Ⅴ和Ⅷ组的料重比显著低于其他组(P < 0.05)。饲粮代谢能水平显著影响终末体重(P=0.023)、总增重(P=0.034)、平均日增重(P=0.034)、干物质采食量(P < 0.001)和料重比(P=0.004)。高、中代谢能组的终末体重显著高于低代谢能组(P < 0.05)；中代谢能组的总增重和平均日增重显著高于低代谢能组(P < 0.05)；干物质采食量随着饲粮代谢能水平的升高显著降低(P < 0.05)；料重比随着饲粮代谢能水平的升高而降低，并表现为高、中代谢能组显著低于低代谢能组(P < 0.05)。饲粮蛋白质水平显著影响终末体重(P=0.032)、总增重(P=0.041)、平均日增重(P=0.041)、干物质采食量(P=0.001)和料重比(P=0.025)。中蛋白质组的终末体重、总增重和平均日增重显著高于低蛋白质组(P < 0.05)；与低蛋白质组相比，中、高蛋白质组的干物质采食量和料重比显著降低(P < 0.05)。饲粮代谢能水平与蛋白质水平的交互作用对料重比有显著影响(P < 0.001)。
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表 3 不同能量和蛋白质水平饲粮对冷季舍饲育肥牦牛生长性能的影响 Table 3 Effects of diets with different energy and protein levels on growth performance of housed fattening yaks in cold season |
由表 4可知，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组血清GLU和TG含量显著低于其他组(P < 0.05)；血清ALP活性以Ⅴ组最高，显著高于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组(P < 0.05)；Ⅶ、Ⅷ和Ⅸ组TC含量显著高于Ⅳ组除外的其他组(P < 0.05)；血清TP、ALB、GLB含量均以Ⅴ组最高；Ⅴ和Ⅷ组血清UN含量显著低于其他组(P < 0.05)；Ⅴ和Ⅵ组血清AST活性显著高于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ组(P < 0.05)；Ⅴ组血清ALT活性显著高于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅶ组(P < 0.05)。饲粮代谢能水平显著影响血清GLU(P < 0.001)、TG(P=0.019)、TC(P=0.004)、ALB含量(P=0.019)和ALP(P=0.016)、AST活性(P=0.013)。高、中代谢组血清GLU、TG含量显著高于低代谢能组(P < 0.05)；血清ALP活性和TC含量随饲粮代谢能水平的升高显著升高(P < 0.05)；中代谢能组血清ALB含量显著高于高、低代谢能组(P < 0.05)；中代谢能组血清AST活性显著高于低代谢能组(P < 0.05)。饲粮蛋白质水平显著影响血清TP(P=0.021)和ALB含量(P=0.004)。中蛋白质组血清TP和ALB含量显著高于高、低蛋白质组(P < 0.05)。饲粮代谢能水平与蛋白质水平的交互作用对血清GLB(P=0.003)和UN含量(P < 0.001)有显著影响。
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表 4 不同能量和蛋白质水平饲粮对冷季舍饲育肥牦牛血清生化指标的影响 Table 4 Effects of diets with different energy and protein levels on serum biochemical indices of housed fattening yaks during cold season |
由表 5可知，Ⅷ组瘤胃液pH显著低于其他组(P < 0.05)；Ⅸ组瘤胃液NH3-N含量显著高于其他组(P < 0.05)；Ⅲ组瘤胃液MCP含量显著高于其他组(P < 0.05)；Ⅵ和Ⅶ组瘤胃液总挥发性脂肪酸含量显著高于Ⅰ和Ⅱ组(P < 0.05)。饲粮代谢能水平显著影响瘤胃液乙酸(P < 0.001)、丙酸(P=0.001)、异丁酸(P=0.014)、丁酸(P < 0.001)、异戊酸(P=0.040)、戊酸(P=0.004)和总挥发性脂肪酸含量(P=0.013)以及乙丙比(P=0.004)。随着饲料代谢能水平的升高，瘤胃液乙酸含量和乙丙比显著降低(P < 0.05)，而丙酸含量则显著升高(P < 0.05)；高、中代谢能组瘤胃液异丁酸、丁酸、戊酸和总挥发性脂肪酸含量显著高于低代谢能组(P < 0.05)；高代谢能组瘤胃液异戊酸含量显著高于中、低代谢能组(P < 0.05)。饲粮蛋白质水平显著影响瘤胃液MCP(P=0.037)和丙酸含量(P=0.018)。瘤胃液MCP含量随饲粮蛋白质水平的升高显著升高(P < 0.05)；高蛋白质组瘤胃液丙酸含量显著高于中、高蛋白质组(P < 0.05)。饲粮代谢能水平与蛋白质水平的交互作用对瘤胃液pH(P=0.003)及NH3-N(P < 0.001)、丁酸(P=0.037)、戊酸含量(P=0.003)和乙丙比(P=0.007)有显著影响。
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表 5 不同能量和蛋白质水平饲粮对冷季舍饲育肥牦牛瘤胃发酵参数的影响 Table 5 Effects of diets with different energy and protein levels on rumen fermentation parameters of housed fattening yaks during cold season |
动物的生长发育依赖于饲粮中的营养物质，其中能量和蛋白质对动物生长发育具有决定作用[19-20]。青藏高原冷季牧草营养价值下降，难以满足牦牛正常营养需要，导致牦牛生长缓慢、养殖效益低下[21]，因此提供适宜能量和蛋白质水平饲粮对育肥牦牛而言尤为重要。能量是限制动物生长的第一因素[22]。本试验中，中代谢能组的平均日增重较高、低代谢能组高，这与杨俊[23]在犊牦牛上的研究结果一致，表明提高饲粮能量水平有利于牦牛生长，但当饲粮能量达到适宜水平后，牦牛平均日增重不再随饲粮能量水平的升高而提高。动物具有“为能而食”的特性，饲粮中能量充足，则采食量降低，饲粮中能量不足，则采食量增加[24-25]。本试验中，干物质采食量随着饲粮代谢能水平的升高显著降低。在Ingvartsen等[26]的研究中发现，低代谢能组奶牛采食量比高代谢能组奶牛明显增加，这与本研究结果相符，其原因可能是能量水平较高的饲粮进入瘤胃后影响瘤胃发酵，大量饲粮滞留瘤胃，从而抑制动物采食[27]。
对育肥牛而言，在不同育肥阶段饲粮蛋白质水平均可直接影响其采食量和生长速度[28]。本试验中，与低蛋白质组和相比，中蛋白质组的平均日增重高于高、低蛋白质组，且与低蛋白质组的差异达到显著水平。代正阳等[29]研究发现，饲粮蛋白质水平为14.95%组金华黄牛的平均日增重高于饲粮蛋白质水平为13.45%和16.60%组，此研究结果与本试验研究结果一致，分析原因可能是饲粮蛋白质水平过高会抑制瘤胃微生物的发酵能力，进而影响瘤胃对营养物质的消化与吸收[29]。另外，在van Dung等[30]的研究中，当饲粮蛋白质水平从10%提高到19%时，育肥牛平均日增重显著增加，这与本试验结果不一致，原因可能与试验牛育肥阶段、品种以及环境不同有关。
本试验中，虽然在3个蛋白质水平下牦牛平均日增重均随饲粮代谢能水平的升高呈先上升后下降的趋势，但中蛋白质组牦牛的平均日增重要高于高、低蛋白质组。虽然在3个代谢能水平下牦牛平均日增重随饲粮蛋白质水平的升高均呈现先上升后下降趋势，但中代谢能组牦牛的平均日增重要高于高、低代谢能组，且以中代谢能中蛋白质组(Ⅴ组)牦牛的平均日增重最高。造成此结果的主要原因是牦牛平均日增重不仅受到饲粮蛋白质水平的影响，也受到饲粮代谢能水平的影响，饲粮蛋白质和能量水平过低不能满足牦牛生长所需，过高则抑制瘤胃微生物发酵，而使机体不能完全吸收利用饲粮中营养物质，饲粮适宜的能量和蛋白质水平及能氮比才能最大程度发挥育肥牦牛的生长性能。因此，本试验中，推荐冷季舍饲育肥牦牛饲粮代谢能水平为10.6 MJ/kg、蛋白质水平为14%。
3.2 不同能量和蛋白质水平饲粮对冷季舍饲育肥牦牛血清生化指标的影响动物体内营养物质运输和产物代谢均通过血液运输实现[31]，因此血清生化指标能够直接反映机体营养水平、代谢和健康状况，其中血清GLU含量是反映体内能量代谢的重要指标[32]，当机体能量摄入不足时，血清GLU含量下降。本试验中，高、中代谢能组血清GLU含量显著高于低代谢能组，但高、中代谢能组之间差异不显著，这与乔治[33]的研究结果相似，说明在一定范围内提高饲粮能量水平可以促进糖代谢，从而提高牦牛的生长速度；而高代谢能组牦牛血清GLU含量并未显著高于中代谢能组，可能是高代谢能组饲粮能量水平过高，瘤胃内饲粮快速发酵，瘤胃液pH降低，当瘤胃长期处于酸性环境时，其内部革兰氏阴性菌便会裂解释放脂多糖，从而影响牦牛能量代谢[34]。血清TG含量是反映动物体内能量和脂肪消化吸收状态的重要指标[35]。本试验中，高、中代谢能组血清TG含量显著高于低代谢能组，这与Solomon等[36]的研究一致，可能是适当提高饲粮能量水平使得牦牛摄入能量和脂肪的量增加，促进机体脂肪转运机制活化，从而造成血清TG含量增加[37]。
血清UN含量可反映机体内蛋白质利用效率，其含量与动物体内蛋白质利用效率呈负相关[38]，当蛋白质吸收利用效率提高，血清UN含量下降。本试验中，中蛋白质组血清UN含量低于高、低蛋白质组，这与崔晓鹏等[39]的试验结果相似，原因可能是在一定程度上提高饲粮蛋白质水平能够促进瘤胃微生物发酵，加快瘤胃内氨的吸收，并且适当提高蛋白质水平能够刺激机体对蛋白质的利用率，进而使得血清UN含量下降；高蛋白质组血清UN含量相比中蛋白质组反而上升，可能是高蛋白质组饲粮蛋白质水平过高，瘤胃内快速释放氨，而瘤胃微生物吸收利用氨的速度有限，导致血清UN含量上升[40]，另外，UN不只受到饲粮蛋白质水平的影响，也受到能量与蛋白质水平交互作用的影响，具体作用机制有待进一步探究。血清中TP、ALB含量可反映饲粮中蛋白质营养水平及机体内蛋白质代谢情况[41]。本试验结果表明，中蛋白质组的血清TP、ALB含量高于高、低蛋白质组，这与罗洪明等[42]的研究结果有一定的相似性，但是在Sahoo等[43]的研究中发现，饲粮蛋白质水平并不会显著影响血清TP、ALB含量，与本研究结果不太一致，可能原因与动物品种、所处环境、生理阶段等不同有关。血清ALT和AST活性可反映动物机体肝脏功能和蛋白质代谢情况，肝脏功能受损或者蛋白质代谢水平提高都会引起血清ALT和AST活性提高[44]。本试验中，不同蛋白质组间血清ALT和AST活性无显著变化，可能是试验设定的饲粮蛋白质水平在机体肝脏代谢承受能力之内，未对肝脏代谢产生不利影响。
3.3 不同能量和蛋白质水平饲粮对冷季舍饲育肥牦牛瘤胃发酵参数的影响瘤胃液中挥发性脂肪酸是反刍动物的主要能量来源，挥发性脂肪酸主要由饲粮中纤维、淀粉等发酵产生，包括丙酸、丁酸、乙酸和异丁酸等短链脂肪酸，其中丙酸、丁酸和乙酸含量占总挥发性脂肪酸的95%。乙酸是合成乳脂的前体物质，丙酸通过糖异生作用合成为葡萄糖，因此丙酸合成较多时能为机体提供更多能量，更有利于提高动物生产性能[45]。Li等[46]在肉牛上的研究发现，饲粮能量水平对瘤胃液乙丙比和总挥发性脂肪酸含量有显著影响，提高饲粮能量水平，总挥发性脂肪酸含量显著提高，乙丙比显著降低，在Giger-Reverdin等[47]的研究中也有同样发现。本试验中，高、中代谢能组瘤胃液异丁酸、丁酸、戊酸、总挥发性脂肪酸含量显著高于低代谢能组，乙酸含量和乙丙比随饲粮代谢能水平的升高显著下降，丙酸含量则随饲粮代谢能水平的升高显著升高。这与以上研究结果一致，其原因可能是低代谢能组饲粮中中性洗涤纤维(NDF)含量较高，导致瘤胃发酵生成较多乙酸，丙酸生成量偏少；而中、高代谢能组丙酸生成量增多，更有利于牦牛育肥。瘤胃液pH是衡量瘤胃发酵的综合指标，一般在5.5~7.2变动，当pH < 6.2时部分细菌活性将会受到抑制；挥发性脂肪酸的吸收利用和唾液分泌等都会对pH产生影响，其中饲粮能量水平的变化是引起瘤胃液pH变化的主要原因[48]。在Rabelo等[49]的研究中发现，采食低能饲粮的奶牛瘤胃液pH高于采食高能饲粮的奶牛。本试验结果表明，提高饲粮代谢能水平，瘤胃液pH下降，这与Rabelo等[49]的研究结果一致，可能是低代谢能组饲粮中NDF含量较高所致。瘤胃内的NH3-N主要来源于饲粮中蛋白质在瘤胃内的降解，是合成MCP的前体物质，其含量能够反映饲粮含氮物质在瘤胃内的分解速度及机体对其吸收利用情况，研究显示牦牛瘤胃液NH3-N含量范围为6~30 mg/dL[10]。本试验条件下，随饲粮蛋白质水平的升高，瘤胃液MCP含量显著升高，NH3-N呈上升趋势，这与黄杰等[50]的研究结果相似，原因可能是提高饲粮蛋白质水平，瘤胃微生物活性有所增加，加速了饲粮中含氮物质在瘤胃中的降解与NH3-N和MCP的合成，MCP合成增多，则更有利于牦牛育肥。能量和蛋白质在动物体内的作用并非孤立，而是相互制约与联系的。本试验条件下，瘤胃液pH、NH3-N和丁酸含量和乙丙比同时受到饲粮代谢能和蛋白质水平的作用且影响显著，饲粮代谢能和蛋白质水平产生了交互作用，具体的作用机制有待进一步探究。
4 结论在本试验条件下，饲粮中代谢能水平为10.6 MJ/kg、蛋白质水平为14%时对提高冷季舍饲育肥牦牛生长性能、优化血清生化指标、改善瘤胃发酵具有重要意义。
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